Bằng chứng mới cho học thuyết Darwin lượng tử

Các nhà vật lí vừa tìm thấy bằng chứng mới ủng hộ lí thuyết tiến hóa Darwin lượng tử, quan điểm cho rằng sự chuyển tiếp từ thế giới lượng tử sang thế giới cổ điển xảy ra là do một dạng lượng tử của sự chọn lọc tự nhiên. Bằng cách giải thích làm thế nào thế giới cổ điển xuất hiện từ thế giới lượng tử, học thuyết Darwin lượng tử có thể làm sáng tỏ thêm một trong những câu hỏi thách thức nhất trong ngành vật lí học suốt một thế kỉ qua.

Những hình ảnh này thể hiện một vết sẹo tuần hoàn trong các mô phỏng mang lại sự tương tự mạnh mẽ với hình ảnh thực nghiệm. Các vết sẹo được tìm thấy đã nhân bản và tạo ra những trạng thái con phù hợp với học thuyết Darwin lượng tử. Ảnh: A.M. Burke, et al. ©2010 APS.

Cơ sở của hầu như mọi sự chuyển tiếp lượng-tử-sang-cổ-điển lí thuyết nằm ở khái niệm tách kết hợp. Trong thế giới lượng tử, nhiều trạng thái khả dĩ “suy sụp” thành một trạng thái đơn nhất do các tương tác với môi trường. Đối với nhà chủ nghĩa Darwin lượng tử, sự tách kết hợp là một quá trình chọn lọc, và trạng thái ổn định cuối cùng được gọi là “trạng thái trỏ”. Mặc dù các trạng thái trỏ là những trạng thái lượng tử, nhưng chúng “đủ sít sao” để được truyền qua môi trường mà không suy sụp và sau đó có thể làm cho những bản sao của chúng có thể quan sát thấy trên thang bậc vĩ mô. Mặc dù mọi thứ trong thế giới của chúng ta là mang tính lượng tử tại cốt lõi của nó, nhưng cái nhìn cổ điển của chúng ta về vũ trụ cuối cùng được xác định bởi những trạng thái trỏ này.

Kể từ khi học thuyết Darwin lượng tử lần đầu tiên được đề xuất vào năm 2003 bởi Wojciech Zurek ở Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Hoa Kì, một vài nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng ủng hộ cho ý tưởng đó. Gần đây nhất, một đội gồm các nhà vật lí và kĩ sư ở trường đại học Bang Arizona và Phòng nghiên cứu Hải quân ở thủ đô Washington, đã tiến hành các thí nghiệm sử dụng kính hiển vi cổng quét để ghi ảnh những cấu trúc sẹo trên một chấm lượng tử hở. Các kết quả của họ tiết lộ sự tồn tại của những trạng thái sẹo tuần hoàn phát triển dần và cuối cùng góp phần vào một trạng thái ổn định, rất giống với sự tiến hóa của các trạng thái trỏ mà học thuyết Darwin lượng tử tiên đoán.

Các vết “sẹo”, như các nhà nghiên cứu giải thích, thật sự đang tạo vết trên các hàm sóng lượng tử, làm cho biên độ của các hàm sóng tập trung cao theo những quỹ đạo cổ điển. Các vết sẹo thường bị cho là không ổn định, nơi bất kì sự nhiễu loạn nhỏ nào cũng có thể phá vỡ liên kết thành quỹ đạo cổ điển. Tuy nhiên, khi các trạng thái sẹo tự sao và phát triển qua sự tiến hóa Darwin lượng tử, trở thành một họ trạng thái mẹ-con, thì chúng có thể trở nên kết hợp và cuối cùng ổn định vào những trạng thái trỏ bội.

Để phát hiện ra sự nhân bản sẹo này, các nhà nghiên cứu sử dụng kính hiển vi cổng quét để quét qua một đầu dẫn nhọn trên các cấu trúc sẹo ở một độ cao không đổi. Đầu nhọn tác dụng như một nhiễu loạn cục bộ bởi nó gây ra sự thay đổi độ dẫn điện tỉ lệ với mật độ electron của mẫu tại vị trí đó. Bằng cách đo sự biến thiên độ dẫn ở những vị trí khác nhau, kĩ thuật trên tiết lộ rằng các cấu trúc sẹo có một từ trường tuần hoàn phù hợp tốt với ý tưởng các trạng thái con tuần hoàn.

Sự phù hợp của các khuôn mẫu suy ra từ thực nghiệm và các khuôn mẫu mô phỏng sự biến thiên độ dẫn cũng ủng hộ cho quan điểm rằng những khuôn mẫu tuần hoàn này biểu diễn các trạng thái con. Như các nhà khoa học giải thích, khi từ trường tăng lên, thì các mode con này “đầy qua” một mức năng lượng gọi là mức Fermi và xuất hiện dưới dạng những trạng thái trỏ, cái có thể phát hiện ra được.

Khả năng tái tự nhân bản và tạo ra những thế hệ con cháu của các trạng thái trỏ, như thể hiện trong những quan sát này, là một yêu cầu trọng yếu của học thuyết Darwin lượng tử. Bằng việc chứng minh sự phát triển trạng thái trỏ này trong các cấu trúc sẹo của một chấm lượng tử hở, khám phá của các nhà vật lí trên cung cấp bằng chứng cho lí thuyết tiến hóa Darwin lượng tử - và, hóa ra, giải thích vì sao chúng ta sống trong một thế giới cổ điển không có các hiệu ứng lượng tử như sự chồng chất và sự bất định. Tuy nhiên, như Ferry giải thích, cần có thêm nghiên cứu nữa trước khi lí thuyết trên được chấp nhận rộng rãi.

“Nó là một lí thuyết, và dữ liệu của chúng tôi ủng hộ nó”, ông nói. “Nhưng, các thí nghiệm phải được xác nhận bởi những nhóm nghiên cứu khác, có lẽ cần xác nhận nhiều lần nếu như muốn lí thuyết được chấp nhận trọn vẹn”.

Theo PhysOrg.com