Language
Country/Area
No result found
Lựa chọn bí mật của một photon: liệu hành vi của nó có thực sự có thể được xác định chỉ sau khi thiết lập thử nghiệm không?
Độ sâu của vật lý lượng tử thường thách thức sự hiểu biết cơ bản của chúng ta về thực tế, như được minh họa bằng các thí nghiệm lựa chọn trì hoãn của John Archibald Wheeler vào năm 1978 và 1984. Những thí nghiệm tư duy này làm nổi bật ý tưởng cốt lõi của thuyết lượng tử, cho rằng các photon không nên được cung cấp bất kỳ chất cụ thể nào trong suốt hành trình từ điểm vào đến thời điểm cuối cùng.
Những thí nghiệm này đã khép lại một lỗ hổng trong thí nghiệm khe đôi truyền thống, cho thấy hành vi lượng tử phụ thuộc vào thiết lập thí nghiệm.
Khái niệm về sự lựa chọn bị trì hoãn làm gián đoạn sự hiểu biết của chúng ta về quan hệ nhân quả, đặc biệt là khi nói đến cách một photon ánh sáng "quyết định" di chuyển dưới dạng hạt hay sóng. Các nhà nghiên cứu đầu tiên tuyên bố rằng các photon dường như "cảm nhận" được thiết bị thí nghiệm mà chúng đi qua và điều chỉnh hành vi của chúng cho phù hợp.
Khái niệm về thí nghiệm lựa chọn trì hoãn của Wheeler
Thí nghiệm lựa chọn chậm trễ của Wheeler chứng minh rằng mô hình lan truyền không thể giải thích một cách nhất quán về lý thuyết lượng tử. Trong thí nghiệm này, các photon có hai đường đi bằng nhau từ nguồn đến máy dò. Điểm mấu chốt của thí nghiệm này là việc lựa chọn giữa hai con đường được trì hoãn cho đến ngay trước khi thử nghiệm.
Mục tiêu là đảm bảo rằng bất kỳ hạt hoặc sóng nào truyền qua hệ lượng tử đều phải đi qua hai con đường riêng biệt trước khi chọn cách tiến hành trong một thí nghiệm.
Hoặc theo góc nhìn của "máy giao thoa vũ trụ", Wheeler đã tưởng tượng ra một quasar cách xa hàng tỷ năm ánh sáng bẻ cong và giao thoa ánh sáng qua một thiên hà khổng lồ. Khi các photon di chuyển theo hướng Trái Đất, chúng phải "quyết định" đi quanh thiên hà khổng lồ này dưới dạng hạt hoặc dạng sóng, theo cả hai con đường cùng một lúc.
Phiên bản vũ trụ của thí nghiệm
Khi các photon như vậy đến Trái Đất, các quan sát thiên văn sẽ thấy hình ảnh của hai quasar bị ngăn cách bởi hiệu ứng thấu kính hấp dẫn. Một số nhà nghiên cứu chỉ ra rằng nếu một photon được phát ra dưới dạng hạt, nó chỉ có thể được phát hiện bằng một kính thiên văn. Sự lựa chọn photon dường như đã được thiết lập từ hàng trăm triệu năm trước. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu thử thách thiết lập này bằng cách định tuyến đầu ra của hai kính thiên văn vào bộ tách chùm tia.
Kết quả quan sát hệ thống này thật đáng ngạc nhiên: một đầu ra cho thấy sự giao thoa mạnh, trong khi đầu ra còn lại gần như bằng không, cho thấy các photon đã trải qua hiệu ứng lượng tử tự hủy trong quá trình này.
Wheeler đã suy nghĩ xa hơn nữa và bắt đầu đặt câu hỏi liệu tất cả điều này có nghĩa là hành vi của photon có thể theo dõi và tự lựa chọn hay không. Nói cách khác, khi các nhà thiên văn học đặt hoặc tháo bộ tách chùm tia tại một thời điểm, các photon từ hàng triệu năm trước có thể đưa ra những lựa chọn khác nhau một cách hồi tố, điều này đã thu hút trí tưởng tượng của mọi người.
Thảo luận và suy ngẫm về thí nghiệm khe đôi
Ý tưởng về sự lựa chọn chậm trễ cũng có thể được tìm thấy trong thí nghiệm khe đôi cổ điển. Khi thiết lập dựa trên hành vi của photon, ánh sáng sẽ đi qua khe đôi khác nhau như thế nào tùy thuộc vào thiết bị phát hiện? Câu hỏi này có làm nhiều nhà khoa học bối rối không? Thí nghiệm khe đôi cho thấy tính chất sóng-hạt và khiến mọi người phải suy nghĩ: Làm thế nào một photon trở thành sóng hay hạt tại thời điểm "quyết định"?
Kết quả có thể dự đoán được của thí nghiệm không bị ảnh hưởng bất kể màn hình phát hiện được lắp vào hay tháo ra khi nào, điều này thách thức sự hiểu biết cơ bản của chúng ta về hiện tượng lượng tử.
Trong thử thách này, các nhà khoa học cũng bắt đầu khám phá cách giải thích của Bohm, theo đó photon hoặc electron tuân theo các định luật vật lý cổ điển và chịu ảnh hưởng của thế lượng tử trên cơ sở này. Lý thuyết này cung cấp một góc nhìn khác về mối liên hệ giữa hành vi lượng tử và lịch sử, nhưng quan điểm này cũng phải đối mặt với thách thức là không nhất quán với thuyết tương đối.
Những thí nghiệm và suy nghĩ trong tương lai
Các nhà nghiên cứu đang hướng tới việc thiết kế các thí nghiệm lựa chọn chậm dựa trên các hiệu ứng lượng tử cuối cùng đã tiết lộ cấu trúc sâu xa của lưỡng tính sóng-hạt. Những khám phá thực nghiệm này không chỉ mở rộng hiểu biết của chúng ta về thế giới lượng tử mà còn thúc đẩy việc suy nghĩ lại về vai trò của người quan sát. Là những thí nghiệm lựa chọn trì hoãn mới nhất, ranh giới của chúng với vật lý cổ điển đang ngày càng mờ nhạt và chúng đưa ra hiện tượng cùng tồn tại sóng-hạt mới lạ.
Khi các thí nghiệm tiến triển, cộng đồng khoa học đang tiến gần đến một câu hỏi quan trọng: Liệu hành vi của photon có thực sự được quyết định bởi sự lựa chọn của chúng ta không? Có lẽ, ở cấp độ sâu hơn, tất cả chỉ là một phần trong hoạt động phức tạp của tự nhiên?
