Điều ẩn sâu trong thế giới lượng tử

Sự phát triển của cơ học lượng tử trong những năm đầu thế kỷ XX, với những cái tên như Planck, Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, và Dirac là thành tựu trí tuệ vĩ đại trong lịch sử loài người.

Sách Điều gì đó ẩn sâu. Ảnh: ML.

Chúng ta chưa thực sự hiểu đúng về cơ học lượng tử

Cơ học lượng tử là lý thuyết tốt nhất để giúp chúng ta hiểu về thế giới vi mô, nó mô tả cách thức nguyên tử và các hạt tương tác thông qua các lực của tự nhiên, đem lại những tiên đoán thực nghiệm với độ chính xác đáng kinh ngạc. Các nhà vật lý thiên văn, vật lý hạt, vật lý nguyên tử, vật lý laser - tất thảy họ ngày ngày đều sử dụng cơ học lượng tử. Chất bán dẫn, transitor, vi mạch, laser và bộ nhớ máy tính đều hoạt động dựa trên cơ học lượng tử.

Tuy nhiên, trong cuốn Điều gì đó ẩn sâu Sean Carroll lại chỉ ra một điều nghe có vẻ thật lạ lùng nhưng lại đang diễn ra trong ngành vật lý lý thuyết đó là cơ học lượng tử là lĩnh vực ai cũng “kinh sợ”.

Nguyên nhân của sự “kinh sợ” này là các nhà vật lý chân chính thừa nhận rằng chúng ta chưa thực sự hiểu đúng về cơ học lượng tử, dù chúng ta đang sử dụng khoa học lượng tử để thiết kế những công nghệ tiên tiến và tiên đoán kết quả thử nghiệm.

Theo Sean Carroll, từ thuở bình minh của lĩnh vực này cho đến nay, các nhà vật lý vẫn chưa tìm được tiếng nói chung về nền tảng thực sự của cơ học lượng tử và vẫn chưa đi đến thống nhất về cơ học lượng tử thực sự nói gì.

Các nhà vật lý có xu hướng sử dụng cơ học lượng tử để giải thích thế giới. Tuy nhiên, chúng ta chưa thể làm được điều đó, bởi có những cách xử lý phổ biến có khuynh hướng cường điệu hóa rằng cơ học lượng tử mang tính huyền bí, khó giải thích, không thể thấu hiểu. Điều này đi ngược với những nguyên tắc căn bản của khoa học, trong đó bao gồm quan niệm cho rằng thế giới về cơ bản là có thể hiểu được.

Điều này cũng dẫn tới tình trạng nhiều cơ sở nghiên cứu không coi trọng việc tìm hiểu ý nghĩa của cơ học lượng tử. Các nhà khoa học chỉ coi trọng những kết quả hữu hình - những công nghệ mới lạ, những tiên đoán cụ thể, có khả năng thương mại hóa.

Trước thực trạng này, tác giả đặt ra câu hỏi: Vậy ai sẽ tìm hiểu về bức tranh toàn cảnh, mà nếu không có nó, ngành Vật lý rất khó đi được xa thêm?

Nhà vật lý lý thuyết Sean Carroll. Nguồn: preposterousuniverse.

Cơ học lượng tử và thuyết đa Vũ Trụ

Điều gì đó ẩn sâu là nỗ lực của Sean Carroll trong việc lấy lại vị thế của cơ học lượng tử. Sách cố gắng làm cho cơ học lượng tử dễ hiểu - ngay cả khi chúng ta vẫn chưa hiểu được nó - và việc đạt được những hiểu biết như vậy phải là mục tiêu ưu tiên hàng đầu của khoa học hiện đại.

Cơ học lượng tử là độc nhất vô nhị trong số các lý thuyết vật lý nhằm mô tả sự khác biệt rõ ràng giữa những gì chúng ta quan sát thấy với những gì mới là thực tại. Điều đó đặt ra thách thức đặc biệt đối với tư duy của các nhà khoa học (và toàn thể những người còn lại), những người đã quá quen thuộc với lối suy nghĩ về những gì chúng ta quan sát thấy là “thực tế” không phải bàn cãi và cố gắng giải thích mọi thứ cho phù hợp.

Nhưng đó không phải là chướng ngại vật không thể vượt qua, và nếu giải phóng được tư duy của mình khỏi lối tư duy trực giác và lạc hậu thì chúng ta sẽ thấy rằng cơ học lượng tử không hề huyền bí một cách tuyệt vọng hoặc không thể giải thích được. Nó chỉ đơn thuần là vật lý mà thôi.

Điều gì đó ẩn sâu cũng chỉ ra những bước tiến trong việc thấu hiểu cơ học lượng tử đã đạt được, theo cách tiếp cận mà tác giả cho là con đường nhiều triển vọng nhất: Cách diễn giải Everett (*) hay đa Vũ Trụ về cơ học lượng tử.

Theo tác giả sách, cơ học lượng tử là rường cột chống đỡ các định luật khoa học mô tả hành vi bất thường của photon, electron hay bất kỳ hạt nào tạo nên Vũ Trụ.

Còn đa Vũ Trụ - giả thuyết về các Vũ Trụ tồn tại song song như trong phim khoa học viễn tưởng, nơi tồn tại bản sao của con người Trái Đất - là “phương pháp thuần khiết nhất” để hiểu cơ học lượng tử. Đó cũng chính là đích đến nếu chúng ta bước trên cung đường có ít sự chống cự nhất khi bàn về các hiện tượng lượng tử một cách nghiêm túc.

Bằng những câu chuyện hay cuộc đối thoại, Carroll dẫn dắt người đọc kết nối những kinh nghiệm thường ngày của chúng ta với một thế giới đa Vũ Trụ.

Theo Carroll “Tất cả đều là lượng tử”; những lý thuyết về hàm sóng và đa Vũ Trụ không chỉ mang lại tri thức khoa học mà còn góp thêm một góc nhìn để trả lời câu hỏi triết học ngàn đời: Ta là ai? Ta đang ở đâu? Ta sẽ như thế nào?

Ví dụ ta là chính ta của ngày hôm qua nhưng đồng thời cũng khác, và sẽ một phần, nhưng không phải toàn bộ, của ta ngày mai. Và cùng một thời điểm này, theo đa Vũ Trụ, sẽ có rất nhiều “ta” ở những Vũ Trụ khác nhau. Những bản sao không ngừng được sinh ra.

Điều gì đó ẩn sâu cũng nêu lên những lý thuyết đề xuất mới mẻ, chưa hoàn toàn được công nhận, trong nỗ lực tìm hiểu bản chất của không - thời gian, và nguồn gốc cùng với số mệnh sau cùng của Vũ Trụ. Đồng thời, sách cũng xem xét các nghiên cứu quan trọng khác từ góc độ cơ học lượng tử, ví dụ như những công bố về lỗ đen của Stephen Hawking.

--------------------

*. Ý tưởng đa Vũ Trụ ban đầu do nhà vật lý Hugh Everett viết trên một tờ báo vào năm 1957.

Minh Châu