Xem mẫu
- Justin Mullins (New Scientist, s ra ngày 20/11/2010)
Căn phòng làm vi c y thu c v Seth Lloyd,
Có th du hành th i gian mà
m t trong nh ng nhà lí thuy t hàng u th gi i
không c n t i các l en v cơ h c lư ng t . Chúng ta ang nói t i m t
bài báo mà ông cùng các ng nghi p c a mình
ã tung ra cách nay ch ng m t tháng trư c mô
Ng i nói v s du hành th i gian trong m t t m t bư c chuy n m i h t s c tinh vi v s du
căn phòng trông ra m t kho nh sân xinh tươi hành th i gian. Lo i bài báo như th này r t
t i Vi n Công ngh Massachusetts nghe có v phong phú trong vài năm tr l i ây, và thư ng
hơi l tai. Tòa nhà ư c xây t n năm 1916 và t p trung vào m t s lo i thí nghi m tư ng
trông như th i i c a nó v y: mái tr n cao, tư ng s d ng lô gic và lí gi i, thay cho thi t b ,
hành lang ch y dài và nh ng căn phòng làm mô t làm th nào s du hành th i gian th t
vi c m m c v i nh ng cánh c a g n ng n s có th x y ra trong th gi i th c.
ã cách tân chút ít vào th i kì ó. N u như
Ngo i tr , luôn luôn có m t s báo trư c; ch ng
không có m t màn hình máy tính t t i góc
h n nhà du hành th i gian y r i ro ph i th c
tư ng, thì n i th t trong phòng h u như y h t
hi n hành trình n rìa c a m t l en th c
h i u th k trư c.
- hi n kì công du hành. Cho nên, chưa bao gi toán ó, m ra m t th gi i kì l c a s du hành
t ng có m t phép th th c nghi m nào c a th i gian cho các thí nghi m.
nh ng ý tư ng ó. Thư ng thì ngư i ta ch Cái trêu ngươi i v i s du hành th i gian là
nói cho vui và ăng t i m t vài c t báo, dư ng như ch ng có gì ngăn c m nó c . Trong
nhưng hi m khi có cái gì ó h u hình bn ch ng m c mà các nh lu t v t lí còn phát huy
tham gia vào. tác d ng, thì th i gian có th ti n v phía trư c
Lloyd i n m t phương pháp m i kh o sát ho c lùi ra phía sau. Nhưng du hành th i gian
vn trên, s d ng cơ h c lư ng t , vì th , theo ki u như Marty McFly trong b phim Tr
tôi chăm chú l ng nghe v thí nghi m tư ng l i Tương lai thì là m t tình hu ng r c r i khác.
tư ng c a ông và, t t nhiên, tìm hi u v cái Nó òi h i m t v t i ngư c dòng th i gian
i m báo không th tránh kh i y. Ông nói trong khi m i th khác ang di n ti n v phía
cho tôi nghe các photon có th truy n ngư c trư c. Tuy nhiên, ngư i ta ch ng h thi u ý
dòng th i gian như th nào ng th i ông nói tư ng lí gi i xem i u này có th x y ra như th
cái gì ó nghe th t l “... và chúng tôi ã làm nào.
thí nghi m ó”, ông nói m t cách t nhiên. a s các ý tư ng t p trung vào c u trúc c a
“Anh cũng ã xem qua bài báo ó, ph i không-th i gian là môi trư ng du hành. Theo
không nào?”
Tôi tr m t, bán tín
bán nghi. Trong
kho nh kh c, th i
gian như ng ng
trôi v y. “Thí
nghi m ó ư?”, tôi
nghĩ trong u
mình. Khi Lloyd
k ti p, câu chuy n
c a ông còn gây
kinh ng c hơn n a.
Không ch nghĩ t i
vi c gi các
photon tr v quá
kh , thí nghi m ó
còn là m t s tái
hi n v t lí c a
“ngh ch lí ông
cháu” n i ti ng.
ây là bài toán
khó hi u trong ó m t nhà du hành th i gian thuy t tương i t ng quát Einstein, không-th i
i ngư c v quá kh và th tiêu ông n i c a gian là m t lo i ch t li u có th nén l i và giãn
anh ta trư c khi bà n i c a anh ta có m t ra gi ng như m t t m cao su kh ng l . M t v t
trong b c nh ngày cư i, nghĩa là nhà du th s như m t ngôi sao ch ng h n làm bi n
hành th i gian s không bao gi t n t i và vì d ng c u trúc này, làm cho m i th trong vùng
th không th nào i ngư c v quá kh ph c n c a nó ch u m t l c hút v phía nó.
gi t ch t ông n i c a mình. Tuy nhiên, n u không-th i gian xo n m nh,
Tôi s ng c ngư i. Trong hàng th k qua, thì nh ng i u kì l có th x y ra. N u t m cao
chúng ta ã và ang c g ng lay chuy n trí su kh ng l y b g p n p, ch ng h n, thì nh ng
tu c a mình xung quanh v n du hành th i vùng bình thư ng cách xa nhau t ng t tr
gian. Gi thì Lloyd và các c ng s c a ông nên n i k t v i nhau, t o thành m t cái thòng
v a nh n ra m t cách ti p c n m i v i bài l ng g i là “ ư ng cong th i gian khép kín” cho
phép nhà du hành th i gian l p l i nh ng
- chuy n vi ng thăm n cùng m t i m trong Cơ s toán h c c a lí thuy t lư ng t phát bi u
th i gian và không gian (xem bi u ). r ng tr ng thái lư ng t mô t chúng phát tri n
v phía trư c l n v phía sau trong th i gian.
“Các h t lư ng t như photon và Tr ng thái kì l như th này khi n cho m t s
electron không b ràng bu c b i nhà nghiên c u kh ng nh r ng không th áp
d ng ư c các quy lu t bình thư ng c a tính
mũi tên th i gian”
nhân qu , vì th nh ng cái x y ra trong tương
lai c a m t h t lư ng t s nh hư ng n quá
kh c a nó.
Ngư i u tiên ch ra ư c làm th nào s
tương i ưa n các ư ng cong th i gian M t trong nh ng ngư i u tiên ch ra lu n
khép kín là nhà toán h c ngư i Áo Kurt i m này là John Wheeler t i trư ng ihc
Godel. B n thi t k năm 1949 c a ông cho Princeton. Ông ã trình bày r ng thí nghi m
m t c máy th i gian òi h i toàn b vũ tr “hai khe” c i n, trong ó m t photon chưa
ang quay tròn. Nhi u ý tư ng có liên quan ư c quan sát i qua hai khe m t cách ng th i,
ã ư c t lên bàn th o lu n k t ó, t có th b nh hư ng b i m t phép o di n ra sau
nh ng dây năng lư ng dài g i là dây vũ tr khi thí nghi m có v như ã hoàn t t.
cho n các l en ang quay tròn và các
ư ng h m xuyên không-th i gian g i là l
sâu c.
V t lí lư ng t bư c vào giai o n các nhà lí
thuy t b t u nêu câu h i m t h t lư ng t
s hành x như th nào n u nó th c hi n m t
bư c nh y tr v quá kh . Năm 1991, nhà v t
lí ngư i Anh David Deutsch ã t ra câu h i
này d a trên m t n n t ng lí thuy t ch c ch n.
Ông tư ng tư ng m t h t truy n ngư c dòng
th i gian và phá h y h t ti n thân c a nó, t o
ra m t ngh ch lí ki u ông cháu.
Hoàn toàn khác v i cái ngư i ta trông i,
Deutsch ã i gi i ngh ch lí trên. Ông i gi i
b ng cách vi n d n cách hi u “ a th gi i”
c a cơ h c lư ng t trong ó t i kho nh kh c
h t lư ng t i vào trong ư ng cong th i
Các c trưng sóng c a photon chưa quan sát ó
gian khép kín, vũ tr b tách ra làm hai n a.
cho bi t nó i qua c hai khe cùng m t lúc. N u
Trong m t vũ tr này, h t s ng sót không t
ngư i ta quan sát lúc nó i qua khe, thì thí
gi t nó; còn trong vũ tr kia thì nó b phá h y.
nghi m cho th y nó s có nh ng i lư ng ki u
B ng cách vi n d n quan i m a vũ tr ,
h t và ch i qua m t khe. Wheeler mu n bi t
Deutsch ã khôn khéo tránh ư c ngh ch lí
i u gì x y ra n u như b n hoãn quy t nh
ông cháu và gi i ư c m t trong nh ng bài
kh o sát b n ch t sóng hay h t c a photon cho
toán cơ b n c a s du hành th i gian. Nhưng
n m t th i gian dài sau khi photon ã i qua
nhi u nhà v t lí c m th y không hài lòng v i
khe.
quan i m a th gi i vì nó ra m t con s
l n n m c khó tin c a nh ng vũ tr khác và Ông xu t r ng vi c s d ng m t c p kính
vì nó ph c t p không c n thi t. thiên văn xa nhìn ngư c vào hai khe cũng
s bu c photon nh n l y các tính ch t ki u h t.
Lloyd cùng các ng nghi p c a ông ch n l y
S l c l a tính ch t như th này sau khi ph n
m t cách ti p c n khác i v i s du hành
chính c a thí nghi m v cơ b n ã hoàn t t ư c
th i gian lư ng t , s d ng th c t là các h t
g i là “h u ch n l c”. G i là h u ch n l c có l
lư ng t như photon và electron không b
nghe không hay. Tuy nhiên, các thí nghi m th c
ràng bu c b i mũi tên th i gian.
hi n b i Jean Francois Roch t i trư ng Ecole
- Normale Superieure Cachan, Pháp, và hư ng n h t kia, cho dù chúng cách xa nhau
nh ng ngư i khác, cho th y s h u ch n l c bao nhiêu.
th t s làm thay i các tính ch t c a m t
Gi hãy tư ng tư ng b n mu n vi n t i m t h t
photon lên t i m t vài nano giây v phía quá
du hành không gian th ba t A n B. Th
kh .
thu t là t o ra m t c p h t b vư ng víu và t
Theo cách hi u Copenhagen c a thuy t lư ng m t h t t i A và h t kia B, sau ó ti n hành
t , không có m t th c th nào t n t i cho n m t t p h p phép o c hai nơi. N u b n làm
khi m t phép o ư c th c hi n. Nhưng úng thao tác này, b n có th s d ng “tác d ng
chúng ta ang b t u bi t r ng ngay c th c ma qu t xa”, như Einstein g i như th , m
t i cũng có th là m t b a ti c di ng: tr ng b o r ng h t th hai i n m t tr ng thái gi ng
thái quá kh c a m t h t lư ng t không có h t như “h t du hành không gian” kia.
nhi u th c t i hơn tr ng thái tương lai c a nó.
Công b ng mà nói, h t du hành ch ng di chuy n
ó là nguyên do vì sao s h u ch n l c có tác
v m t v t lí, nhưng thông tin lư ng t mô t
d ng. Nói cách khác, m i th ch chúng ta
tr n v n h t du hành ó ã th c hi n hành trình
tóm l y. Trên lí thuy t, quá trình h u ch n l c
thay th và i u này cho phép h t th hai t i B
th m chí có th làm thay i toàn b l ch s
nh n l y nhân d ng c a h t du hành kia.
c a vũ tr .
Cái kì l s vi n t i là nó x y ra t c th i.
Lloyd và Aephraim Steinberg, thu c trư ng
Trong quá trình này, thông tin lư ng t di
i h c Toronto, Canada, cho bi t tính ch t
chuy n t i m A n i m B, cho nên th t t
kì l này c a th gi i lư ng t có th là chìa
nhiên là ngư i ta s nghĩ r ng các phép o t i A
khóa cho m t c máy th i gian th c s . Kinh ã l p ra hành trình di chuy n.
nghi m hàng ngày cho chúng ta bi t r ng các
Nhưng vì s vi n t i x y ra t c th i, cho nên
i u ki n cho t i lúc b t u c a m t thí
cũng h p lí không kém là nghĩ r ng phép o t i
nghi m s xác nh k t qu c a nó. Nhưng
i m B ã kích ho t hành trình trên, m c dù nó
n u các h t lư ng t không th phân bi t gi a
x y ra nh ng th i kh c mu n hơn (xem bi u
nh ng th nh hư ng n chúng v phía
). ây là s h u ch n l c ang phát huy tác
trư c và v phía sau trong th i gian, thì i u
d ng và nó là m t c i m mà các nhà v t lí
ó có nghĩa là vi c ch rõ m t i u ki n cu i
lư ng t luôn s d ng làm nh ng vi c như
cùng có th xác nh cái gì ã x y ra trư c nó.
s i n toán lư ng t . Chính s nh p nh ng này
“V m t toán h c, ch ng có nguyên do nào
gi a nhân và qu là cái Steinberg và Lloyd khai
mà các i u ki n cu i cùng không th nào
thác trong v t mô ph ng du hành th i gian c a
‘cho trư c’ và m i th ph i tuân theo t
h . “Tóm l i, du hành th i gian chính là s vi n
chúng m t cách h p lí”, Steinberg nói.
t i”, Steinberg nói.
S vi n t i trong th i gian
Có cư ng i u quá m c hay không khi g i như
Chính ki u suy nghĩ như th này ã ưa các th này là du hành th i gian? Có l v y – theo
nhà v t lí Charles Bennet t i Trung tâm ki u gi ng như s vi n t i lư ng t truy n t i
Nghiên c u IBM Yorktown Heights, New m t tr ng thái lư ng t ch không truy n t i
York, và Ben Schumacher t i trư ng i h c m t i tư ng v t ch t th c s . Nhưng Lloyd và
Kenyon Gambier, Ohio, xu t r ng có th Steinberg cho r ng cơ s lô gic c a s vi n t i
s d ng cơ h c lư ng t xây d ng m t c h u ch n l c là gi ng v i lô gic c a s du hành
máy th i gian b ng cách khai thác s vi n t i th i gian, cho nên thí nghi m c a h là m t v t
lư ng t , m t hi n tư ng ã ư c ch ng mô ph ng du hành th i gian. Và trong khi thí
minh b ng th c nghi m vô s l n. Quá trình nghi m ó có v không gây hào h ng như m t
trên khai thác m t tính ch t lư ng t l lùng c máy th i gian có th ưa chúng ta v v i th i
g i là s vư ng víu, nh ó hai h t, thí d i kh ng long, nhưng v i nó ngư i ta có th
như hai photon, tr nên liên h g n gũi v i tri n khai m t s th th t s kì l .
nhau n m c chúng chia s cùng m t s t n
Cái u tiên mà i c a Lloyd và Steinberg th c
t i. Các h t b vư ng víu th t c bi t, vì m t
hi n là mô ph ng ngh ch lí ông cháu b ng cách
phép o th c hi n trên h t này l p t c nh
g i m t photon ngư c tr v quá kh t hy
- nó i. làm như v y, i nghiên c u s m t kh u súng như v y làm nh hư ng n “quá
d ng s vi n t i, nhưng v i bư c chuy n kh ”.
quan tr ng. S vi n t i lư ng t thông thư ng
Gi thì làm th nào m b o ư c r ng s vi n
s cung c p cho b n m t b n sao c a tr ng
t i th nh tho ng ng ng l i? i u ó là d hơn, vì
thái mà b n mu n g i i. Cái Steinberg và
s vi n t i v n có m t cơ ch h ng. Tr khi b n
Lloyd mu n bi t là i u này có x y ra i v i
ti n hành các phép o c a mình theo m t cách
các photon theo d tính t h y chúng i v i
c bi t nào ó, còn không nó ch ho t ng
m t kh u súng lư ng t hay không.
trong 25% th i gian mà thôi. Cho nên t thí
nghi m c a i nghiên c u có th có b n k t
c c, tùy thu c vào tình hu ng k t h p c a s
ho t ng ư c, mô ph ng c a h òi h i
vi n t i và kh u súng.
có thêm hai c tính n a: m t kh u súng
lư ng t th nh tho ng khai h a, và m t Khi thí nghi m này ư c th c hi n, s x y ra
phương ti n làm cho s vi n t i t d ng l i. m t s i u thú v : m i th i kh c mà s du hành
i nghiên c u còn quy t nh r ng, thay cho th i gian ho t ng, thì kh u súng không lên
hai photon b vư ng víu, như thư ng x y ra nòng. Và khi s du hành th i gian th t b i, thì
trong s vi n t i lư ng t , h s làm vư ng kh u súng khai h a. Di n t k t qu này theo
víu hai thu c tính c a m t photon c thân. ngôn ng c a ngh ch lí ông cháu, thì h khi nào
Tr ng thái phân c c c a photon s th hi n còn có cơ h i cho kh u súng c a b n t t ngòi và
“hi n t i” c a photon, còn hư ng chuy n cu c mưu sát b t thành, thì s du hành th i gian
ng c a nó s th hi n “quá kh ”. Ti p theo, còn có th ho t ng. “B n có th ng m b n
h c p cho photon ó m t kh u súng lư ng t nhưng không th bóp cò”, Lloyd nói.
có th ho c khai h a, ho c im lìm. D ng c Rõ ràng s du hành th i gian có m t s ng ý
này, g i là m t b n sóng, có th làm o, quan tr ng, không ph i ch cho b n ch t c a s
ho c không làm o, tr ng thái phân c c c a t phát mà còn cho kh năng c a chúng ta làm
photon. Vì s phân c c c a photon và hư ng quen v i nó. Các nhà du hành th i gian có th vì
c a nó b vư ng víu, nên vi c c p cho photon lí do gì ó ngăn không nghĩ t i vi c nh m b n
vào ông n i c a h , ho c có l h có th quy t
- nh ch b n l c vào m t hư ng khác nào ó. Theo nh ng công th c nh t nh c a cơ h c
“T nhiên ch ng màng vi c nó ph i h p t t lư ng t , câu tr l i là có. M t trong nh ng khía
bao nhiêu v i các synap th n kinh c a tôi, c nh r i r m nh t c a cơ h c lư ng t là nó
hay v i kh u Colt 45 c a tôi”, Steinberg nói. không tương thích v i thuy t tương i t ng
quát. Trong hàng th p k qua, các nhà v t lí ã
Trong khi ý tư ng v m t v t mô ph ng du
c g ng k t h p hai lí thuy t thành m t lí thuy t
hành th i gian nghe có v xa l v i nhi u
lư ng t c a s h p d n, nhưng u ã th t b i.
ngư i, thì cho n nay, công trình nghiên c u
Trong khi nhi u nhà v t lí l i cho thuy t
ó ã ít nhi u gây n tư ng i v i các nhà
tương i, thì nh ng ngư i khác cho r ng v n
v t lí lư ng t . ó là vì thí nghi m trên ho t
th t s nên gi i quy t là tính không hoàn
ng úng như cơ h c lư ng t tiên oán –
thi n c a cơ h c lư ng t (New Scientist, s
ch ng có ai tranh cãi xem s vi n t i ho t
ngày 21/8/2010, trang 33).
ng như th nào ho c các bit thông tin lư ng
t , hay qubit, hành x ra sao. “Ch c ch n, r t Vn này ã thúc y nh ng d ng th c thay
vui v y, nhưng m i ngư i u bi t h t s c th khác c a cơ h c lư ng t . Aram Harrow,
rõ k t c c trư c m t s là gì”, phát bi u c a m t nhà v t lí lư ng t t i trư ng ihc
Scott Aaronson, m t nhà khoa h c máy tính Washington Seattle trình bày r ng nh ng v n
cũng MIT. này có th làm bóp méo các phép o cơ
lư ng t theo ki u gi ng như s h u ch n l c ã
Lloyd và Steinberg thì có suy nghĩ khác. H
làm, nghĩa là s du hành th i gian là có th xét
nói vi c nghĩ t i s du hành th i gian theo
trên phương di n lí thuy t. Cho n nay, các nhà
ki u như th này làm phát sinh nh ng câu h i
v t lí v n không có b ng ch ng nào cho nh ng
quan tr ng và mang n nh ng ki n th c m i
d ng th c m i như v y c a cơ h c lư ng t ,
h t s c sâu s c. Trư c h t, nó th t s có th
m c dù không th nói r ng không có nơi nào
th m tra trong phòng thí nghi m, không gi ng
trong vũ tr s du hành th i gian có th ho t
như các ư ng cong th i gian khép kín c a
ng ư c.
Deutsch. Và trong khi s h u ch n l c có th
c m th y hơi x o quy t, thì ó ch là vì chúng Bây gi tr l i câu h i căn b n ban u: du hành
ta luôn có xu hư ng nghiêng v m t chi u th i gian s có th th c hi n ư c hay không?
c bi t trong th i gian. Có l , nhưng vi c nói v s du hành th i gian
trong m t căn phòng trông ra m t kho nh sân
Trong khi thí nghi m c a Lloyd và Steinberg
xinh tươi t i Vi n Công ngh Massachusetts
mô ph ng ư c s du hành th i gian, thì v n
dư ng như hơi l m t chút. Tòa nhà ư c xây
còn ó m t câu h i n a. Có ph i th t s có
t n năm 1916…♦
th du hành th i gian mà không c n t i các l
en hay không? Tr n Nghiêm d ch
thuvienvatly.com
nguon tai.lieu . vn
