Đằng sau từng nhịp điệu hàng ngày của cuộc sống
Là cả một thế giới vận hành không ngừng nghỉ
Nơi phần lớn quan niệm của chúng ta trong vũ trụ trở nên sai lệch
Brian Greene – nhà vật lý học, tác giả nhiều cuốn sách bán chạy nhất tại New York
Sẽ dẫn chúng ta vào cuộc thám hiểm phá vỡ các định luật thông thường.
BRIAN GREENE: “Tại sao chúng ta chưa từng quan sát các hiện tượng diễn biến ngược thời gian?”
Điều này hoàn toàn có thể dựa trên các định luật của vật lý.
Một thế giới mới sẽ dần lộ ra
Khi chúng ta đi sâu khám phá khoảng không vũ trụ
Từ lỗ đen đến Vụ Nổ Lớn
Đến tận cấu tạo sâu bên trong của vật chất.
(Cho tôi đồ uống giống anh bên cạnh)
Tại đây, vũ trụ của chúng ta chỉ là một trong vô vàn các vũ trụ song song
Không gian 3 chiều có thể chỉ là một ảo ảnh
Và không có giới hạn rõ ràng
Giữa quá khứ, hiện tại và tương lai
GREENE: Nhưng chúng ta sẽ tự hỏi tại nguyên nhân tại sao?
Sao chúng ta có thể hiểu sai về những thứ quá quen thuộc như thế?
“Và liệu điều đó có ảnh hưởng đến chúng ta không?”
Dĩ nhiên
“Không có quy luật nào trong tự nhiên lại
Quy định rằng vật lý lý thuyết luôn vui vẻ cả
Thực tế nó luôn luôn thay đổi
Và nó luôn mở ra vô vàn những giả thiết mới
Trong phần tiếp theo
Thế giới của các nguyên tử nhỏ bé và các hạt vật chất: Thế Giới Lượng Tử
Tại đây dường như không thể tìm ra một quy luật nào
Mọi thứ luôn có xu hướng hỗn loạn
và không ở yên một chỗ
Nhưng lại tối quan trọng với mọi thứ trong vũ trụ
Không xảy ra bất cứ mâu thuẫn nào giữa cơ học lượng tử
và bất kì một thí nghiệm đã từng được tiến hành
Thế giới đó sẽ hé lộ cho ta điều gì về bản chất của tự nhiên
Hòa mình vào "Bước nhảy lượng tử" trên chương trình "Kết cấu vũ trụ"
kênh NOVA
Phụ đề tiếng Việt: Team-NASA E-mail: team-nasa@googlegroups.com
Nhà tài trợ chính cho Nova được cung cấp như sau:
Và…..
Và công ty phát thanh truyền thông công cộng
Và đóng góp cho đài SBS của bạn từ:
Tài trợ chính cho “ The Fabric of the Cosmos”
Được cung cấp bởi Quỹ Khoa Học quốc gia.
Và…
Hỗ trợ cho nghiên cứu ban đầu và để cho công chúng cùng hiểu biết
về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học
Hỗ trợ tài chính được cung cấp bởi…
GREENE: Trong suốt hàng ngàn năm
con người đã tìm cách giải mã
bí ẩn về sự vận hành của vũ trụ
và chúng ta đã khá thành công với một hệ thống các định luật
mô tả một cách rõ ràng và chính xác các chuyển động
của các thiên hà, các vì sao và các hành tinh
Nhưng hiện nay chúng ta đã biết, dù chỉ sơ sơ
rằng mọi thứ vẫn còn chưa sáng tỏ
bởi một hệ thống các định luật vật lý đột phá vừa mới được tìm ra
và thay đổi hoàn toàn bức tranh cũ về vũ trụ
Từ không gian ngoài vũ trụ, tới trung tâm thành phố New York
tới thế giới nguyên tử
cách nhìn của chúng ta đã chuyển sang một trang mới
nhờ những định luật kì lạ và bí ẩn này
những điều đang tái xây dựng lại hiểu biết của chúng ta về tự nhiên
Chúng là những định luật của Cơ học Lượng tử
Cơ học lượng tử nghiên cứu bao trùm lên mọi nguyên tử và các hạt cơ bản
trong mọi dạng vật chất
Trong các ngôi sao và các hành tinh
Các tảng đá, các tòa nhà
và cả trong cơ thể các bạn và tôi
Chúng ta không thể nhận thấy sự kì lạ của cơ học lượng tử
ngay trong cuộc sống hàng ngày này
nhưng nó luôn hiện diện, nếu ta biết cách nhìn cho đúng
Chỉ cần thay đổi góc nhìn
và thu nhỏ tới quy mô nhỏ nhất
ngang bằng với các hạt nguyên tử và những hạt cơ bản cấu thành
Ở quy mô lượng tử, các quy luật chi phối thế giới tí hon này
trở nên hoàn toàn khác thường
với những gì chi phối các vật thể có kích thước lớn hàng ngày
Và một khi chỉ cần liếc nhìn vào thế giới đó
thì bạn sẽ không thể nhìn thế giới hiện tại theo cách thông thường nữa
Thật sự không thể nào hình dung được những thứ kì quái
ta có thể gặp khi ở quy mô nhỏ nhất của vật chất này
Nhưng điều gì xảy ra nếu bạn có thể bước vào thế giới đó
nơi các quy luật lượng tự hiện diện rõ ràng
nơi con người và các sự vật cũng giống như những nguyên tử và hạt cơ bản
Chắc hẳn bạn sẽ được mãn nhãn
Tại đây, các sự vật tham gia vào những việc kì quặc
Tôi muốn nói rằng trong thế giới lượng tử
mọi thứ đều có xu hướng trở nên hỗn loạn
và không ở yên một chỗ
hay chỉ đi theo một lối duy nhất
Cứ như thể một vật có thể xuất hiện ở hai nơi tại cùng một thời điểm
Và những hành động của tôi tại nơi này có thể gây tác động tức thời tới một địa điểm khác
ngay của khi không có ai bên cạnh tôi
Và đây là điều kì lạ nhất
nếu mọi người đều tuân theo các quy luật như những hạt cơ bản bên trong các nguyên tử
thì phần lớn thời gian
bạn sẽ không thể biết chính xác mình đang ở đâu
Thay vào đó, một người có thể ở bất kì đâu
tới khi có ai đó đi tìm họ
Hey
Tôi muốn gọi thứ anh ta đang uống
Vậy tại sao chúng ta lại tin vào những quy luật kì quái như thế
Trong suốt 75 năm
chúng ta đã dùng các định luật này để tiên đoán
các tính chất của nguyên tử và các hạt cơ bản
Và qua rất nhiều thí nghiệm nối tiếp nhau
các quy luật lượng tử luôn được chứng minh đúng
Đó là lý thuyết tuyệt vời nhất mà chúng ta có
Thực tế có hàng tỷ mảnh nhỏ
tạo nên các bằng chứng thuyết phục tính đúng đắn của Cơ học Lượng tử
Lý thuyết này đã được qua rất nhiều cuộc kiểm tra và các dự đoán kì quái
Và vẫn không có mâu thuẫn nào giữa Cơ học Lượng tử
và bất kì một thí nghiệm đã từng được tiến hành
Các quy luật lượng tử hiện diện rõ nhất
khi ta thu nhỏ xuống quy mô nguyên tử
nhưng hãy nghĩ điều này
Tôi được cấu thành từ các nguyên tử
cũng như các bạn
hay tất cả mọi sự vật ta thấy trong thế giới hàng ngày
Vì vậy có nghĩa là các quy luật kì quái trong thế giới lượng tử
không chỉ giải thích cho những thứ tí hon
Chúng giải thích cho ta về toàn bộ tự nhiên
Nhưng làm thế nào chúng ta lại khám phá được
những quy luật kì quặc dường như còn mâu thuẫn
với phần lớn những gì chúng ta nghĩ là đã biết về vũ trụ
Cách đây không lâu, chúng ta đã nghĩ con người đã biết gần như tất cả
Các quy luật chi phối chuyển động của các hành tinh quanh Mặt trời
quy luật quỹ đạo của đường cong quả bóng vạch ra trong không gian
hay sự truyền chuyển động của các xoáy nước trên mặt hồ
Những định luật trên đều được biểu diễn dưới dạng chuỗi các phương trình
trong Cơ học Cổ điển
và chúng giúp ta tiên đoán
chuyển động của những sự vật trên một cách chính xác
Nó vẫn được cho là hoàn hảo
cho tới thời điểm cách đây 100 năm
khi các nhà khoa học đau đầu để giải thích
những đặc tính kì lạ của ánh sáng
Cụ thể là ánh sáng phát ra từ các khí
khi chúng bị nung nóng trong ống thủy tinh
Khi các nhà khoa học quan sát ánh sáng này qua một lăng kính
họ thấy một hiện tượng bất ngờ
PETER GALISON: Nếu ta nung nóng một loại khí nào đó và nhìn nó qua một lăng kính
nó tạo ra các vạch
Không phải những dải quang phổ liền mà ta thường thấy
qua những mảnh kính vỡ trên bàn
và những vạch sáng rời rạc
DAVID KAISER: Nó không phát thành một dải sáng
như một dải cầu vồng từ ánh sáng trắng
Mà cho chính ta những dải như các đường kẻ bút chì
với từng màu riêng biệt
GALISON: Và đó là một điều bí ẩn
việc hiểu được nguyên lý hiện tượng đang diễn ra
GREENE: Có một lời giải thích về hiện tượng các vạch sáng bí ẩn này
từ phía một nhóm các nhà khoa học cách tân
nhưững người ở đầu thế kỉ 20
đang hoàn thiện bức tranh cơ bản
về thế giới vật lý
Và một số khám phá quan trọng nhất
đến từ Niels Bohr
nhà vật lý với sở thích bàn luận các ý tưởng khi đánh bóng bàn
Bohr hoàn toàn tin tưởng rằng lời giải cho bí ẩn trên
nằm sâu trong bản chất của vật chất, từ cấu tạo nguyên tử
Ông nghĩ rằng các nguyên tử cấu tạo theo mô hình hệ mặt trời
với những hạt cơ bản nhỏ hơn nữa - các hạt electron
chuyển động quanh hạt nhân
giống như các hành tinh quay quanh mặt trời
Nhưng khác với hệ mặt trời, Bohr đề xuất rằng các hạt electron
không di chuyển theo quỹ đạo bất kì nào
Thay vào đó, chỉ một số quỹ đạo cố định
GALISON: Và đó là một ý tưởng
hoàn toàn mâu thuẫn với vật lý lý thuyết
bởi ông nói các electron chỉ ở những mức năng lượng nhất định
những quỹ đạo nhất định
và chỉ ở một trong những quỹ đạo đó thôi
GREENE: Bohr nói rằng khi một nguyên tử bị nung nóng
những hạt electron sẽ chuyển động nhanh hơn
và nhảy từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác
Mỗi bước nhảy xuống mức năng lượng thấp sẽ giải phóng ra năng lượng dưới dạng ánh sáng
với một bước sóng nhất định
và đấy là lý do các nguyên tử tạo ra những màu sắc riêng biệt
Chính vì thế mới có khái niệm "Bước nhảy lượng tử"
JIM GATES: Nếu không có bước nhảy lượng tử
ta sẽ thu được một dải sáng liền phát ra từ nguyên tử khí
tương ứng khi nó bị kích thích hoặc ngược lại
Nhưng kết quả thí nghiệm cho thấy điều khác
Chúng ta thấy những dải đỏ và xanh rất rõ ràng
Đó chính là bước nhảy lượng tử
là nguyên nhân tạo ra những vạch màu sắc nét đó
GREENE: Điều gì khiến bước nhảy lượng tử kì lạ như vậy
đó là việc các electron nhảy trực tiếp từ mức này sang mức khác
cứ như là không cần đi qua khoảng không gian giữa 2 mức
Như thể Sao Hỏa đột nhiên rời quỹ đạo
và nhảy sang quay cùng Sao Mộc
Bohr lập luận rằng bước nhảy mức năng lượng xuất phát từ một
tính chất cơ bản và kì quái của electron trong nguyên tử
rằng năng lượng của chúng tồn tại ở những mức riêng biệt
mà không thể nào chia nhỏ hơn nữa được
những đại lượng cực nhỏ nhưng có giá trị xác định đó gọi là "lượng tử" (quanta)
Đó là lý do chỉ tồn tại các quỹ đạo riêng biệt, rời rạc
của các electron
KAISER: Một electron phải ở các quỹ đạo nhất định
chứ không được ở bất kì vị trí nào giữa đó
Đó là một điều khác thường
Cứ nghĩ về cuộc sống hàng ngày
Khi ăn, bạn có bao giờ nghĩ thức mình chỉ ăn theo số lượng nhất định
Có bao giờ bạn phải
ăn một khối lượng thức ăn chính xác nhất định không?
Thức ăn không bị giới hạn về số lượng
Nhưng năng lượng của electron trong nguyên tử thì buộc phải tồn tại ở các mức xác định
Điều này thật bí ẩn
GREENE: Dù việc các hạt cơ bản nhỏ bé
tồn tại trong nguyên tử bí ẩn như thế nào
các bằng chứng nhanh chóng được tìm thấy, bảo vệ giả thiết của Bohr
Trong hàng loạt các thí nghiệm sau đó
các electron tuân theo một hệ thống các định luật vật lý
khắc hẳn vật lý cổ điển với các hành tinh và quả bóng
Khám phá của Bohr là một bước ngoặt
và với bức tranh mới về nguyên tử, Bohr và các đồng nghiệp
tự nhiên ở tình thế đối đầu
với các quy luật được vật lý cổ điển thừa nhận
Bước nhảy lượng tử chỉ là khởi đầu
Không lâu sau đó, giả thiết quá đột phá của Borh đã đưa ông vào cuộc đối đầu
với một trong những nhà vật lý vĩ đại nhất lịch sử
Albert Einstein không phải người hay sợ các giả thiết đột phá
Nhưng trong những năm 1920, quan điểm mới của cơ học lượng tử
bắt đầu chuyển lái theo hướng không theo ý của Einstein
theo hướng chuyển ngoặt từ
các phương trình tiên đoán chắc chắn
đã trở thành nền tảng của vật lý cổ điển
TEGMARK: Nếu ta hỏi Einstein hay bất cứ nhà vật lý nào thời điểm đó
rằng điều gì làm vật lý khác biệt
với các tiên đoán khác
họ đều nói
"Đó là việc nó có thể tiên đoán chính xác mọi việc"
Và cơ học lượng tử
dường như không đi theo quy luật này
GREENE: Một thì nghiệm trong số đó
sau nay được biết đến với cái tên thí nghiệm ”qua hai khe” (Young)
đã hé lộ bí mật về thế giới lượng tử một cách rõ ràng
Nếu bạn đang tìm kiếm một miêu tả rõ ràng về tự nhiên
một cách chắn chắn, thì bạn sẽ phải thất vọng sớm
Chúng ta có thể cảm thấy rất rõ ràng trong thí nghiệm “hai khe hẹp”
và thấy nó thay đổi bức tranh về tự nhiên như thế nào
qua việc thực hiện một thí nghiệm tương tự
không phải với các hạt cơ bản nhỏ bé
mà ở trên một quy mô lớn hơn với các vật thể bình thường
như những thứ ở trong sân chơi bowling này
Nhưng trước hết tôi cần
thay đổi sàn đấu này một chút
Bạn sẽ nghĩ rằng nếu tôi lăn bóng
xuống sàn
chúng hoặc sẽ bị cản bởi các thanh chắn
hoặc sẽ đi qua một trong 2 khe ở đây
và đâm thủng màn chắn ở phía sau
và đó là những gì đã xảy ra trong thực tế
những quả bóng đi qua khe luôn đâm vào màn chắn
dù là ở khe bên trái hay bên phải
thí nghiệm “hai khe hẹp” cũng khá giống như vậy
chỉ có điều thay vì những quả bóng bowling
chúng ta dùng electron - nhỏ hơn quả bowling hàng tỷ lần
Bạn có thể tưởng tượng như thế này
Thử quan sát xem điều gì diễn ra nếu ta ném các quả bóng
Khi các electron được dồn vào hai khe
một điều rất kì lạ diễn ra ở trên màn chắn
thay vì chỉ tập trung ở hai khu vực
các electron tập trung trải dài trên màn chắn
tạo nên một chuỗi các vạch
có cả các vạch nằm bên phải hai khe
nơi mà ta nghĩ đã bị chắn
Vậy điều gì đang diễn ra đây?
Với những nhà vật lý những năm 1920
những vạch dọc này chỉ có thể giải thích bằng một điều
Sóng
Sóng có các tính chất tương ứng có thể thực hiện điều thú vị trên
Hoàn toàn khác với quả bóng bowling
Sóng có thể bị phân chia
Có thể được tổng hợp
Nếu cho một sóng nước đi qua hai khe này
nó sẽ phân ra làm hai sóng riêng biệt
và hai nguồn sóng này sẽ giao thoa
Các biên cực đại và cực tiểu của chúng sẽ cộng hợp với nhau
và tạo thành giá trị lớn hơn hay nhỏ hơn tại các vị trí khác nhau
và trong một số trường hợp thì triệt tiêu lẫn nhau
Ở độ cao tương ứng với mặt nước
so sánh với độ sáng trên màn chắn
những điểm cực đại và cực tiểu sẽ tạo nên một chuỗi vạch dọc
được gọi là các dải giao thoa
Vậy làm thế nào mà các electron, các hạt cơ bản
có thể tạo thành cái dải trên?
Làm thế nào một eletron bất kì cuối cùng lại tập trung ở những nơi như với sóng nước
Hạt là hạt
Còn sóng là sóng
Làm sao chúng có thể giống nhau được
Trừ khi ta phủ nhận suy nghĩ rằng chúng chỉ là các hạt
Và rồi "Ơ-rê-ka"
Thứ mà ta nghĩ là hạt thực chất là một dạng sóng
Với sóng nước ở ngoài đại dương
thì đại dương làm từ các hạt
nhưng sóng ở đại dương không phải hạt
và đá không phải là sóng, đá chỉ là đá thôi
Vì thế đá là một ví dụ về hạt
và biển là một ví dụ về sóng
và giờ có người nói rằng đá giống như sóng biển
"Không thể nào!"
Trở lại những năm 1920
khi một thí nghiệm như vậy được diễn ra
các nhà khoa học đau đầu để giải thích hiện tượng
Một số nghĩ rằng nếu một electron đơn lẻ khi chuyển động
có thể trải dài ra như một loại sóng
Và nhà vật lý Erwin Schrödinger
đã tìm ra một phương trình dường như miêu tả được điều đó
STEVEN WEINBERG: Schrödinger nghĩ rằng loại sóng này
là mô tả rộng hơn của một electron
rằng bằng cách nào đó electron bị lan ra
và không còn là một chất điểm nữa, mà như một đám
Có nhiều lập luận trái chiều
về những gì hiện tượng này đã thực sự diễn ra
GREENE: Cuối cùng một nhà vật lý tên là Max Born
kết luận bằng một ý tưởng đột phá
về điều mà phương trình sóng diễn tả
Born cho rằng sóng không phải là các electron bị lan ra
hay tất cả những gì từng được ghi nhận trong khoa học
Thay vào đó, ông khẳng định rằng
đó là một điều rất kì quặc, một sóng xác suất
Tức là Born lập luận rằng độ lớn của sóng ở bất kì vị trí nào
cho biết khả năng tìm thấy một electron tại đấy
WEINBERG: Nơi sóng lớn
không phải nơi có nhiều electron nhất
mà là nơi electron có khả năng được tìm thấy lớn nhất
Điều đó thật lạ phải không
Như vậy electron hóa ra lại là một đống các xác suất
PETER FISHER: Bạn sẽ không được hỏi rằng
Hiện tại các electron đang ở đâu?
Bạn sẽ không được hỏi "Nếu giờ phải tìm một electron
ở vị trí xác định này trong không gian
thì xác suất tìm được là như thế nào"
Ý tôi muốn nói điều đó sẽ làm rối đầu bất kì ai
bởi nó thật kì quặc
cách mô tả mới về sự di chuyển của các hạt
hóa ra lại đúng
Khi tôi ném một electron
tôi không bao giờ dự đoán được nơi nó sẽ dừng lại
nhưng nếu tôi dùng phương trình của Schrödinger
để tìm sóng xác suất của electron
Tôi có thể dự đoán với độ chính xác cao
rằng nếu tôi ném một lượng electron đủ lớn
ta có thể nói 33.1% sẽ tập trung ở đây
và 7.9% sẽ tập trung ở kia, vân vân
Kiểu dự đoán như thế này
được kiểm định nhiều lần qua các thí nghiệm
Và như thế, các phương trình của cơ học lượng tử
hóa ra lại chính xác một cách đáng ngạc nhiên
vì thế ta có thể thừa nhận rằng nó chỉ là một vấn đề về xác suất
Nếu bạn nghĩ rằng xác suất
là việc ta không phải đoán gì cả
thì bạn sẽ sai khi đến các sòng bạc ở Las Vegas
Thử bất kì trò may rủi nào ở đây
và bạn sẽ thấy sức mạnh của xác suất
Thử như tôi đặt 20 đô ở số 29
ở trên bàn quay này
Bên cái sẽ không biết tôi thắng hay thua trong vòng này
hay các vòng sau
Một
Nhưng họ biết xác suất tôi thắng
Trong trò chơi này có lần nó rơi vào 38
21
(chuông)
29
Vì vậy dù tôi có thể thắng vài lần, trong dài hạn
bên cái luôn lời nhiều hơn mất
Điều tôi muốn nói là bên cái không cần biết kết quả
của từng lượt chơi như thế nào
từ đánh bài, xúc xắc đến các vòng quay
Các sòng bạc vẫn rất chắc chắn rằng nhìn tổng thể
hàng ngàn vòng quay, lần đặt cược và lần xúc xắc, cuối cùng họ sẽ được lời
và có thể dự đoán chính xác
tần suất thắng như thế nào
Theo cơ học lượng tử
thì thế giới lượng tử cũng khá giống với một trò chơi may rủi như vậy
Tất cả các vật chất trong vũ trụ
đều cấu tạo từ các nguyên tử và các hạt
chịu ảnh hưởng của xác suất
EDWARD FARHI: Về cơ bản, tự nhiên được miêu tả
bằng một lý thuyết dựa trên xác suất
và điều đó thật phản khoa học
và là điều nhiều người sẽ khó lòng chấp nhận được
GREENE: Một trong số đó là Einstein
Einstein không thể tin rằng vấn đề cơ bản của tự nhiên
ở tầng thấp nhất, lại bị may rủi quyết định
Và đó là điều Einstein không bao giờ chấp nhận
Einstein nói rằng "Chúa không chơi trò xúc xắc"
Ông không coi trọng ý tưởng cho rằng ta không thể lập luận chắc chắn
rằng điều này sẽ hay không sẽ xảy ra
GREENE: Nhưng nhiều nhà vật lý khác
không hề cảm thấy điều này vô lý
bởi những phương trình của cơ học lượng tử
giúp họ dự đoán được các hiện tượng
xảy ra trong một nhóm các nguyên tử và các hạt
với độ chính xác đáng kinh ngạc
Và điều này sẽ dẫn đến
các phát minh lớn khác
Tia lase, tran-si-tor, bảng mạch điện tử
và toàn bộ các phát minh về điện tử
MAX TEGMARK: Nếu bỗng nhiên cơ học lượng tử ngừng hoạt động
tất cả các máy móc ở Mỹ, tất cả
sẽ ngừng hoạt động theo
GREENE: Các phương trình của cơ học lượng tử
giúp các kĩ sư thiết kế các công tắc siêu nhỏ
điều khiển dòng các electron nhỏ bé
và theo một cách nói, điều khiển mọi chiếc máy tính cá nhân ngày nay
đến các máy ảnh kĩ thuật số và điện thoại
ADAMS: Tất cả các thiết bị mà chúng ta phụ thuộc hàng ngày, các đi-ốt, tran-si-to,
những linh kiện cấu tạo nên nền tảng của công nghệ thông tin
nền tảng cuộc sống hàng ngày trong mọi lĩnh vực
Chúng hoạt động dựa vào cái gì?
Chỉ nhờ có cơ học lượng tử, chúng mới hoạt động được
WEINBERG: Tôi khẳng định rằng không có cơ học lượng tử
chúng ta sẽ trở lại những thời kì "đen tối", cụ thể hơn
là sẽ quay trở lại thế kỉ 19
Trở lại với động cơ hơi nước, tín hiệu điện báo
TEGMARK: Cơ học lượng tử là lý thuyết thành công nhất
mà các nhà vật lý như chúng ta đã khám phá ra
thế mà tới giờ chúng ta vẫn còn đang bàn cãi
về ý nghĩa thực sự của nó
về điều nó diễn tả về bản chất của tự nhiên
GREENE: Mặc cho tất cả những thành tựu đạt được
vật lý lượng tử vẫn rất bí ẩn.
Nó làm tất cả những thứ này hoạt động, nhưng chúng ta vẫn chưa thể trả lời được
câu hỏi cơ bản của Albert Einstein.
Quay trở lại những năm 1920 và 1930
câu hỏi liên quan tới xác suất và sự đo lường
cũng như việc quan sát.
Đối với Bohr, việc khảo sát thay đổi mọi thứ.
Ông tin rằng trước khi bạn quan sát hay khảo sát một hạt
thì chưa chắc chắn một điều gì về tính chất của nó.
Ví dụ, một hạt electron trong thí ngiệm với hai khe hẹp.
trước khi tấm chắn phía sau chỉ ra vị trí của các electron khi đập vào nó
thì các electron có thể ở bất cứ đâu
với rất nhiều khả năng có thể xảy ra.
Chỉ đến khi bạn nhìn thấy và duy nhất tại điểm đó
ta mới chắc chắn về vị trí của nó
Theo giả thuyết của Bohr về vật lý lượng tử
khi bạn khảo sát một hạt
việc khảo sát sẽ buộc các hạt từ bỏ
tất cả những nơi chúng có thể ở
và chọn một vị trí xác định, nơi mà bạn tìm thấy nó.
Chính việc khảo sát đã ép buộc các hạt phải
lựa chọn.
Niels Bohr chấp nhận rằng bản chất của tự nhiên
vốn không rõ ràng
Nhưng Einstein thì khác.
Ông tin vào sự chắc chắn
không phải chỉ khi một vật đã được khảo sát hay nhìn thấy
mà là mọi lúc.
Giống như Einstein đã nói "Tôi thích suy nghĩ về mặt trăng ở kia,
ngay cả khi tôi không nhìn vào nó".
Đó là điều mà Einstein lo lắng.
Bạn có nghĩ rằng thực trạng của vũ trụ phụ thuộc
vào việc chúng ta có ngẫu nhiên mở mắt hay không ?
Điều đó thật kỳ lạ.
GREEN: Einstein tin rằng thuyết lượng tử đã thiếu một điều gì đó,
điều mà có thể mô tả
tất cả những đặc điểm chi tiết của các hạt, như vị trí của chúng
ngay cả khi bạn không nhìn vào nó.
Nhưng ở thời điểm đó, ít nhà vật lý chia sẻ với mối quan tâm của ông ấy.
KAISER: Và Einstein đã nghĩ rằng nó sẽ trở nên vô vọng
với các nhà vật lý.
Nó không phải là một lý thuyết vật lý tồi mà chỉ là chưa hoàn thiện.
Đó là điệp khúc của Einstein.
Lý thuyết lượng tử không phải là không đúng, nó đã đi được rất xa
so với khi nó bắt đầu, nhưng nó vẫn chưa hoàn thiện.
Nó không nắm bắt được tất cả mọi thứ
có thể nói hoặc dự báo với sự chắc chắn.
GREENE: Mặc cho những tranh luận của Einstein, Niels Bohr vẫn không thay đổi ý kiến.
Khi Einstein lặp lại câu "Chúa không chơi trò xúc sắc"
Bohr phản bác "Đừng bảo Chúa phải làm gì"
Nhưng vào năm 1935, Einstein nghĩ ông ấy cuối cùng đã tìm ra
gót chân Asin của lý thuyết lượng tử.
Điều gì đó rất lạ
rất mâu thuẫn với tất cả những điều hợp lý về vụ trụ,
ông nghĩ nó cầm giữ chiếc chìa khóa
để chứng minh lý thuyết vẫn chưa hoàn thiện.
Nó được gọi là “sự liên đới"
LEWIN: Tiên đoán kì lạ nhất,
vô lý nhất, điên khùng nhất, lố bịch nhất
về lý thuyết lượng tử là "Liên đới lượng tử"
GREENE: Liên đới lượng tử là một dự đoán lý thuyết
bắt nguồn từ các phương trình của lý thuyết lượng tử.
Khi hai hạt liên đới lượng tử với nhau
nếu chúng ở gần nhau và những thuộc tính kết nối với nhau.
Đáng nói là, lý thuyết lượng tử còn tiên đoán
cho dù bạn tách xa hai hạt này
mang chúng theo các hướng ngược nhau
chúng vẫn duy trì sự liên đới, không dứt ra được.
Để hiểu điều này kỳ lạ như thế nào,
hãy để ý đến một thuộc tính của electron gọi là "spin"
Không giống những con quay, spin của một electron
giống như các tính chất của lượng tử khác,
rất mờ ảo và không chắc chắn
cho đến khi bạn đo lường nó.
Và khi bạn thực hiện, bạn sẽ thấy
nó hoặc là quay theo chiều kim đồng hồ hoặc là quay theo chiều ngược kim đồng hồ.
Nó giống kiểu chiếc đĩa xoay này.
Khi nó dừng quay,
Nó sẽ ngẫu nhiên dừng lại ở ô đỏ hoặc ô xanh.
Bây giờ, hãy tưởng tượng một chiếc đĩa xoay thứ hai
Nếu hai chiếc đĩa này hoạt động giống như hai electron có liên đới
thì mỗi khi một chiếc dừng lại ở ô đỏ
chiếc kia chắc chắn sẽ dừng lại ở ô xanh.
và ngược lại.
Lúc này, khi hai chiếc đĩa không kết nối với nhau,
điều nói ở trên thật đáng nghi ngờ
Nhưng lý thuyết lượng tử đưa ra bởi Bohr và
các đồng nghiệp thậm chí còn đi xa hơn nữa,
nó dự đoán rằng nếu như một trong hai chiếc ở rất xa
thậm chí là trên mặt trăng, không có dây dẫn hoặc thiết bị phát sóng nào kết nối chúng,
thì khi bạn nhìn vào một chiếc và thấy màu đỏ
thì chiếc kia chắc chắn sẽ là màu xanh.
Nói cách khác, nếu bạn khảo sát một hạt ở đây,
thì bạn không chỉ ảnh hưởng đến nó
mà việc khảo sát của bạn cũng ảnh hưởng đến hạt được kết đôi
cho dù chúng cách xa nhau thế nào.
Đối với Einstein, kiểu kết nối xa kỳ lạ này
giữa hai chiếc đĩa quay hay giữa hai hạt thật là phi lý.
Ông gọi nó là kỳ quái "hành động kỳ quái ở khoảng cách xa"
Điều ngạc nhiên là khi bạn tiến hành khảo sát
một hạt, bạn tác động tới trạng thái của hạt kia.
Bạn thay đổi trạng thái của nó.
Không có một lực hay một ròng rọc hay, bạn biết đấy, dây dẫn nào
Không có bất cứ thứ gì kết nối chúng.
Làm thế nào mà quyết định của tôi ở đây
lại có sự ảnh hưởng nào đó tới những thứ xảy ra ở kia ?
Chúng không có cách nào để liên lạc với nhau.
Vì vậy, điều đó thật sự kỳ lạ.
GREENE: Einstein không thể chấp nhận mối liên hệ phức tạp hoạt động theo cách này.
mà tự thuyết phục mình rằng chỉ là các phép tính mới vớ vẩn, chứ không phải là thực tế.
Ông đồng tình rằng có thể tồn tại các hạt có mối liên hệ
nhưng ông nghĩ sẽ có một cách giải thích đơn giản hơn
cho việc chúng được kết nối mà không liên quan gì
đến sự liên hệ ở khoảng cách xa bí ẩn.
Thay vì đó, ông quả quyết rằng các hạt có mối liên hệ phức tạp
giống như một đôi găng tay hơn.
Tưởng tượng rằng ai đó tách rời hai chiếc găng tay,
bỏ từng chiếc vào một cái hòm.
Sau đó, người đó mang một cái đến chỗ tôi,
và mang chiếc còn lại
tới Nam cực.
Cảm ơn.
Trước khi tôi nhìn vào cái hòm của tôi Tôi biết rằng nó có thể chứa
chiếc trái hoặc chiếc phải.
Và khi tôi mở hòm ra, nếu tôi thấy chiếc trái
thì ngay lúc đó, tôi biết cái hòm ở Nam Cực
chắc chắn chứa chiếc găng tay bên phải,
cho dù không ai từng nhìn vào trong cái hòm.
Không có gì là bí ẩn về điều này
Rõ ràng, việc nhìn vào bên trong một cái hòm
không tác động gì tới bất kỳ chiếc nào.
Cái hòm này luôn luôn chứa chiếc găng tay bên trái,
và cái ở Nam cực
luôn chứa chiếc găng tay phải.
Điều đó đã được định đoạt kể từ lúc
đôi găng tay bị chia cắt và mang đi xa nhau.
Einstein cho rằng nguyên lý hoàn toàn tương tự
cũng được áp dụng cho hai hạt có mối liên hệ phức tạp.
Cách thiết lập trạng thái của các electron như thế nào
được quyết định hoàn toàn
vào lúc chúng tách xa nhau.
Vậy thì ai đúng ?
Bohr, người bảo vệ các phép tính chỉ ra rằng
những hạt kia giống như hai chiếc đĩa quay,
có thể kết nối ngay lập tức những trạng thái ngẫu nhiên của chúng
cho dù ở những khoảng cách vô cùng lớn ?
hay Einstein, người tin rằng không có kết nối kỳ quái nào cả,
thay vì vậy, mọi thứ đã được quyết định hết
trước khi bạn nhìn vào chúng ?
Thử thách lớn trong việc xác minh xem ai đúng
Bohr hay Einstein, là việc Einstein nói
một hạt có một spin xác định trước khi bạn khảo sát chúng.
Bạn có thể đặt câu hỏi: Làm thế nào để kiểm chứng điều đó
Ông ấy trả lời "Ồ, hãy khảo sát chúng
và bạn sẽ thấy spin xác định đó"
Bohr lại nói "nhưng việc khảo sát đó
sẽ làm cho spin có một trạng thái xác định."
Không ai biết làm thế nào để giải quyết vấn đề,
vì vậy toàn bộ câu hỏi lại được xem xét như là một vấn đề triết học,
chứ không phải là khoa học.
Cho đến khi mất vào năm 1955, Einstein vẫn tin tưởng rằng lý thuyết lượng tử
vẫn chỉ đưa ra một bức tranh chưa đầy đủ về thực tế.
Năm 1967, tại trường đại học Columbia,
Nhiệm vụ phản bác lại lý thuyết lượng tử còn tiên đoán
được tiếp nối bởi một người ban đầu không chủ ý theo đuổi việc đó.
John Clauser lúc đó đang nghiên cứu để lấy bằng tiến sỹ vật lý thiên văn.
Điều duy nhất cản trở ông
là điểm số của ông ở môn lý thuyết lượng tử.
Khi tôi vẫn đang là một sinh viên mới tốt nghiệp, cho dù đã cố,
tôi vẫn chưa thể hiểu được lý thuyết lượng tử.
Clauser nghi ngờ sự đúng đắn của Einstein
khi ông ấy tìm thấy một phát hiện để đời,
Đó là một bài nghiên cứu ít người biết đến
của một nhà vật lý ít tiếng tăm người Ai len tên John Bell.
Thật ngạc nhiên, Bell dường như đã tìm ra cách
giải quyết tranh cãi giữa Einstein và Bohr,
và cuối cùng chỉ ra
ai đã đúng về Vũ trụ.
Tôi từng tin rằng lý thuyết lượng tử
có thể đã sai.
Đọc bài nghiên cứu,
Clauser thấy rằng Bell đã phát hiện ra
cách để kiểm chứng, các hạt có mối liên hệ phức tạp
thật sự liên lạc bằng cách thức kỳ quái
giống như hai chiếc đĩa quay
hay chẳng có điều gì kỳ quái hết cả
và các hạt vốn đã được sắp đặt theo cách riêng của chúng,
giống như một đôi găng tay.
Với một số phép tính thông minh
Bell chỉ ra rằng nếu mối liên hệ kỳ quái không hoạt động,
thì lý thuyết lượng tử không chỉ chưa hoàn thiện,
giống như Einstein nghĩ
mà nó sẽ sai.
Tôi đi đến kết luận rằng, "Lạy chúa,
đây là một trong những nghiên cứu uyên thâm nhất tôi từng được biết"
GREENE: Bell chỉ là một nhà vật lý lý thuyết.
Nhưng bài nghiên cứu của ông ấy còn chỉ ra câu hỏi có thể được quyết định
nếu bạn có thể làm ra một chiếc máy
có thể tạo ra và so sánh nhiều cặp hạt có mối liên hệ.
Bell chuyển hướng câu hỏi sang một vấn đề về thực nghiệm.
Nó không chỉ là vấn đề triết học,
hay tiêu tốn nhiều giấy mực.
Và thí nghiệm mà ông mường tượng tới đã được thực hiện.
Bạn có thể thực sự tiến hành một thí nghiệm thực tế
để giải quyết vấn đề này.
GREENE: Clauser đã bắt đầu xây dựng một cỗ máy
mà sau này đã giải quyết được mâu thuẫn trên
JOHN CLAUSER: Lúc đó tôi chỉ là một cậu sinh viên sau đại học trẻ trung
Và thành công lúc đó thì như thể: "Wow"
Luôn luôn có một cơ hội nhỏ nào đó
rằng một ngày bạn sẽ có một khám phá gây chấn động cả thế giới
GREENE: Cỗ máy của Clauser đã đo
hàng ngàn cặp các hạt liên đới
và so sánh spin của chúng theo nhiều hướng
Khi kết quả cuối cùng sắp hoàn thiện
Clauser hóa ra lại ngạc nhiên và không vui vẻ
Tôi liên tục tự hỏi mình "Mình đã làm gì sai?"
"Chắc hẳn phải mắc lỗi nào đó"
GREENE: Clauser lặp đi lặp lại thí nghiệm của mình và sau đó
Nhà vật lý người Pháp Alain Aspect
cũng bắt đầu thực hiện chuỗi thí nghiệm tương tự
Aspect cũng đạt được cùng một kết quả
GREENE: Kết quả thí nghiệm của Clauser và Aspect thực sự gây sốc
Cho dù nó đi ngược lại những gì chúng ta vẫn quan niệm
họ đã chúng minh phương trình toán học trong cơ học lượng tử hoàn toàn đúng
Sự liên đới là có thật
Các hạt lượng tử có thể được kết nối xuyên không gian
Việc đo đạc một hạt bất kì, trong thực tế
có thể gây ảnh hưởng trực tiếp tới hạt liên đới ở nơi khác
như thể không còn khoảng cách về không gian giữa chúng nữa
Điều mà Einstein nghĩ là bất khả thi
và kì quặc với một khoảng cách về không gian như vậy, hóa ra lại đúng
Một lần nữa tôi lại bị thất vọng
vì mình đã không lật đổ hoàn toàn được cơ học lượng tử
bởi cho tới giờ
tôi vẫn gặp khó khăn trong việc hiểu môn đó
Đây là điều kì quặc nhất trong cơ học lượng tử
Thậm chí việc hiểu nó thôi cũng là bất khả thi
Đừng hỏi tại sao
Đừng hỏi làm thế nào nó vận hành được
bởi câu hỏi đó không được phép xảy ra
Tất cả những gì ta có thể nói
là thừa nhận hiển nhiên đó là cách thế giới hoạt động
GREENE: Vậy nếu ta chấp nhận rằng
thế giới hoạt động theo cách kì quặc này
Liệu chúng ta có thể ứng dụng
hiện tượng kì quái ở khoảng cách xa của sự liên đới
vào điều gì đó thực tế không?
Một trong số các kì vọng
là việc bằng cách nào đó di chuyển người và vật
từ nơi này sang nơi khác
mà không cần băng qua khoảng không gian ở giữa
Nói cách khác: Dịch chuyển tức thời
"Đã ở trong khoang dịch chuyển"
"Nạp năng lượng"
"Đang nạp năng lượng"
GREENE: Các từ như "beaming" hay dịch chuyển tức thời, đã xuất hiện trong phim Star Trek
và có vẻ nó khá tiện lợi
Điều đó dường như chỉ là khoa học viễn tưởng
nhưng liệu sự liên đới có thể khiến nó diễn ra
Thật đáng chú ý là các cuộc thí nghiệm đã được thử
tại đây, trên đảo Canary ở ngoài khơi châu Phi
ANTON ZEILINGER: Chúng ta tiến hành thì nghiệm ở trên đảo Canary
bởi có hai đài quan sát ở đây
và trên hết, môi trường ở đây rất tuyệt
GREENE: Ngay cả Anton Zeilinger cũng còn lâu mới tự dịch chuyển tức thời được
hay bất cứ người nào khác
nhưng ông đang cố sử dụng liên đới lượng tử
để dịch chuyển các hạt nhỏ bé
trong trường hợp này là hạt photon - lượng tử ánh sáng
Ông bắt đầu từ việc tạo ra một cặp các photon đã được liên đới
trong một phòng thí nghiệm trên đảo La Palma
Một hạt photon trong đó được giữ lại tại đảo La Palma
hạt photon còn lại được chuyển bằng tia laser
tới đảo Tenerife cách đó 143 km
Giờ, Zeilinger đem đến một photon thứ ba
photon mà ông định cho dịch chuyển tức thời
và cho nó tiếp xúc với photon tại La Palma
Nhóm nghiên cứu theo dõi sự tiếp xúc này
so sánh trạng thái lượng tử của hai hạt
và đây là phần đáng ngạc nhiên nhất
dựa vào kết nối kì lạ kia
Zeilinger có thể sử dụng so sánh
để biến đổi photon được liên đới trên hòn đảo còn lại
trở thành một nhân bản khác của photon thứ 3
Cứ như thể photon thứ 3 đã dịch chuyển tức thời xuyên đại dương
mà không cần băng qua khoảng không gian ở giữa
Có thể nói chúng ta thu thập dữ liệu
nắm giữ trong photon gốc
và tạo nên một photon gốc mới ở đây
GREENE: Sử dụng phương pháp này
Zeilinger đã dịch chuyển tức thời thành công rất nhiều hạt
Nhưng liệu kết quả này có thể đi xa hơn
Bởi cơ thể chúng ta tạo ra từ các hạt
liệu quy trình này có thể dịch chuyển tức thời con người trong tương lai?
HƯỚNG DẪN VIÊN: Chào mừng bạn tới New York
Giả sử tôi muốn tới Paris để ăn trưa
Thì theo lý thuyết
sự liên đới, một ngày nào đó, có thể làm điều này khả thi
Tôi chỉ cần một thứ: một phòng chứa các hạt đặt tại New York
liên đới lượng tử với một phòng chứa hạt khác tại Paris
Xin mời ông theo lối này
GREENE: Tôi sẽ bước vào một khoang
hoạt động như một máy chiếu hay máy fax
Trong lúc thiết bị này quét lượng khổng lồ các hạt trong cơ thể tôi
số lượng các hạt nhiều hơn cả tổng số các ngôi sao
trong vũ trụ mà chúng ta thấy được
Thì cùng lúc nó cũng đang quét các hạt ở phòng chưa bên Paris
và tạo một danh mục để so sánh trạng thái lượng tử
của từng cặp các hạt
và giờ là lúc sự liên đới đóng vai trò
do có hiện tượng kì quái ở khoảng cách xa của nó
mà danh mục này cho thấy trạng thái ban đầu của các hạt
và so sánh với các hạt được liên đới bên Paris
Tiếp theo, cỗ máy điều hành gửi danh mục này tới Paris
Tại đó họ sử dụng thông tin nhận được
để tái tạo lại chính xác trạng thái lượng tử
của từng hạt cấu tạo nên cơ thể tôi
và tạo nên một "tôi" khác bằng xương bằng thịt
Không phải các hạt dịch chuyển từ New York sang Paris
mà sự liên đới đã giúp trạng thái lượng tử của tôi
được ghi lại ở New York và tái tạo lại ở Paris
từng hạt, từng hạt một
Bonjour
Chào cô
Giờ tôi đang ở Paris, và là một tôi được nhân bản
Và tôi ở New York kia thì, tốt hơn hết, do việc khảo sát trạng thái lượng tử
tất cả các hạt của tôi ở New York đã bị triệt tiêu
FARHI: Đây là điều tuyệt đối bắt buộc trong cổng dịch chuyển tức thời
Rằng vật được dịch chuyển
phải bị triệt tiêu trong quá trình dịch chuyển
Và bạn biết đấy, điều này khiến bất cứ ai cũng lo lắng
Tôi nghĩ nếu tự dưng sau khi dịch chuyển bạn trở thành một đống lộn xộn
các hạt nơ-tron, proton và electron
chắc lúc đó bạn sẽ không được xinh xắn cho lắm
Giờ chúng ta vẫn còn một chặng đường dài để đi tới việc dịch chuyển tức thời con người
nhưng khả năng khả thi của nó đã đặt ra một câu hỏi
liệu tôi - Brian Greene - ở Paris có thực sự là tôi
Có thể không hề có khác biệt nào
giữa "tôi" cũ ở New York và "tôi" mới ở Paris
và nguyên nhân là, theo cơ học lượng tử
không phải các hạt cơ bản quyết định "tôi" là tôi
mà các dữ liệu lưu trữ trong các hạt đó
Và các dữ liệu đó được dịch chuyển một cách chính xác
Tất cả hàng nghìn tỷ tỷ tỷ hạt
trong cơ thể tôi
ZEILINGER: Đó là một câu hỏi triết học rất sâu sắc
Liệu vật nhận được ở trạm bên kia
có phải phiên bản gốc hay không
Trạng thái của tôi y như phiên bản gốc
nghĩa là có tất cả các tính chất của phiên bản gốc
HƯỚNG DẪN VIÊN: Chào mừng tới New York
ZEILINGER: Về nếu trường hợp đó đúng thì đấy sẽ là phiên bản gốc
Tôi sẽ không bao giờ đặt chân vào cái máy đó
Cho dù việc dịch chuyển tức thời
có trở thành hiện thực hay không
sự không chắc chắn không rõ ràng của vật lý lượng tử
có rất nhiều các ứng dụng tiềm tàng khác
Tại MIT, Seth Lloyd và các đồng nghiệp
đang cố gắng ứng dụng vật lý lượng tử theo một cách táo bạo và mới mẻ
LLOYD: Vật lý lượng tử thật kì cục
Đó là cách để nói về nó
Cuộc sống đưa cho chúng ta những quả chanh kì cục
và liệu chúng ta có làm được nước chanh kì cục từ nó không?
GREENE: Thứ nước chanh kì cục là Lloyd nói đến là một máy tính lượng tử
LLOYD: Đó là phần quan trọng nhất của máy tính lượng tử
GREENE: Chi tiết máy màu vàng và màu đồng thau này
có lẽ không giống với chiếc laptop quen thuộc của bạn
nhưng trái tim của chúng thì giống nhau: chúng cùng sử dụng ngôn ngữ nhị phân
thứ ngôn ngữ máy tính được ghi lại bằng bit: có giá trị 0 hoặc 1
LLOYD: Đơn vị nhỏ nhất của thông tin là bit
và máy vi tính đơn giản chỉ việc dịch mã thông tin
từ những đơn vị nhỏ nhất này
và rồi đảo ngược lại một cách rất rất nhanh
GREENE: Chiếc máy tính lượng tử này nói chuyện bằng qua các bit
nhưng không giống với các bit thông thường
ở dạng 0 và 1 ở bất cứ thời điểm nào
các bit lượng tử thoải mái hơn
Tức là một số vật ở đây có thể gọi là một bit
đây là 0 và kia là 1
Đó là một bit dữ liệu
Vì vậy nếu một thứ nào đó hoặc ở đây, hoặc ở kia
ở cùng một lúc, thì ta sẽ được một bit lượng tử, hay "qubit"
GREENE: Cũng như việc một electron có thể là một sự trộn lẫn
giữa spin thuận chiều hay ngược chiều đồng hồ
một bit lượng tử có thể cũng là một trộn lẫn
giữa 0 và 1, và vì thế qubit có thể thực hiện nhiều việc cùng lúc
LLOYD: Có nghĩa là ta có thể tính toán
theo cách mà trí óc của con người
không bao giờ mơ tới được
GREENE: Theo lý thuyết, bit lượng tử có thể hình ảnh từ mọi thứ
miễn là chúng hoạt động theo cách của lượng tử, như một electron hay nguyên tử
Qubit - trái tim của máy vi tính lượng tử
cũng chính là những bảng mạch siêu dẫn
sản xuất bằng công nghệ nano
có thể chạy theo 2 chiều một lúc
Do qubit chuyên vào thực hiện nhiều việc cùng lúc
nếu ta tìm được cách
khiến nhiều qubit cùng giải toán cùng nhau
sức mạnh tính toán của chúng ta sẽ bùng nổ theo cấp số nhân
Để hiểu tại sao máy tính lượng tử có thể có sức mạnh như vậy
tưởng tượng ta bị kẹt ở giữa một mê cung
Thì ta chỉ muốn tìm đường thoát nhanh nhất có thể
Vấn đề là có quá nhiều cách lựa chọn
Và ta phải thử từng cách một theo thứ tự thời gian
Nghĩa là tôi phải gặp nhiều đường cụt
đi vào nhiều ngõ cụt
và quặt sai nhiều chỗ
trước khi tôi có thể may mắn tìm ra lối thoát
Và đó gần như chính là cách
máy vi tính ngày nay giải toán
Dù cho chúng xử lý rất nhanh
chúng chỉ có thể thực hiện một việc một lúc
như thể tôi chỉ có thể thám hiểm mê cung này theo một đường một lúc
Nhưng nếu tôi có thể thử tất cả các khả năng cùng một thời điểm
thì câu chuyện sẽ trở nên hoàn toàn khác
Và đó là cách máy tính lượng tử hoạt động
Bởi vì các hạt có thể, theo một cách hiểu, ở nhiều nơi cùng một lúc
máy tính có thể thử một lượng lớn các đường rẽ
hoặc các phép toán ở cùng thời điểm
và tìm ra phương án đúng trong nháy mắt
Giờ, một mê cung như thế này
chỉ có một lượng giới hạn các đường rẽ để thử
vì thế một máy tính truyền thống
có thể tìm được đường thoát một cách nhanh chóng
Nhưng tưởng tượng một bài toán
với hàng triệu hoặc hàng tỷ biến
như thể dự đoán tình hình thời tiết trong tương lai xa
Chúng ta có thể dự đoán được các thiên tai
như động đất hay sóng thần
Giải được những vấn đề đó hiện tại là bất khả thi
bởi nó sẽ cần đến một máy tính lớn không tưởng tượng được
nhưng một máy tính lượng tử có thể làm được việc đó
chỉ với vài trăm nguyên tử
Vì vì thế bộ não của máy tính lượng tử
thậm chí nhỏ hơn một hạt cát
Không nghi ngờ gì là chúng ta đang ngày càng tiến bộ
trong việc ứng dụng nguồn lực của thế giới lượng tử
và ai biết được tương lai ta còn phát triển đến đâu?
Nhưng ta không được quên rằng cốt lõi của lý thuyết này
điều đã đem lại nhiều thành tựu cho con người - vẫn còn nhiều lỗ hổng
Ở tầng thấp nhất của thế giới lượng tử kì cục
ở quy mô nguyên tử và các hạt cơ bản
thì sự kì cục đó đã biến đâu mất?
Tại sao thế giới lượng tử
không ở một trạng thái không chắc chắn
từng là một phần ở đây và phần khác lại ở kia
với rất nhiều khả năng xảy ra, trong khi mỗi người chúng ta
những thứ được cấu tạo hoàn toàn từ nguyên tử và các hạt
dường như kẹt lại trong một trạng thái xác định
Chúng ta chỉ có thể ở một nơi trong không gian
Niels Bohr đã không đưa ra một giải thích thực tế nào
về tại sao những sự mờ ảo kì cục của thế giới lượng tử
dường như biến mất khi xem xét ở kích thước lớn hơn
Thậm chí những gì chính xác và mạnh mẽ
như vật lý lượng tử
mà các nhà khoa học còn phải đau đầu để hiểu
Một số người tin rằng có điều gì đó vẫn chưa được tìm ra
thiếu mất trong các phương trình của vật lý lượng tử
Và vì thế, dù có nhiều khả năng có thể xảy ra
trong thế giới nhỏ bé kia, thông tin bị thiếu sẽ khiến các đại lượng khác thay đổi
khi ta chuyển từ thế giới các nguyên tử sang thế giới thực tại lớn hơn
nó trở nên rõ ràng
rằng tất cả các xác suất
quy về một giá trị duy nhất, biến cố chắc chắn
Các nhà vật lý khác tin rằng tất cả các xác suất
tồn tại trong thế giới lượng tử, không bao giờ biến mất
Thay vào đó, mỗi và mọi kết quả của các xác suất đều đang xảy ra rồi
nhưng vần đề là các kết quả đó
đang diễn ra tại các vũ trụ khác song song với chúng ta
Đó là một ý tưởng đột phá
nhưng thực trạng của vũ trụ mà chúng ta đang sống hàng ngày
có thể vẫn đang đi theo nhiều hướng khác
ở các thế giới mới khác
những nơi tập hợp tất cả các giá trị của xác suất có thể xảy ra
Đây là giới hạn của vật lý lượng tử
và không ai biết nó sẽ dẫn tới đâu
Sự thật hiển nhiên rằng thực trạng của vũ trụ chúng ta rộng lớn hơn ta nghĩ
kì lạ hơn và bí ẩn hơn ta nghĩ
với tôi, cũng rất đẹp đẽ và tạo cảm hứng tuyệt vời
Vẻ đẹp của khoa học là ở chỗ nó khiến bạn không ngừng tìm ra những cái mới
vượt lên hết những giấc mơ xa vời nhất của bạn
Và vật lý lượng tử là một ví dụ điển hình cho điều đó
Sau khi nghiên cứu về vật lý lượng tử
bạn cũng không bao giờ còn là chính mình nữa
GREENE: Dù vật lý lượng tử kì lạ như thế nào
điều đã rõ ràng là không có giới hạn nào
giữa thế giới ở quy mô nhỏ hay lớn
Thay vào đó, các quy luật đều ứng dụng được ở mọi nơi
và điểm khác biệt chỉ là những tính chất kì cục chỉ thể hiện rõ ràng nhất
khi mọi vật đều nhỏ
Và vì thế các khám phá trong vật lý lượng tử
đã hé lộ một thực tại, thực tại của chúng ta
vừa gây sốc, mà vừa hồi hộp
đưa chúng ta gần hơn tới việc hiểu hoàn toàn
Kết cấu của Vũ Trụ
Phụ đề tiếng Việt: Team-NASA
Tài Trợ Chính cho NOVA gồm:
Và
Và bởi Tập Toàn Truyền Thông Công Cộng
và bởi đóng góp của bạn tới đài truyền hình PBS từ
Quỹ chính trài trợ cho chương trình "Kết cấu vũ trụ"
được cung cấp bởi Hiệp Hội Khoa Học Tự Nhiên
Và
Các nghiên cứu liên quan cũng như các kiến thức chung
về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học
Những khoản tài trợ khác đến từ
Và Quỹ George D.Smith
Phụ đề: Hieuxlu_7314; fanarsenal_vietnam (Đỗ Đức Hiếu, Lê Văn Tuấn)