Cỗ máy thời gian lượng tử

Chia sẻ: ADMIN AN GIANG | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

132
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngồi nới về sự du hành thời gian trong một căn phongwf trông ra một khoảnh sân xinh tươi tại viện công nghệ Massachuserrs nghe có vẻ hơi lại tai

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Cỗ máy thời gian lượng tử

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