Hiệu ứng cánh bướm trong thế giới lượng tử?

The ‘butterfly effect’ has now been seen at the quantum level.
Millard H. Sharp / Science Photo Library

Khi chúng tôi thảo luận về cánh bướm, thì có vô số câu hỏi… Có những câu hỏi trực quan như là tại sao cánh bướm lại nhiều màu sắc đẹp đến vậy, đây là câu hỏi đơn giản nhưng nó dẫn đến một loạt các ứng dụng trong in ấn. Dựa vào đó mà chúng ta có thể tạo ra những đồng tiền với kĩ thuật in màu ở một cấp độ mà dường như đồng tiền đó không thể in giả lại được. Một dịp giảng bài cho sinh viên, tôi nói rằng: Khi các bạn biết về thế giới của nanô, thì các bạn mới thực sự hiểu về những gì xung quanh bạn, ví dụ các bạn sẽ giải thích cho bạn gái mình rằng vì sao cánh bướm lại có màu sắc đẹp đến vậy… Tôi chưa kịp nói hết thì mọi người phá lên cười, có lẽ tôi cũng sẽ cười khi còn ngồi dưới giảng đường.😀
Đó là một câu chuyện đáng nhớ, nhưng trong bài viết này chúng ta sẽ thảo luận một câu chuyện hoàn toàn khác, đó là một cái nhìn xâu sắc hơn về khía cạch vật lý của cánh bướm.
Richard Feyman đã từng nói rằng “no one understands quantum mechanics”. Tại sao cơ học lượng tử lại khó hiểu? Theo tôi không phải do mớ lý thuyết dựa trên toán học hiện đại của chúng, các phương trình vi phân trong không gian Hilbert, các toán tử, các phương trình sóng… chỉ cần thời gian thì chúng ta có thể nắm bắt tượng tận về chúng, với các công cụ máy tính hiện nay thì việc giải các phương trình đó không quá khó khăn. Điều khó hiểu của cơ học lượng tử ở đây chính là tự bản thân nó luôn sinh ra các nghịch lý dường như rất mâu thuẫn nhau. Một trong nghịch lý nổi tiếng là “con mèo Schrodinger” [1], chúng có thể vừa trong cả hai trạng thái “sống” và “chết”. Còn rất nhiều nghịch lý khác như vậy, như con cá vàng có thể chui từ bể này sang bể kia (hiệu ứng chui hầm lượng tử)… Cơ học lượng tử là vậy, chúng ta vẫn chưa có câu giải thích nào ổn thỏa cho đến nay. Gần đây Anton Zeilinger có một cách nhìn mới mẻ về cơ học lượng tử, ông là người rất nổi tiếng trong lĩnh vực thực nghiệm lượng tử, ông cho rằng đối tượng của cơ học lượng tử là các thông tin về vật chất. Chúng không mô tả vật chất, do đó nếu chúng ta cố gắng mô tả vật chất bởi cơ học lượng tử, chúng sẽ sinh ra nghịch lý . Tôi lấy ví dụ như sau: Giả sử bạn bị cháy ổ cứng, bạn cần tìm lại các tài liệu đó, bạn lên mạng và tìm kiếm lại chúng, việc bạn tìm kiếm chúng hoàn toàn dựa trên trí nhớ không chắc chắn của bạn về các tài liệu đó. Các thông tin đó có thể là tên tài liệu, tài liệu thuộc lĩnh vực gì.
Khi các thông tin đó chồng chéo và quyết định nhau. Ví dụ tài liệu A bạn nhớ là về kinh tế, thì bạn cũng suy ra tài liệu B cũng là về kinh tế, do chúng cùng trong một thư mục. Hiệu ứng đó có thể gọi là “vướng víu lượng tử” (Quantum entanglement). Điều này nghĩa là phép đo trên vật này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái lượng tử của vật vướng víu lượng tử với nó.
Hiệu ứng cánh bướm rất nổi tiếng trong lý thuyết hỗn độn, trong đó sự thay đổi của khí quyển dưới cái đập cánh của con bướm Brasil cũng có thể gây ra một cơn bão ở Texas. Lý thuyết hỗn độn hoàn toàn diễn ra ở thang đo vĩ mô không hề bao gồm lượng tử. Điều gì nếu ta tìm hiểu mối quan hệ giữa hai vấn đề nóng của vật lý là Vướng víu lượng tử — Lý thuyết hỗn độn. Mối quan hệ này có thể cung cấp thông tin về nơi mà cơ học lượng tử kết thúc và cơ học cổ điển bắt đầu.
Poul Jessen cùng các đồng nghiệp ở University of Arizona đã phát hiện ra dấu vết của sự hỗn độn trong một hệ cơ học lượng tử [2]. Họ phát hiện ra sự hỗn độn liên kết đến vướng víu lượng tử, trong đó nhiều hạt có thể gắn bó chặt chẽ với nhau, do đó ảnh hưởng ngay lập tức đến các đối tác của mình.
Nhà vật lý Nir Davidson tại Viện Khoa học Weizmann ở Rehovot, Israel nói. “They’ve brought together two sexy concepts in physics that are usually thought to operate in completely different regimes.”🙂

[1] http://damtson.wordpress.com/2011/06/10/quantum-cloning/
[2] Chaudhury, S., Smith, A., Anderson, B. E., Ghose, S. & Jessen, P. S. Nature 461, 768-771 (2009)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s