Theo một số nhà khoa học, không có cái đại loại như không gian trống rỗng. Thay vậy, cái chúng ta có được gọi là “bọt lượng tử”. Chúng ta không thể nhìn thấy, nhưng chúng ta có thể cảm nhận nó.
Nhân vật đi tới khái niệm “bọt lượng tử” là John Wheeler. Vào thời kì mới yên tiếng súng hậu Thế chiến thứ hai, ông đã thúc đẩy lực lượng sinh viên và cả thế giới rộng lớn tiếp tục suy nghĩ về thuyết tương đối Einstein và những hệ quả của nó. Và ông đã sử dụng thuật ngữ “bọt lượng tử” để mô tả một trong những quan điểm khó hiểu của vật lí học.
Quan điểm phát sinh từ những nỗ lực nhằm hợp nhất sự hấp dẫn tương đối tính với cơ học lượng tử. Lực hấp dẫn, như Einstein chứng minh, là sự bẻ cong của cơ cấu không-thời gian. Nó còn hành xử giống như một trường. Đặt một chất điểm ở xa Trái đất, và nó sẽ ở ngoài đó, nơi lực hút hấp dẫn là yếu. Đặt nó ở gần Trái đất, và lực hút trở nên mạnh hơn, thì nó sẽ rơi xuống. Những hành tinh khác bẻ cong không-thời gian và tạo ra lực hút hấp dẫn của riêng chúng. Vì thế, không gian không phải phi hấp dẫn, mà là một đại dương mênh mông có lực hút hấp dẫn khác nhau trong đó các hạt chuyển động. Ở bất cứ nơi đâu có cái gì đó đặt vào, thì có một trường hấp dẫn để nó chuyển động trong đó.
Vũ trụ nhung nhúc bọt lượng tử và không có không gian trống rỗng
Cơ học lượng tử không hoạt động suôn sẻ như vậy. Nó khảo sát những hạt điểm nhỏ hơn và sóng, mà không xét trường. Lí thuyết trường lượng tử cố gắng khảo sát không gian như một trường nữa mà các hạt điểm chuyển động trong đó. Điều này có ý nghĩa bởi vì nó cho phép không gian còn là một trường mà các hạt nhảy nhót từ đó. Mặc dù quan niệm các hạt bất ngờ xuất hiện có vẻ vô lí, nhưng nó không phải là một quan điểm chưa từng có. Và nó được hậu thuẫn bởi bằng chứng thực nghiệm.
Các nhà khoa học đã quan sát thấy sự chui hầm lượng tử. Hiện tượng này xảy ra khi một hạt đi qua một hàng rào cản mà nó không có đủ năng lượng để xuyên thủng. Nó là cái tương tự như việc từ từ lăn một quả bóng đá tại một bức tường dày và thấy nó bất ngờ hiện ra ở phía bên kia. Các hạt chui hầm phải thu lấy lượng lớn năng lượng từ hư vô. Các nhà vật lí tin rằng, trong khoảng thời gian ngắn, các hạt có thể bất ngờ “vay mượn” năng lượng và chui qua hầm. Khoảng thời gian đó càng ngắn thì chúng có thể vay mượn năng lượng càng cao. Ở thang bậc lượng tử, điều này không có gì xa lạ. Theo nguyên lí bất định Heisenberg, vị trí của một đối tượng được xác định càng chính xác, thì động lượng của nó có thể thăng giáng càng lớn vào vùng chưa biết. Nếu vị trí của hạt rõ ràng là ở gần tường, thì nó có thể có năng lượng để chui hầm. Và nếu hạt đang chuyển động với một động lượng nhất định, và bạn chắc chắn về điều đó, thì vị trí của nó không phải là cái bạn nghĩ tới.
Chúng ta biết rằng các hạt thật sự sử dụng sự chui hầm lượng tử, nghĩa là, từ quan điểm thông thường, trong những khoảng thời gian ngắn, chúng phải “vay mượn” năng lượng từ vũ trụ. Và Einstein đã chứng minh rằng năng lượng và khối lượng là tương đương nhau. Nếu vũ trụ có thể vay mượn năng lượng, vậy hà cớ gì nó không vay mượn khối lượng?
Vay mượn hàm ý rằng năng lượng đó sẽ được trả lại. Cái kiểm toán món nợ đặc biệt này là định luật bảo toàn năng lượng. Đây là cái cũng đã được quan sát. Chúng ta không nhìn thấy năng lượng hiện hữu từ hư vô. Chúng ta không nhìn thấy khối lượng sinh ra. Nhưng một lần nữa, đó là vì chúng ta không khảo sát những đối tượng đủ nhỏ, hay những khoảng thời gian đủ ngắn. Nếu, khi vạn vật tiến tới dưới một khoảng cách nhất định, thì năng lượng có thể hiện hữu trong khoảnh khắc, và các hạt cũng thế. Những hạt đó có thể có động lượng khác nhau, nếu chúng tồn tại trong thời gian đủ ngắn. Khi không gian mà chúng xuất hiện trở nên nhỏ hơn và khoảng thời gian trở nên ngắn hơn, thì năng lượng ở những hạt đó có thể trở nên lớn hơn.
Einstein đã chứng minh rằng không-thời gian là một thực thể vật lí, và nó có thể bẻ cong và giãn ra theo khối lượng và năng lượng. Những thăng giáng khổng lồ này ở khối lượng và năng lượng trên những khoảng cách rất, rất nhỏ xíu phải sủi bọt. Trên những khoảng cách đủ ngắn trong không gian, sẽ có những lỗ đen nhỏ xíu và những hành tinh nhỏ xíu, mỗi không-thời gian giãn ra giống như các lỗ đen và hành tinh vậy. Cho nên khi chúng ta nhìn phóng to vào không-thời gian, nó sẽ không phải là một cơ cấu trơn nhẵn bị biến dạng chút ít bởi những hành tinh lớn, mà nó sẽ sủi bọt, chuyển động liên tục, bởi vì những thăng giáng nhỏ xíu nhưng ồ ạt này. Thay cho cơ cấu vải dệt, chúng ta có cơ cấu bọt sủi.
Có các ý kiến đề xuất để “nhìn thấy” bọt lượng tử này. Chúng khác nhau nhiều về mặt kĩ thuật. Một số ý tưởng, ví dụ như những hạt xuất hiện và biến mất ngẫu nhiên, đã được chứng thực. Nếu hai tấm kim loại được mang đến gần nhau, thì các hạt sẽ xuất hiện ở hai phía của chúng. Các hạt còn là sóng, và khoảng cách giữa hai bản làm giới hạn số sóng có thể có. Hợp lực của các sóng ngắn và dài ở hai bên của hai tấm kim loại sẽ trội hơn lực của các sóng ngắn hơn bên trong chúng, và chúng sẽ bị hút về phía nhau. Minh chứng này được thực thi vào năm 1997.
Những người khác thì cho rằng tính sủi bọt của vũ trụ sẽ có tác động đối với các sóng ánh sáng ngắn, năng lượng cao, chúng sẽ phải đi vòng qua bọt, nhiều hơn so với các sóng dài. Do đó, các sóng ánh sáng ngắn sẽ bị trễ lại do những con đường vòng nhỏ xíu này, và chuyển động chậm hơn - ở thang bậc vĩ mô – so với sóng dài. Ý kiến này chưa được chứng thực.
Dẫu sao, chúng ta đã có một phương thức tươi mới để nhìn nhận vũ trụ.
Nguồn: io9.com
