Liệu photon có từ chối cái nhìn thoáng qua?

Liệu các photon có thể nói nên được chúng đã được rằng chúng sắp sửa được ai đó nhìn thấy? John Wheeler lần đầu tiên đã nêu một giả thiết để lý giải điều kỳ dị này bằng cách tiếp cận một khuynh hướng mới trong thí nghiệm khe đôi gần 30 năm về trước. Ngày nay, các nhà vật lý ở Pháp đã lần đầu tiên thực hiện thí nghiệm minh chứng điều này (bài báo đăng trên Science 315 996, 2007).

Thí nghiệm khe đôi nổi tiếng áp dụng cho các photon hầu như đã làm nổi bật sự ảnh hưởng bí ẩn của quan sát viên trong cơ học lượng tử. Trong thí nghiệm này, một photon đơn lẻ làm sáng tại một điểm trên màn hình, làm ngăn trở không gian nằm giữa vách chứa 2 khe. Nếu chỉ cần ai đó sao nhãng không kiểm tra kỹ khe mà photon đã truyền qua, photon sẽ tự giao thoa (giả thiết là nó truyền qua 2 khe như một sóng).

Nhưng nếu ta ghi lại các khe một cách cẩn thận, thì sự giao thoa sẽ biến mất, và mỗi photon sẽ đi qua khe như sự truyền qua của một hạt đơn thuần. Tuy nhiên, năm 1978, John Wheeler đã chỉ ra rằng một photon có thể bằng cách nào đó biết được liệu một sự quan sát có thể dẫn đến việc thay đổi hành vi của nó như một sóng hay một hạt tương ứng. Để kiểm chứng khả năng này, ông ta đã giả thiết một thí nghiệm mà trong đó việc quyết định quan sát photon chỉ được thực hiện sau khi photon đã phát ra.

Hình 1. Ảnh chụp hệ thí nghiệm (Ảnh: physicsweb.org)

Mới đây, nhóm của Jean-François Roch và các đồng nghiệp ở École Normale Supérieure de Cachan (Đại học Sư phạm Cachan, Pháp) lần đầu tiên đã kiểm chứng một cách chính xác các ý tưởng thí nghiệm của Wheeler. Nhóm đã thay 2 khe (như trong thí nghiệm giao thoa 2 khe của Young - thiết bị này có thể gây ra sự bất tiện) bằng hệ thống tách chùm tia thành 2 đường chuyền (xem hình 2). Các đường truyền này trực tiếp dẫn đến 2 bộ ghi nhận, cho phép quan sát một cách rõ ràng đường truyền mà mỗi photon đã đi qua. Tuy nhiên, các nhà vật lý cũng cũng đã nghĩ ra một hệ thốngtự động hóa mà có thể chèn ngẫu nhiên một bộ tách chùm tia tại mỗi thời điểm. Khi mà hệ thống tách chùm tia này được đặt vào, quan sát viên không thể biết rõ đường truyền của photon.

Hình 2. Bộ tách chùm tia. (Ảnh: physicsweb.org)

Khi không có bộ tách chùm tia, photon sẽ đi qua hoặc theo đường này, hoặc theo đường còn lại như một hạt. Nhưng khi có bộ tách chùm tia, các detetor đã ghi nhận sự giao thoa - có nghĩa là các photon mang hành vi của một sóng và đi qua cả 2 đường một cách đồng thời. Tuy nhiên, không hoàn toàn giống như các thí nghiệm 2 khe trước đây, hệ thống có thể đưa ra quyết định quan sát sau khi photon được phát tới đường này hay đường khác, hay theo cả hai đường truyền. Do đó, nếu một nguồn hội tụ "bí mật thông báo" với các photon, nó phải gửi nhanh hơn cả tốc độ ánh sáng, mà điều này là vi phạm nguyên lý tương đối tính.

"Do sự cưỡng bức này, chúng tôi có thể chắc chắn rằng photon không biết được kết cục ở tại giao thoa kế là gì khi chúng đi vào" - Roch phát biểu - "Điều này lại càng làm tăng "sự căng thẳng" giữa cơ học lượng tử và cơ học tương đối tính".

Vạn lý Độc hành

Theo Physicsweb.org, Vật lý Việt Nam