Vừa qua, các nhà khoa học tại Canada đã chụp lại được hình ảnh của 2 hạt photon đang "vướng mắc" vào nhau, tạo ra một hình Thái cực đồ (còn được biết đến với biểu tượng vòng tròn Âm - Dương). Hình ảnh thú vị này đã được nhiều người liên tưởng rằng vật lý hiện đại chỉ khám phá lại những gì cổ nhân đã đúc kết từ mấy nghìn năm trước. Điều này có thật không? Và nếu không có máy gia tốc, máy bắn phá hạt, thiết bị ghi hình tốc độ siêu cao, máy laser... thì cổ nhân đã thấy được chuyển động lượng tử có hình Thái cực đồ này bằng cách nào?
Vào ngày 14/8/2023, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Ottawa, Canada đã thu hút sự chú ý trên khắp các phương tiện truyền thông vì lần đầu tiên, có người chụp được hình ảnh hai hạt photon "vướng víu" với nhau và chuyển động theo hình dáng của Thái cực đồ.
Dẫu rằng hình ảnh cung cấp trông rất giống với trận đồ Âm – Dương (Yin - Yang) theo triết lý của Đạo giáo, nhưng đó không phải là phát hiện của nhóm nghiên cứu và hình ảnh đó cũng không có giá trị chứng thực lý thuyết cổ xưa hay hàm ý tôn giáo nào cả.
Đáng nói là bài nghiên cứu gốc của nhóm tác giả mang tựa đề Interferometric imaging of amplitude and phase of spatial biphoton states (tạm dịch: Khảo sát hình ảnh qua giao thoa kế về biên độ và pha trạng thái của hai hạt photon liên đới trong không gian) được đăng tải trên tạp chí khoa học uy tín Nature không hề ngụ ý đến sự liên tưởng nào, mà chỉ tập trung vào việc ghi lại hình ảnh trạng thái của hai hạt photon vướng víu khi đã biết trước một chiều kích (4).
Nghiên cứu này thực sự là gì?
Việc xác định hàm sóng của một hệ thống lượng tử bằng phương pháp chụp cắt lớp là rất khó. Trong cơ học lượng tử, mỗi chiều kích đại diện cho một thuộc tính có thể đo đạc được. Nhưng trong một hệ lượng tử phức tạp hoặc khi khảo sát những hạt vướng víu lượng tử với nhau, người ta nhận thấy có sự "chen lấn" rất phức tạp của nhiều chiều kích, gọi là không gian cao chiều (high demensional space) với rất nhiều thuộc tính chồng lên nhau.
Vậy nên, việc chụp cắt lớp hình ảnh riêng lẻ không thể tái tạo được toàn vẹn với hệ thống lượng tử phức tạp này.
Để miêu tả nghiên cứu gốc một cách ngắn gọn, ta có thể hình dung như sau: Nhóm nghiên cứu sử dụng giao thoa kế (interferogram) và tia laser để phân tích hàm sóng của photon và dùng một camera tốc độ cực cao để ghi lại ảnh giao thoa của photon.
Nhờ phương pháp này, hình ảnh vướng víu của hai photon được tái hiện lại thành ảnh 3D nhờ vào phép toàn ảnh (hologram), thay vì phải dựng từ vô vàn những cái "bóng" – hình ảnh phản chiếu 2D của photon lên các mặt phẳng khác nhau, bằng phương pháp chụp cắt lớp lượng tử (quantum tomography).
Phương pháp toàn ảnh quang học sử dụng hai chùm ánh sáng để tạo ra hình ảnh 3D của trạng thái: Một chùm chiếu vào vật thể và phản xạ ra ngoài, trong khi chùm kia chiếu vào phương tiện ghi hình. Hình ảnh ba chiều được hình thành từ mô hình giao thoa ánh sáng, hoặc mô hình mà trong đó, các đỉnh và đáy của hai sóng ánh sáng cộng gộp hoặc triệt tiêu lẫn nhau.
Các nhà vật lý đã sử dụng phương pháp tương tự để chụp ảnh trạng thái photon vướng víu thông qua mô hình giao thoa với một trạng thái đã biết từ trước. Sau đó, dùng máy ảnh có độ chính xác lên đến từng nano giây, các nhà nghiên cứu đã phân tách mô hình giao thoa mà họ nhận được – và làm lộ ra nhiều hình ảnh tuyệt đẹp của hai photon vướng víu, như chúng ta đã thấy ở trên.
Và hình ảnh Thái cực Âm - Dương chỉ là một trong số hình ảnh giao thoa được ghi lại, chứ không phải là kết quả ổn định có tính lặp lại xuyên suốt trong nhiều thử nghiệm.
Điều này có ý nghĩa gì?
Nghiên cứu này không ủng hộ hay chứng minh điều gì liên quan đến thuyết Âm - Dương, mà chẳng qua chỉ là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Nhóm nghiên cứu đã ghi lại rất nhiều hình ảnh khác nhau của cặp photon vướng víu chuyển động đồng thời với nhau một cách đồng bộ. Chỉ là với camera siêu nhạy, họ đã "đóng băng" được một bức hình mà trong đó hai hạt photon đang tạo ra hình thù giống với thái cực đồ.
Điều này chẳng chứng tỏ được mối liên hệ nào đến việc cổ nhân đã khám phá ra được quy luật vận hành trước cả khoa học hiện đại, nhất là khi người xưa còn không có công cụ, lý thuyết để khảo sát những vấn đề nhỏ hơn mức mắt thường có thể thấy.
Tuy vậy, với con người hiện đại, việc vừa tin vào lý thuyết vật lý lượng tử, vừa tin vào thuyết Âm Dương có lẽ cũng là một chuyện hợp lý, hệt như "trong âm có dương, trong dương có âm" của vòng tròn Thái cực đồ.
Comments