KHOA VẬT LÍ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM - ĐHĐN

Vướng lượng tử: từ tranh luận triết học đến giải Nobel năm 2022

Tóm tắt nội dung
Vướng lượng tử [quantum entanglement] là mối liên hệ đặc biệt về tính chất vật lí phi không gian và tức thời [non-locality] giữa các thực thể vi mô, một vấn đề cơ bản của cơ học lượng tử, đề cập đến bản chất sâu sắc của tự nhiên: thực tại là gì. Giải Nobel vật lí năm 2022 trao cho 3 nhà khoa học có nhiều đóng góp về thực nghiệm chứng minh sự tồn tại của vướng lượng tử. Vướng lượng tử xuất phát từ các tranh luận triết học về tính đầy đủ của cơ học lượng tử, ý nghĩa của hàm sóng, tính xác suất của thế giới vi mô,… giữa hai người khổng lồ của vật lí là Niels Bohr và Albert Einstein. Bắt đầu từ tranh luận mang tính triết học, sau đó chuyển sang tranh luận về khoa học thông qua bài báo EPR rồi đến bất đẳng thức Bell đã cung cấp cho các nhà vật lí một công cụ để có thể kiểm tra vướng lượng tử bằng thực nghiệm. Nhưng thực nghiệm không dễ dàng thực hiện, việc tạo ra các hệ vật lí bị vướng lượng tử cùng với các lỗ hổng mà các nhà khoa học phải lấp đầy để chứng minh bất đẳng thức Bell rất khó khăn. John Clauser, Alain Aspect, và Anton Zeilinger và nhóm nghiên cứu của họ đã tạo ra vướng lượng tử và lấp đầy các lỗ hổng đó. Không chỉ trả lời câu hỏi về bản chất của thực tại, họ còn mở ra các triển vọng ứng dụng vướng lượng tử trong tương lai về thông tin lượng tử. Dù thực nghiệm chứng minh sự tồn tại của vướng lượng tử nhưng các vấn đề triết học mà nó đặt ra còn phức tạp hơn. Điều đó cho thấy, chặng đường phía trước còn dài, cần sự khám phá của các nhà khoa học để có thể nắm bắt bí mật sâu sắc nhất của tự nhiên.
+ quantum entanglement: có thể hiểu theo nghĩa đen; là hiện tượng các thực thể cấp độ vi mô có liên kết (dính líu, vướng mắc) trạng thái lượng tử [quantum state] với nhau. Trong tiếng Việt thuật ngữ này còn được dịch là “rối lượng tử”, “vướng víu lượng tử”, “liên đới lượng tử”…

+ non-locality: trong tiếng Việt thường được dịch là phi định xứ. Theo quan niệm kinh điển của vật lý, và cũng là quan niệm của Einstein trong EPR thì thế giới thực tại (reality) có tính chất “local”, tức là một thực thể chỉ chịu tác động của những gì xảy ra ở vùng lân cận xung quanh nó, và ngược lại mỗi tác động của nó tạo ra cũng chỉ gây ảnh hưởng đến những gì ở xung quanh nó (như ta ném hòn sỏi xuống mặt hồ tĩnh lặng sẽ tạo ra làn sóng lan dần từ điểm hòn sỏi chạm mặt hồ ra xa hơn xung quanh). Trong EPR, Einstein muốn khẳng định thế giới thực là “local” nên không thể nào có được một tác động tức thời vượt qua không gian (non-local) mà ông gọi là spooky at a distance; và như vậy hẳn phải có những kết nối ẩn, hay những đại lượng vật lý ẩn (hidden variables), “nằm sâu bên dưới mối liên kết “vướng lượng tử” bí ẩn kia.
+ EPR: là một thí nghiệm giả tưởng (thought experiment), cho đến trước khi Bell công bố công trình của mình thì EPR vẫn thuộc địa hạt của metaphysics (siêu hình). Công lao của Bell là đưa thí nghiệm giả tưởng này thành thí nghiệm có thể thực hiện được ở thế giới thực, tức là đưa EPR trở về thế giới của physics (vật lý).