Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking & Leonard Mlodinow (Phần 8)

CHƯƠNG 4

NHỮNG LỊCH SỬ KHÁC

Vào năm 1999, một đội gồm các nhà vật lí người Áo đã bắn một loạt những phân tử hình quả bóng đá về hướng một rào chắn. Những phân tử đó, mỗi phân tử gồm sáu mươi nguyên tử carbon, thỉnh thoảng được gọi là bóng bucky vì kiến trúc sư Buckminster Fuller đã xây dựng nên cấu trúc có hình dạng đó. Nhà vòm đo đạc của Fuller có lẽ là những vật hình quả bóng đá lớn nhất từng tồn tại. Những quả bóng bucky thì là nhỏ nhất. Rào cản mà các nhà khoa học nhắm bắn tới có hai khe nhỏ để bóng bucky có thể bay qua. Phia sau bức tường, các nhà vật lí bố trí cái tương đương của màn ảnh để phát hiện và đếm số phân tử đi qua.

Bóng bucky

Bóng bucky. Bóng bucky trông như những quả bóng đá cấu tạo từ những nguyên tử carbon.

Nếu chúng ta bố trí một thí nghiệm tương tự với những quả bóng đá thật sự, chúng ta cần một cầu thủ đá không hay lắm nhưng có khả năng sút bóng theo tốc độ mà chúng ta chọn. Chúng ta sẽ để người cầu thủ này đứng trước một bức tường có hai khe hở. Ở phía sau tường, và song song với nó, ta đặt một màng lưới rất dài. Đa số những cú sút của cầu thủ sẽ va vào tường và dội trở lại, nhưng một số sẽ đi lọt qua khe này hoặc khe kia, và đi vào lưới. Nếu hai khe chỉ hơi lớn hơn quả bóng một chút, thì ở phía đằng sau sẽ hiện ra hai dòng chuẩn trực cao. Nếu hai khe rộng ra thêm chút nữa, thì mỗi dòng bóng sẽ loe ra một chút, như thể hiện trong hình bên dưới.

Để ý rằng nếu chúng ta đóng một khe lại, thì dòng bóng tương ứng sẽ không còn đi qua, nhưng điều này không ảnh hưởng gì đến dòng bóng kia. Nếu chúng ta mở khe thứ hai ra trở lại, thì điều đó chỉ làm tăng số lượng quả bóng chạm đất ở bất kì điểm nào ở phía đằng sau, khi đó chúng ta sẽ có tất cả những quả bóng đi qua khe vẫn còn mở, cộng với những quả bóng đi từ khe mới mở. Nói cách khác, cái chúng ta quan sát thấy với cả hai khe mở bằng tổng những cái chúng ta nhìn thấy với mỗi khe trên tường mở độc lập. Đó là thực tế mà chúng ta đã tích lũy được trong cuộc sống hàng ngày. Nhưng đó không phải là cái các nhà nghiên cứu người Áo tìm thấy khi họ bắn những phân tử của họ.

Cầu môn 2 khe

Cầu môn hai khe. Một cầu thủ sút bóng vào hai khe trên tường sẽ tạo ra một kiểu phân bố rõ ràng.

Trong thí nghiệm của người Áo, việc mở cái khe thứ hai thật sự làm tăng số phân tử đi tới một số điểm nhất định trên màn ảnh, nhưng nó làm giảm số phân tử đi tới một số điểm khác, như thể hiện trong hình bên dưới. Thật vậy, có những điểm không có quả bóng bucky nào tiếp đất trong khi hai khe vẫn mở, nhưng nó những điểm các quả bóng thật sự tiếp đất khi chỉ có khe này hoặc khe kia mở. Điều đó trông rất kì lạ. Làm thế nào việc mở khe thứ hai có thể làm giảm số phân tử đi tới những điểm nhất định?

Cầu thủ bóng bucky

Cầu thủ bóng bucky. Khi bắn những quả bóng phân tử vào hai khe, trên màn hình thu được kiểu phân bố phản ánh những định luật lượng tử xa lạ.

Chúng ta có thể đi tìm manh mối cho câu trả lời bằng cách khảo sát từng chi tiết. Trong thí nghiệm trên, nhiều quả bóng phân tử tiếp đất tại một điểm nằm ngay chính giữa nơi bạn muốn chúng tiếp đất nếu các quả bóng đi qua khe này hoặc khe kia. Xa điểm chính giữa đó chút nữa thì có rất ít phân tử đi tới, nhưng xa điểm chính giữa đó thêm chút nữa, thì các phân tử lại thấy xuất hiện. Kiểu phân bố này không bằng tổng của những phân bố khi mở từng khe độc lập, nhưng bạn có thể nhận ra nó từ chương 3 là kiểu phân bố đặc trưng của sóng giao thoa. Những chỗ không có phân tử nào đi tới tương ứng với những vùng trong đó những sóng phát ra từ hai khe đi tới ngược pha với nhau, và tạo ra sự giao thoa triệt tiêu; những chỗ nơi nhiều phân tử đi tới tương ứng với những vùng trong đó các sóng tới cùng pha, và tạo ra sự giao thoa tăng cường.

Trong hai nghìn năm đầu tiên hay tương đương như thế của tư duy khoa học, kinh nghiệm đời thường và trực giác là cơ sở cho sự lí giải lí thuyết. Khi chúng ta dần cải tiến công nghệ của mình và mở rộng phạm vi của hiện tượng mà chúng ta có thể quan sát, chúng ta bắt đầu nhận thấy tự nhiên hành xử theo những kiểu mỗi lúc một khác với sự trải nghiệm hàng ngày của chúng ta, và vì thế với trực giác của chúng ta, như vừa chứng minh với thí nghiệm với những quả bóng bucky. Thí nghiệm đó là điển hình của loại hiện tượng không thể nào dung chứa bởi khoa học cổ điển, mà được mô tả bởi cái gọi là vật lí lượng tử. Thật vậy, Richard Feynman từng viết rằng thí nghiệm hai khe giống như cái chúng ta vừa mô tả ở trên “chứa đựng mọi bí ẩn của cơ học lượng tử”.

Các nguyên lí của cơ học lượng tử được phát triển trong hai thập niên đầu của thế kỉ 20 sau khi người ta nhận thấy lí thuyết Newton không còn thỏa đáng để mô tả tự nhiên ở cấp độ nguyên tử - hoặc dưới nguyên tử. Các lí thuyết vật lí cơ bản mô tả các lực của tự nhiên và cách thức các vật tương tác với chúng. Các lí thuyết cổ điển như lí thuyết Newton xây dựng trên một khuôn khổ phản ánh kinh nghiệm hàng ngày, trong đó các đối tượng vật chất có sự tồn tại riêng, có thể nằm ở những vị trí xác định, đi theo những quỹ đạo nhất định, và vân vân. Vật lí lượng tử cung cấp một khuôn khổ để tìm hiểu tự nhiên hoạt động như thế nào ở cấp độ nguyên tử và dưới nguyên tử, nhưng như chúng ta sẽ thấy chi tiết hơn ở phần sau, nó kêu gọi một giản đồ khái niệm hoàn toàn khác, trong đó vị trí, đường đi của một vật, và thậm chí cả quá khứ và tương lai của nó, không được xác định một cách chính xác. Các lí thuyết lượng lượng tử của những lực như lực hấp dẫn hoặc lực điện từ được xây dựng bên trong khuôn khổ đó.

Liệu những lí thuyết xây dựng trên một khuôn khổ xa lạ với kinh nghiệm hàng ngày cũng có thể giải thích những sự kiện của kinh nghiệm hàng ngày đã được lập mô hình chính xác bởi vật lí cổ điển hay không? Chúng có thể, vì chúng ta và môi trường xung quanh chúng ta là những cấu trúc phức hợp, cấu tạo từ vô số nguyên tử, số nguyên tử đó còn nhiều hơn cả số ngôi sao trong vũ trụ có thể quan sát. Và mặc dù các nguyên tử thành phần tuân theo các nguyên lí của cơ học lượng tử, nhưng người ta có thể chứng minh rằng một tập hợp lớn nguyên tử tạo nên quả bóng đá, hoa tulip, cái vòi con voi – và cả chúng ta – thật sự sẽ tránh được sự nhiễu xạ qua hai khe. Cho nên, mặc dù các thành phần cấu tạo của những vật thể hàng ngày tuân theo vật lí lượng tử, nhưng các định luật Newton tạo nên một lí thuyết tác dụng mô tả rất chính xác cách thức hành xử của những cấu trúc phức hợp hình thành nên thế giới hàng ngày của chúng ta.

Điều đó nghe có vẻ lạ lẫm, nhưng có nhiều trường hợp trong khoa học trong đó một tập hợp lớn hành xử theo kiểu khác với hành trạng của từng thành phần cá lẻ. Phản ứng của một neuron đơn lẻ khó báo trước phản ứng của não bộ, biết về một phân tử nước bạn cũng chẳng thể nói gì nhiều về hành trạng của một cái hồ. Trong trường hợp vật lí lượng tử, các nhà nghiên cứu vẫn đang tìm hiểu các chi tiết xem các định luật Newton xuất hiện như thế nào từ địa hạt lượng tử. Cái chúng ta biết là thành phần của mọi vật tuân theo các định luật của vật lí lượng tử, và các định luật Newton là sự gần đúng tốt để mô tả cách thức hành xử của vật vĩ mô cấu tạo từ những thành phần lượng tử đó.

Vì thế, các tiên đoán của lí thuyết Newton phù hợp với cái nhìn thực tại mà chúng ta phát triển khi chúng ta trải nghiệm thế giới xung quanh mình. Nhưng từng nguyên tử và phân tử hoạt động theo một kiểu khác hẳn với kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta. Vật lí lượng tử là một mô hình mới của thực tại mang lại cho chúng ta một bức tranh của vũ trụ. Nó là một bức tranh trong đó nhiều khái niệm cơ bản đối với sự hiểu biết trực giác của chúng ta về thực tại không còn ý nghĩa nữa.

Thí nghiệm hai khe trên được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1927 bởi Clinton Davisson và Lester Germer, những nhà vật lí thực nghiệm tại Bell Labs đang nghiên cứu cách thức một chùm electron – những đối tượng đơn giản hơn bóng bucky nhiều – tương tác với một tinh thể nickel. Thực tế những hạt vật chất như electron hành xử giống như sóng nước là loại thí nghiệm bất ngờ đã truyền cảm hứng cho vật lí lượng tử. Vì hành trạng này không được quan sát thấy ở cấp vĩ mô, cho nên từ lâu các nhà khoa học đã tự hỏi không biết những vật bao lớn và phức tạp ra sao thì có thể và vẫn biểu hiện những tính chất kiểu sóng như thế. Sẽ có một chút xáo trộn trong cuộc sống nếu hiệu ứng trên được chứng minh với con người hoặc con hà mã, nhưng như chúng ta đã nói, nói chung, những vật càng lớn thì những hiệu ứng lượng tử càng kém rõ nét và xác thực. Cho nên sẽ không có khả năng cho bất kì con thú nuôi nào thoát ra ngoài qua các thanh chắn lồng nhốt của chúng bằng hành trạng đi qua kiểu sóng. Tuy nhiên, các nhà vật lí thực nghiệm đã quan sát thấy hành trạng sóng với những hạt có kích cỡ ngày một tăng dần. Các nhà khoa học hi vọng một ngày nào đó sẽ tái dựng được thí nghiệm bóng bucky với virus, nó không to hơn bao nhiêu nhưng vẫn được một số người xem là sinh vật sống.

Chỉ có một vài khía cạnh của vật lí lượng tử cần thiết để hiểu những lập luận mà chúng ta sẽ nêu ra ở những chương sau. Một trong những đặc điểm then chốt là lưỡng tính sóng/hạt. Những hạt vật chất hành xử giống như sóng đã khiến mọi người bất ngờ. Ánh sáng hành xử giống như sóng thì không còn khiến ai bất ngờ nữa. Hành trạng kiểu sóng của ánh sáng dường như là tự nhiên đối với chúng ta và đã được xem là một thực tế được chấp nhận trong gần hai thế kỉ qua. Nếu một chiếu một chùm ánh sáng vào hai khe trong thí nghiệm trên, hai sóng sẽ ló ra và gặp nhau trên màn hứng. Tại một số điểm, những đỉnh sóng hoặc hõm sóng của chúng sẽ trùng nhau và tạo ra một đốm sáng; tại một số điểm khác thì đỉnh sóng của chùm này gặp hõm sóng của chùm kia, triệt tiêu chúng, và để lại một vùng tối. Nhà vật lí người Anh Thomas Young đã tiến hành thí nghiệm này hồi đầu thế kỉ 19, thuyết phục mọi người rằng ánh sáng là một sóng và không phải gồm những hạt như Newton tin tưởng.

Thí nghiệm Young

Thí nghiệm Young. Kiểu phân bố bóng bucky nhìn quen thuộc từ lí thuyết sóng ánh sáng.

Mặc dù người ta có thể kết luận rằng Newton đã sai khi nói ánh sáng không phải là sóng, nhưng ông cũng đúng khi nói ánh sáng có thể tác dụng như thể nó gồm những hạt nhỏ. Ngày nay, chúng ta gọi chúng là photon. Giống như chúng ta có cấu tạo từ số lượng lớn nguyên tử, ánh sáng mà chúng ta thấy trong cuộc sống hàng ngày là một phức hợp theo nghĩa nó gồm rất nhiều photon – một bóng đèn 1 watt phát ra một tỉ tỉ photon trong mỗi giây. Các photon độc thân thường không hiển hiện, nhưng trong phòng thí nghiệm chúng ta có thể tạo ra một chùm ánh sáng mờ nhạt đến mức nó gồm một dòng photon độc thân mà chúng ta có thể phát hiện từng hạt giống như việc chúng ta phát hiện ra từng electron hoặc bóng bucky. Và chúng ta có thể lặp lại thí nghiệm Young sử dụng một chùm photon đủ thưa để cho tại mỗi thời điểm có một photon đi tới rào chắn, với một vài giây phân cách giữa mỗi lần đi tới. Nếu chúng ta làm được như thế, và rồi cộng gộp từng tác dụng riêng lẻ mà màn ảnh ghi lại ở phía sau màn chắn, chúng ta sẽ thấy chúng cùng xây dựng nên kiểu vân giao thoa giống với kiểu vân nếu chúng ta thực hiện thí nghiệm Davisson – Germer, nhưng chiếu các electron (hoặc bóng bucky) tuần tự từng hạt một. Đối với các nhà vật lí, đó là một phát hiện đáng chú ý: Nếu các hạt đơn lẻ tự giao thoa với chúng, thì bản chất sóng của ánh sáng là một tính chất không chỉ của chùm sáng hoặc của một tập hợp lớn những photon mà còn của từng hạt đơn lẻ.

Một trong những nguyên lí chủ chốt khác nữa của vật lí lượng tử là nguyên lí bất định, do Werner Heisenberg thiết lập vào năm 1926. Nguyên lí bất định cho chúng ta biết rằng có những giới hạn đối với khả năng của chúng ta đo đồng thời những dữ liệu nhất định, thí dụ như vị trí và vận tốc của một hạt. Theo nguyên lí bất định, chẳng hạn, nếu bạn nhân sai số trong phép đo vị trí của một hạt với sai số trong phép đo xung lượng của nó (khối lượng nhân với vận tốc của nó), thì kết quả không bao giờ nhỏ hơn một đại lượng cố định nhất định, gọi là hằng số Planck. Đó là một vấn đề hóc búa, nhưng nội dung chính của nó có thể phát biểu đơn giản như sau: Bạn đo tốc độ càng chính xác bao nhiêu, thì bạn đo vị trí càng kém chính xác bấy nhiêu, và ngược lại. Chẳng hạn, nếu bạn chia đôi sai số về vị trí, thì bạn phải tăng gấp đôi sai số về vận tốc. Điều cũng quan trọng nên lưu ý là, so với những đơn vị đo hàng ngày như mét, kilogram và giây, hằng số Planck là rất nhỏ. Thật vậy, nếu tính theo những đơn vị đó, nó có giá trị vào khoảng 6/10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000. Hệ quả là nếu bạn định vị một vật thể vĩ mô như một quả bóng đá, với khối lượng một phần ba kilogram, trong cự li 1mm tính theo mọi chiều, thì chúng ta có thể vẫn đo vận tốc của nó với độ chính xác lớn hơn nhiều so với một phần tỉ tỉ tỉ của 1km/h. Đó là vì, đo theo những đơn vị này, quả bóng đá có khối lượng 1/3, và sai số vị trí là 1/1.000. Cả hai giá trị không đủ để giải thích cho toàn bộ những con số không trong hằng số Planck, và vì thế sai số về vận tốc là không xác đáng. Nhưng cũng tính theo những đơn vị đó, một hạt electron có khối lượng 0,000000000000000000000000000001, nên đối với electron tình huống có hơi khác. Nếu chúng ta đo vị trí của electron với độ chính xác đại khái tương ứng với kích cỡ của một nguyên tử, thì nguyên lí bất định yêu cầu rằng chúng ta không thể biết tốc độ của electron chính xác hơn khoảng cộng hoặc trừ 1000 km/h, nghĩa là rốt cuộc thì không chính xác cho lắm.

Lưỡng tính sóng hạt

“Nếu như điều này đúng, thì mọi thứ mà chúng ta nghĩ là sóng thật ra là hạt, và mọi thứ chúng ta nghĩ là hạt thật ra là sóng”.

Theo vật lí lượng tử, cho dù chúng ta thu nhặt được bao nhiêu thông tin hay khả năng điện toán của chúng ta mạnh đến mức nào, thì kết cục của các quá trình vật lí không thể nào dự đoán trước chắc chắn vì chúng không được xác định chắc chắn. Thay vào đó, cho trước trạng thái ban đầu của một hệ, tự nhiên xác định trạng thái tương lai của nó qua một quá trình về cơ bản là không chắc chắn. Nói cách khác, tự nhiên không đòi hỏi kết cục của bất kì quá trình hay thí nghiệm nào, ngay cả trong tình huống đơn giản nhất. Thay vào đó, nó cho phép một số kết cục khác nhau, mỗi kết cục có một khả năng nhất định được hiện thực hóa. Nghĩa là, mượn lời Einstein, cứ như thể Chúa tung xúc xắc trước khi quyết định kết cục của từng quá trình vật lí. Quan điểm đó khiến Einstein bất an, và mặc dù ông là một trong những người cha đẻ của vật lí lượng tử, nhưng sau này ông là người chỉ trích nó.

Vật lí lượng tử dường như làm xói mòn quan niệm cho rằng tự nhiên bị chi phối bởi những quy luật, nhưng điều đó không đúng. Thay vì thế, nó đưa chúng ta đến chỗ chấp nhận một dạng quyết định luận mới: Cho trước trạng thái của một hệ tại một thời điểm nào đó, các định luật tự nhiên xác định xác suất của những tương lai và quá khứ khác nhau thay vì xác định tương lai và quá khứ một cách chắc chắn. Mặc dù quan điểm đó gây khó chịu cho một số người, nhưng các nhà khoa học phải chấp nhận những lí thuyết phù hợp với thực nghiệm, chứ không phải những quan niệm nhận thức của riêng họ.

Cái khoa học thật sự yêu cầu ở một lí thuyết là nó có thể kiểm tra được. Nếu bản chất xác suất của những tiên đoán của vật lí lượng tử có nghĩa là không thể nào xác nhận những tiên đoán đó, thì các lí thuyết lượng tử sẽ được xem là lí thuyết có giá trị. Nhưng bất chấp bản chất lượng tử của những tiên đoán của chúng, chúng ta vẫn có thể kiểm tra các lí thuyết lượng tử. Chẳng hạn, chúng ta có thể lặp lại một thí nghiệm nhiều lần và xác nhận tần suất của những kết cục khác nhau phù hợp với những xác suất đã tiên đoán. Xét thí nghiệm bóng bucky. Vật lí lượng tử cho chúng ta biết rằng không có cái gì nằm tại một vị trí xác định, vì nếu như nó ở đó thì độ bất định xung lượng sẽ là vô hạn. Thật vậy, theo vật lí lượng tử, mỗi hạt có một xác suất nào đó được tìm thấy tại một nơi nào đó trong vũ trụ. Vì thế, cho dù cơ hội tìm thấy một electron cho trước bên trong thiết bị hai khe là rất cao, nhưng vẫn có cơ hội cho nó được tìm thấy ở đâu đó phía bên kia ngôi sao Alpha Centari hoặc trong miếng bánh rán tại nhà ăn công sở của bạn. Kết quả là nếu bạn đá một quả bóng bucky lượng tử và cho nó bay đi, thì chẳng có kĩ năng hay kiến thức nào cho phép bạn nói chính xác nó sẽ tiếp đất ở chỗ nào. Nhưng nếu bạn lặp lại thí nghiệm đó nhiều lần, thì dữ liệu bạn thu về sẽ phản ánh xác suất tìm thấy quả bóng ở những vị trí nhất định, và các nhà thực nghiệm xác nhận kết quả của những thí nghiệm như thế phù hợp với tiên đoán của lí thuyết.

Điều quan trọng nên nhận ra là xác suất trong vật lí lượng tử không giống như xác suất trong vật lí Newton, hoặc trong cuộc sống hàng ngày. Chúng ta có thể hiểu rõ điều này bằng cách so sánh hình ảnh dựng nên bởi một dòng đều đặn gồm những quả bóng bucky bắn vào một màn hứng với hình ảnh những cái lỗ dựng nên bởi những vận động viên nhắm vào hồng tâm trên bảng phóng phi tiêu. Trừ khi vận động viên uống quá nhiều bia, chứ cơ hội cho cái phi tiêu chạm vào gần tâm là lớn nhất, và cơ hội đó giảm đi khi bạn tiến ra xa. Như với bóng bucky, mọi cái phi tiêu cho trước có thể chạm trúng bất kì chỗ nào, và theo thời gian hình ảnh những cái lỗ sẽ phản ánh xác suất xảy ra. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta có thể phản ánh tình huống bằng cách nói rằng một cái phi tiêu có một xác suất nhất định chạm trúng những chỗ khác nhau; nhưng chúng ta lại nói rằng, không giống như trường hợp bóng bucky, đó chỉ là vì kiến thức của chúng ta về những điều kiện phóng của nó là không đầy đủ. Chúng ta có thể cải thiện sự mô tả của mình nếu như chúng ta biết chính xác cách thức người chơi phóng phi tiêu, góc của nó, chuyển động quay, và vân vân. Khi đó, trên nguyên tắc, chúng ta có thể dự đoán cái phi tiêu chạm đích ở đâu với độ chính xác như chúng ta mong muốn. Chúng ta thường sử dụng khái niệm xác suất để mô tả kết cục của những sự kiện trong cuộc sống hàng ngày, vì thế, là một phản ánh không phải của bản chất nội tại của quá trình, mà là sự bỏ qua của chúng ta đối với những phương diện nhất định của nó.

Xác suất trong lí thuyết lượng tử thì khác. Chúng phản ánh một tính ngẫu nhiên cơ bản trong tự nhiên. Mô hình lượng tử của tự nhiên chứa đựng những nguyên lí mâu thuẫn không những với kinh nghiệm hàng ngày của chúng ta mà còn với quan niệm trực giác của chúng ta về thực tại. Những ai thấy những nguyên lí đó lạ lẫm và khó tin tưởng là thuộc một nhóm vĩ đại, nhóm gồm những nhà vật lí lớn như Einstein và cả Feynman, người có mô tả của thuyết lượng tử mà chúng ta sẽ sớm tìm hiểu tới. Thật vậy, Feynman từng viết như thế này, “Tôi nghĩ mình có thể phát biểu một cách an toàn rằng chẳng có ai hiểu nổi cơ học lượng tử”. Nhưng vật lí lượng tử phù hợp với quan sát. Nó chưa bao giờ thất bại trong một kiểm tra nào, và nó được kiểm tra nhiều hơn bất kì lí thuyết nào khác trong khoa học.

Vào thập niên 1940, Richard Feynman đã có một cái nhìn sâu sắc đến bất ngờ về sự khác biệt giữa thế giới lượng tử và thế giới Newton. Feynman bị kích thích bởi câu hỏi hình ảnh giao thoa trong thí nghiệm hai khe phát sinh như thế nào. Hãy nhớ lại kiểu phân bố chúng ta tìm thấy khi chúng ta bắn các phân tử vào cả hai khe mở không bằng tổng những phân bố mà chúng ta tìm thấy khi cho chạy thí nghiệm hai lần, một lần chỉ cho khe này mở, và một lần chỉ cho khe kia mở. Thay vào đó, khi cả hai khe đều mở chúng ta tìm thấy một loạt dải sáng và tối, dải tối là những vùng trong đó chẳng có hạt nào tiếp đất hết. Điều đó có nghĩa là các hạt sẽ tiếp đất ở chỗ dải tối nếu, nói thí dụ, chỉ một khe được mở, không tiếp đất khi cả hai khe cùng mở. Điều đó trông như là, ở đâu đó trên hành trình của chúng từ nguồn đến màn hứng, các hạt cần có thông tin về cả hai khe. Loại hành trạng như thế khác hoàn toàn với phương thức những vật khác hành xử trong cuộc sống hàng ngày, trong đó một quả bóng sẽ đi theo một quỹ đạo xuyên qua một trong hai khe và không bị ảnh hưởng bởi tình trạng ở khe bên kia.

Theo vật lí học Newton – và theo hướng thí nghiệm sẽ xảy ra nếu chúng ta thực hiện nó với những quả bóng đá thay cho các phân tử - mỗi hạt đi theo một lộ trình rạch ròi từ nguồn của nó đến màn hứng. Trong bức tranh này không có chỗ cho một con đường vòng trong đó hạt đến viếng láng giềng của từng khe trên hành trình đó. Tuy nhiên, theo mô hình lượng tử, người ta nói hạt không có vị trí xác định trong thời gian nó nằm giữa điểm xuất phát và điểm đích. Feynman nhận ra rằng người ta không phải giải thích điều đó có nghĩa là hạt không có quỹ đạo khi chúng đi giữa nguồn và màn hứng. Thay vào đó, hạt sẽ có mọi quỹ đạo khả dĩ nối giữa những điểm đó. Feynman khẳng định đây là cái làm cho vật lí lượng tử khác với vật lí Newton. Tình huống đó xảy ra ở cả hai khe bởi vì, thay vì đi theo một quỹ đạo xác định, hạt nhận lấy mọi quỹ đạo, và đi qua hai khe đồng thời! Điều đó nghe tựa như khoa học viễn tưởng, nhưng không phải vậy. Feynman đã thiết lập một biểu diễn toán học – phép lấy tổng Feynman theo lịch sử - phản ứng quan niệm này và tái dựng tất cả các định luật của vật lí lượng tử. Trong lí thuyết Feynman, cơ sở toán học và bức tranh vật lí khác với dạng nguyên bản của vật lí lượng tử, nhưng các tiên đoán thì giống như nhau.

Thiết kế vĩ đại
Stephen Hawking & Leonard Mlodinow
Trần Nghiêm dịch

Phần tiếp theo >>