Mô phỏng thành công đường cong không - thời gian

Đại học Cornell tuyên bố đã tìm được cách mô phỏng đường cong không - thời gian bằng các thiết bị trong phòng thí nghiệm. Theo đó, khi đặt một nguyên tử siêu lạnh trong lưới laser kết hợp với đảm bảo tuân thủ các định luật cơ học lượng tử và nhiệt động lực học, nguyên tử đó sẽ có trạng thái giống như đang ở trên đường cong không - thời gian.

Phương pháp trên chẳng những cho phép nghiên cứu cơ học lượng tử một cách trực quan, mà còn giúp giấc mơ chế tạo phi thuyền không gian nhanh hơn tốc độ ánh sáng hoặc thậm chí là cỗ máy thời gian tiến gần với hiện thực hơn.

Một cách đề khám phá mối liên hệ giữa cơ chế lượng tử và thuyết tương đối rộng là quan sát đường cong không thời - gian dưới quy mô cực nhỏ. Tuy nhiên, đường cong - không thời gian chỉ xảy ra trong những điều kiện hết sức khắc nhiệt như ở rìa của lỗ đen hoặc trong thời khắc ngay sau vụ nổ Big Bang. Đây là rào cản lớn nhất khiến thuyết lượng tử chủ yếu chỉ tồn tại trên lý thuyết và các nhà nghiên cứu chưa thể tiến hành các thí nghiệm thực chứng. Tuy nhiên, Nikodem Szpak, tiến sĩ vật lý tại Đại học Cornell tuyên bố đã tìm được cách mô phỏng dường cong không - thời gian ngay trong một phòng thí nghiệm lượng tử bình thường.

Thay đổi thông số mạng lưới quang học, làm thay đổi các tham số toán học, từ đó mô phỏng được hoạt động của đường cong không - thời gian​

Ý tưởng dựa trên một mạng lưới quang học tạo ra từ các cặp laser tia laser đan xen vào nhau. Khi một nguyên tử siêu lạnh được thả vào trong mạng lưới này, nó sẽ bị mắc kẹt lại tương tự như một quả bóng bàn được thả vào trong hộp đựng trứng vậy. Về cơ bản, kỹ thuật đặt bẫy quang học này khá phổ biến tại các phòng thí nghiệm lượng tử trên thế giới. Tuy nhiên, khi nguyên tử đang trong trạng thái siêu lạnh, nó sẽ đứng tại một vị trí cố định mà sẽ "chui đường hầm" đi từ nơi này đến nơi khác. "Đường hầm" này là một hình thức chuyển động xuyên qua mạng lưới và có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi thông số của các tia laser để khiến nó khó đi hợc dễ đi hơn.

Cách tạo ra đường cong của tiến sĩ Szpak cũng tương tự như vậy, nhưng dưới kích thước lớn hơn. Khi đó, "chuyển động đường hầm" của nguyên tử sẽ được quy đổi bằng các công thức toán học sang chuyển động trong không thời gian phẳng. Nói cách khác, chúng ta hoàn toàn có thể mô phỏng đường cong không - thời gian trong phòng thí nghiệm bằng cách thay đổi các thông số laser của mạng quang học. Cụ thể, các thông số của tia laser sẽ được thay đổi theo thời gian nhằm mô phỏng sự biến thiên của sóng hấp dẫn.

Việc mô phỏng thành công đường cong không thời gian trong phòng thí nghiệm được xem như một bước tiến lớn trong vật lý lượng tử, cho phép các nhà nghiên cứu lần đầu tiên khảo sát các định luật lượng tử trong điều kiện thông thường. Dù vậy, phương pháp trên cần phải được tiếp tục phát triển và kiểm chứng trong tương lai. Thử thách được đặt ra chính là đưa nhiệt độ của nguyên tử về độ không tuyệt đối. Nếu thành công, phương pháp trên còn giúp con người hiểu được các nguyên lý lượng tử của vũ trụ một cách trực quan thay vì bằng các giả thuyết như từ trước đến nay.

Tiêu đề đã được khoahoc.tv đổi lại.

Từ khóa liên quan:

đường cong không-thời gian

mô phỏng đường cong không-thời gian

nghiên cứu cơ học lượng tử

thay đổi các thông số laser

mạng quang học

Nikodem Szpak