Mỗi lí thuyết về lực hấp dẫn lượng tử đều vấp phải một chất liệu thời gian kì cục nào đó.
Có lẽ bạn từng nghe nói tới con mèo của Schrödinger, con mèo xui xẻo ở trong một cái hộp vừa chết vừa sống cho đến khi cái hộp được mở ra cho biết trạng thái thật sự của nó. Vâng, bây giờ bạn hãy để đầu óc mình quanh quẩn với thời gian kiểu Schrödinger, hình dung một tình huống trong đó một sự kiện có thể vừa là nhân vừa là quả của một sự kiện khác.
Một kịch bản như thế là không thể tránh khỏi trong mỗi lí thuyết về lực hấp dẫn lượng tử, một lĩnh vực vật lí hãy còn âm u tìm cách kết hợp thuyết tương đối rộng của Albert Einstein với sự vận hành của cơ học lượng tử. Trong một bài báo mới, các nhà khoa học se duyên hai lí thuyết bằng cách hình dung các phi thuyền sao ở gần một hành tinh khổng lồ có khối lượng lớn làm thời gian chậm lại. Họ kết luận rằng các phi thuyền đó có thể tự thấy chúng ở trong một trạng thái trong đó nhân quả bị đảo ngược: Một sự kiện rốt cuộc gây ra một sự kiện khác đã xảy ra trước nó.
“Người ta có thể nghĩ ra kiểu kịch bản như vậy, trong đó trật tự thời gian hay nhân và quả ở trong trạng thái chồng chất của việc bị đảo ngược và không bị đảo ngược,” phát biểu của đồng tác giả Igor Pikovski, một nhà vật lí tại Trung tâm Khoa học và Kĩ thuật Lượng tử thuộc Viện Công nghệ Stevens ở New Jersey. “Đây là thứ chúng ta kì vọng sẽ xảy ra một khi có được một lí thuyết đầy đủ về lực hấp dẫn lượng tử.”
Thời gian lượng tử
Thí nghiệm giả tưởng nổi tiếng con mèo của Schrödinger yêu cầu khán giả hình dung một cái hộp nhốt một con mèo và một hạt phóng xạ, một khi phân rã hạt phóng xạ sẽ giết chết con mèo kém may mắn kia. Theo nguyên lí chồng chất lượng tử, sự sống hay chết của con mèo có khả năng bằng nhau cho đến khi được đo – vì thế, cho đến khi cái hộp được mở ra, con mèo vừa sống vừa chết. Trong cơ học lượng tử, sự chồng chất có nghĩa là một hạt có thể tồn tại ở nhiều trạng thái đồng thời, y hệt như con mèo của Schrödinger.
Một thí nghiệm giả tưởng mới, được công bố trên số ra ngày 21 tháng Tám của tạp chí Nature Communications, kết hợp nguyên lí chồng chất lượng tử với thuyết tương đối rộng của Einstein. Thuyết tương đối rộng nói rằng khối lượng của một vật thể khổng lồ có thể làm thời gian chậm lại. Điều này đã được chứng thực là đúng và có thể đo được, theo Pikovski; một nhà du hành vũ trụ trên quỹ đạo quay xung quanh Trái Đất sẽ trải nghiệm thời gian chậm hơn chút ít so với anh chị em song sinh ở nhà. (Đây cũng là lí do vì sao việc rơi vào trong một lỗ đen sẽ là một trải nghiệm rất từ từ.)
Như vậy, nếu một phi thuyền vũ trụ trong tương lai tiến đến gần một hành tinh khối lượng lớn, thì phi hành đoàn của nó sẽ trải nghiệm thời gian hơi chậm hơn một chút so với những người cư trú trong một phi thuyền vũ trụ khác neo đậu ở ngoài xa. Bây giờ, hãy thêm vào chút ít cơ học lượng tử, và bạn có thể hình dung một tình huống trong đó hành tinh vừa nói ở trong trạng thái chồng chất của ở gần và ở xa hai phi thuyền vũ trụ.
Thời gian trở nên lạ lẫm
Trong kịch bản chồng chất này của hai phi thuyền trải nghiệm thời gian trên thang đo khác nhau, nhân và quả có thể không còn tuần tự nữa. Ví dụ, giả sử hai phi thuyền nhận lệnh tiến hành một sứ mệnh huấn luyện trong đó họ khai hỏa vào nhau và tránh né hỏa lực của bên kia, biết đầy đủ thời gian các tên lửa sẽ phóng và chặn đứng vị trí của chúng. Nếu không có hành tinh khối lượng lớn làm nhiễu dòng chảy thời gian, thì đây là một bài thực tập đơn giản. Mặc khác, nếu có mặt hành tinh khối lượng lớn và thuyền trưởng của phi thuyền quên không xét đến sự trôi chậm lại của thời gian, thì phi hành đoàn có thể né hỏa lực quá muộn và bị hạ.
Với hành tinh ở trong trạng thái chồng chất, vừa ở gần vừa ở xa, ta sẽ không thể nào biết được hai phi thuyền có tránh né quá muộn và bị hạ hay chúng sẽ lướt qua nhau và bình an vô sự. Ngoài ra, nhân và quả có thể bị đảo ngược, Pikovski cho biết. Hãy hình dung hai sự kiện, A và B, có liên hệ nhân quả với nhau.
“A và B có thể ảnh hưởng lên nhau, nhưng trong một trường hợp A diễn ra trước B, còn trong trường hợp kia B diễn ra trước A”, hai sự kiện ở trong trạng thái chồng chất, Pikovski nói. Điều đó có nghĩa là cả A và B đồng thời là nhân và quả của nhau. Thật may mắn cho các phi hành đoàn có khả năng nhầm lẫn của phi thuyền tưởng tượng này, theo Pikovski, họ sẽ có một phương pháp toán học để phân tích thông tin truyền cho nhau để xác nhận họ có ở trong một trạng thái chồng chất hay không.
Hiển nhiên, trong cuộc sống thực tế, các hành tinh không chuyển động tự do tự tại trong thiên hà. Nhưng thí nghiệm giả tưởng trên có thể có những gợi ý thực tế cho điện toán lượng tử, cho dù rằng không xây dựng được một lí thuyết toàn vẹn về lực hấp dẫn, Pikovski nói. Bằng cách sử dụng các chồng chất trong tính toán, một hệ thống điện toán lượng tử có thể đồng thời đánh giá một quá trình vừa là nhân vừa là quả.
“Có lẽ các máy tính lượng tử có thể sử dụng điều này để tính toán hiệu quả hơn,” Pikovski nói.
Nguồn: Live Science
