Language
Country/Area
No result found
Tính phi định xứ lượng tử được tiết lộ: Tại sao các hạt lượng tử dường như vi phạm tốc độ giới hạn ánh sáng?
Những đặc điểm sâu sắc của cơ học lượng tử và các vấn đề phi cục bộ liên quan từ lâu đã là trọng tâm thảo luận giữa các nhà vật lý và triết học. Những ý tưởng thông thường về vật lý bị thách thức khi chúng ta cố gắng hiểu những bí ẩn của thế giới lượng tử, vì các hạt lượng tử hoạt động theo cách dường như vi phạm giới hạn của tốc độ ánh sáng. Chuyện này xảy ra thế nào? Đây chính xác là câu hỏi mà Bài kiểm tra Bell muốn trả lời.
Kể từ năm 2015, tất cả các bài kiểm tra của Bell đều chỉ ra rằng giả định về các biến ẩn cục bộ không nhất quán với hành vi của các hệ thống vật lý.
Bối cảnh và ý nghĩa của thí nghiệm Bell
Thí nghiệm Bell, được đặt theo tên của John Stuart Bell, được thiết kế để kiểm tra mối quan hệ giữa cơ học lượng tử và lý thuyết hiện thực cục bộ của Albert Einstein. Quan điểm hiện thực cục bộ cho rằng hành vi của các hạt phải được giải thích bằng một số biến cục bộ không quan sát được, được gọi là "biến ẩn". Tuy nhiên, quan điểm này đã bị thách thức khi bất đẳng thức Bell ra đời.
Sự vướng víu lượng tử và nghịch lý EPR
Sự vướng víu lượng tử là khái niệm cốt lõi của thí nghiệm Bell. Năm 1935, Einstein và các đồng nghiệp của ông đã đề xuất nghịch lý EPR nổi tiếng, nêu rằng các dự đoán của cơ học lượng tử dường như ngụ ý rằng thông tin có thể được truyền đi ngay lập tức giữa các hạt, điều này vi phạm định luật nhân quả. Điều này có nghĩa là sự tương tác giữa các hạt lượng tử không chỉ được điều khiển bởi một số biến ẩn cục bộ mà còn có thể không cục bộ.
Nếu một số thông tin được biết thì theo nguyên lý bất định của Heisenberg, sẽ có những thông tin khác không thể biết được.
Kiểm chứng thực nghiệm bất đẳng thức Bell
Các thí nghiệm về bất đẳng thức Bell liên quan đến các phép đo trên hai hoặc nhiều hạt vướng víu. Các thiết kế thử nghiệm thường bao gồm việc quan sát một hạt, chẳng hạn như photon, và lựa chọn các đặc tính của nó (chẳng hạn như độ phân cực) để đo lường. Nếu kết quả thực nghiệm vi phạm bất đẳng thức Bell, giả thuyết về biến ẩn cục bộ có thể bị loại trừ. Tất cả kết quả thử nghiệm của Bell cho đến nay đều ủng hộ các dự đoán của vật lý lượng tử hơn là lý thuyết biến ẩn cục bộ.
Thí nghiệm Bell đã làm nên lịch sử
Kể từ những năm 1970, các nhà vật lý đã bắt đầu tiến hành nhiều thí nghiệm Bell khác nhau. Một số thí nghiệm quan trọng bao gồm:
- Năm 1972, Stuart J. Friedman và John Crowther đã thực hiện thí nghiệm đầu tiên để quan sát sự vi phạm bất đẳng thức Bell.
- Năm 1982, Alain Aspert và nhóm của ông đã thực hiện thử nghiệm Bell nổi tiếng tại Pháp, đây là thí nghiệm đầu tiên trong đó các thiết lập đo lường được lựa chọn ngẫu nhiên trong quá trình bay của các photon.
- Năm 2015, thí nghiệm của Hensen và cộng sự đã thành công khi đóng cả lỗ hổng phát hiện và lỗ hổng vị trí, điều này cung cấp hỗ trợ thực nghiệm mạnh mẽ hơn cho việc vi phạm bất đẳng thức Bell.
Do bất đẳng thức Bell bị vi phạm, các nhà khoa học nhận ra rằng những tính chất độc đáo do sự vướng víu lượng tử mang lại đã đặt nền tảng cho sự thịnh vượng của lý thuyết thông tin lượng tử. Lĩnh vực vật lý mới này tập trung vào các ứng dụng tiềm năng trong điện toán lượng tử và truyền thông lượng tử, đặc biệt là mật mã lượng tử. Mật mã lượng tử sử dụng các đặc tính của hệ thống lượng tử để phát triển các phương pháp truyền thông an toàn, đây chắc chắn là một ứng dụng quan trọng của cơ học lượng tử.
Nhìn về tương lai
Với sự tiến bộ của công nghệ thực nghiệm, sự hiểu biết của các nhà vật lý về thế giới lượng tử ngày càng sâu sắc hơn và các thí nghiệm Bell phức tạp hơn cũng đang được tiến hành. Chúng không chỉ xác minh các dự đoán lý thuyết của cơ học lượng tử mà còn khiến chúng ta phải xem xét lại bản chất của thực tại. Trong vũ trụ đầy rẫy sự bất định này, liệu chúng ta có thể tìm thấy một hình thức chắc chắn nào đó không?
