Họ biết là nó đúng, nhưng nay họ mới chứng minh được: Các nhà khoa học đã chứng minh được rằng nguyên lí bất định, một trong những quy tắc cơ bản nhất của vật lí lượng tử, có tác dụng với những vật vĩ mô có thể nhìn thấy bằng mắt trần.
Nguyên lí bất định được mô tả bởi nhà vật lí Werner Heisenberg cách nay gần một thế kỉ. Nó phát biểu rằng tác dụng đo vị trí của một hạt, một electron chẳng hạn, chắc chắn làm nhiễu xung lượng của nó. Điều đó có nghĩa là bạn càng muốn đo vị trí của nó chính xác bao nhiêu, thì bạn biết ít bấy nhiêu về sự chuyển động nhanh chậm của nó, và ngược lại.
Trong khi trên lí thuyết nguyên lí này có tác dụng đối với mọi vật, nhưng trên thực tế người ta cho rằng những ảnh hưởng của nó chỉ có thể đo được trong thế giới vi mô trong đó các quy tắc của cơ học lượng tử là quan trọng. Trong một thí nghiệm mới, mô tả trên số ra ngày 15/2 của tạp chí Science, các nhà vật lí đã chứng minh rằng các hiệu ứng của nguyên lí bất định có thể phát hiện ra ở một cái trống nhỏ xíu có thể nhìn thấy bằng mắt trần.
Các nhà khoa học đã phát hiện ra nguyên lí bất định trong các phép đo một cái trống nhỏ xíu kích cỡ chừng 0,5 mm, đủ to để nhìn thấy bằng mắt trần. Ảnh: Tom Purd
Thế giới vi mô
Nguyên lí bất định xây dựng trên mức độ gây nhiễu của một tác dụng đo bất kì. Chẳng hạn, nếu sử dụng một photon, hay hạt ánh sáng, từ một kính hiển vi để quan sát một electron, thì photon đó sẽ tán xạ trên hạt electron đó và làm nhiễu xung lượng của nó, theo lời đồng tác giả của bài báo, Tom Purdy, một nhà vật lí tại trường Đại học Colorado và NIST.
Nhưng vật càng lớn thì ảnh hưởng của một photon tán xạ đối với xung lượng của nó càng nhỏ, khiến cho nguyên lí bất định càng ít liên quan hơn đối với những vật lớn.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, các nhà vật lí đã và đang đẩy lùi các hạn chế đối với kích cỡ mà nguyên lí bất định xuất hiện. Cho đến cuối cùng, Purdy và các đồng sự của ông đã tạo ra một cái trống rộng 0,5 mm bằng silicon nitride, một chất liệu ceramic dùng trong chế tạo phi thuyền vũ trụ, căng chặt trên một giàn khung silicon.
Cái trống nhỏ xíu được đặt giữa hai cái gương và được rọi ánh sáng laser, và sự rung của hai cái gương cho biết nguyên lí bất định đang hoạt động. Ảnh: Tom Purdy
Sau đó, họ đặt cái trống giữa hai cái gương, và chiếu ánh sáng laser lên nó. Về cơ bản, cái trống được đo khi các photon tán xạ khỏi cái trống và làm lệch hai cái gương đi một chút, và việc tăng số lượng photon làm tăng độ chính xác của phép đo. Nhưng có nhiều photon hơn thì gây ra sự thăng giáng lớn hơn có thể làm cho hai cái gương rung dữ dội, làm hạn chế độ chính xác của phép đo. Chuyển động rung thêm đó là bằng chứng của nguyên lí bất định đang hoạt động. Toàn bộ cơ cấu được giữ ở nhiệt độ cực lạnh để ngăn các thăng giáng nhiệt làm hỏng mất hiệu ứng lượng tử này.
Những kết quả trên có thể có những gợi ý cho những ai săn tìm sóng hấp dẫn được tiên đoán bởi thuyết tương đối rộng Einstein. Trong vài năm tới, Đài thiên văn Giao thoa kế Laser Sóng hấp dẫn (LIGO), gồm hai đài thiên văn ở Louisiana và Washington, Mĩ, sẽ sử dụng những bộ cảm biến nhỏ xíu để đo sóng hấp dẫn xuất hiện trong không-thời gian, và nguyên lí bất định có thể làm hạn chế các khả năng đo của LIGO.
Các kết quả thí nghiệm mới lạ ở chỗ chúng cho thấy cả cơ học cổ điển và cơ học lượng tử cùng hoạt động ở một thang cỡ như nhau. Nhà vật lí lí thuyết Saurya Das tại trường Đại học Lethbridge ở Canada cho biết, “Nửa millimet là giống với cái gì đó chúng ta thật sự có thể giữ trong tay mình. Rõ ràng cơ học cổ điển được áp dụng, nhưng họ còn làm cho cơ học lượng tử có liên quan ở kích cỡ đó.” Theo Das, đây là một thành tựu kĩ thuật, và nó còn hết sức ấn tượng nữa.
“Ở thang cỡ đó, thậm chí 10 năm trước đây người ta nghĩ rằng không cần làm thí nghiệm này, bởi vì bạn sẽ không nhìn thấy cái gì hết,” Das nói.
Nguồn: LiveScience
