Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 75)

Liên đới lượng tử và nghịch lí EPR

Vào năm 1935 Einstein, cùng các nhà vật lí đồng chí Boris Podolsky và Nathan Rosen, trình bày những quan ngại của họ về cách hiểu Copenhagen trong cái sau này trở nên nổi tiếng là nghịch lí EPR. Giả sử một hạt nhân nguyên tử phân hủy thành một cặp hạt chuyển động ra xa theo hướng ngược nhau. Do chúng đã hình thành trong một trạng thái chồng chất, nên các tính chất lượng tử của chúng bị liên đới [hay bị vướng víu]. Vì thế nếu, chẳng hạn, spin của một hạt được đo và tìm thấy là “spin hướng xuống”, thì theo Copenhagen hàm sóng của hạt kia phải đồng thời suy sụp và buộc electron kia có “spin hướng lên”, cho dù lúc này nó ở phía bên kia của Vũ trụ chăng nữa.

Einstein mô tả hiện tượng này một cách nổi tiếng là “tác dụng ma quỷ từ xa”, nhưng vì thông tin không thể truyền đi nhanh hơn ánh sáng, nên ông không biết làm thế nào lại có thể như vậy. Thế nhưng các thí nghiệm chứng tỏ rằng sự liên đới thật sự xảy ra: cơ học lượng tử vận hành theo nguyên lí “phi định xứ” đi ngược lại hiểu biết cổ điển của chúng ta về vật lí học.

Các biến ẩn và định lí Bell

John Bell, người gốc Ireland, đã mở rộng nghịch lí EPR thành một chuỗi thí nghiệm giả tưởng từ đó ông đưa ra các dự đoán sau này hóa ra là đúng. Einstein, Podolsky và Rosen tin rằng phải có một số “biến ẩn” nào đó, những tính chất vẫn-chưa-được-phát-hiện, chúng mang thông tin cho mỗi hạt biết nó ở trạng thái nào. Nếu tồn tại các yếu tố này, thì nghịch lí truyền thông tin nhanh-hơn-ánh-sáng và sự bất định cố hữu trong cách hiểu Copenhagen đều có thể tránh được.

Bell đặt nghịch lí EPR vào một phép thử toán học chặt chẽ, ngày nay được gọi là định lí Bell. Bản chất spin lượng tử của một hạt có nghĩa là xác suất đo được một spin cho trước phụ thuộc vào góc mà nó được đo, vì thế Bell thực hiện một phân tích thống kê, tính ra tỉ lệ đo được một spin cho trước từ một góc cho trước. Ông chẳng tìm thấy bằng chứng nào cho mối liên hệ giữa các xác suất và góc cho thấy các biến ẩn tồn tại. Thay vào đó, sự liên đới phải là có thật.

Các thí nghiệm kiểm tra định lí Bell bằng cách đo spin của các hạt liên đới đem lại kết quả khớp với phân bố cơ lượng tử thay vì phân bố cổ điển. Một phân bố cổ điển có thể được giải thích bằng các biến ẩn, còn phân bố lượng tử đúng thì không thể - sự liên đới là có thật.

Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Bản dịch của Thuvienvatly.com
Phần tiếp theo >>

Bài trước | Bài kế tiếp