Các nhà vật lý vừa flex một màn "comeback" cực gắt: chứng minh luôn một dự đoán từ 100 năm trước của thuyết tương đối! Cụ thể là họ đã chỉ ra nguyên lý tương đương của Einstein vẫn valid phết ở quy mô lượng tử đó nha
Theo nghiên cứu được đăng ngày 2/9 trên tạp chí Science Advances, lần đầu tiên trong lịch sử, team khoa học đã đo được sự thay đổi pha lượng tử của một vật thể khi nó... rơi trong trường hấp dẫn của Trái Đất. Nghe có vẻ sci-fi nhưng nó real lắm đó!
Hiện tượng này được Charles Galton Darwin (cháu trai của ông Charles Darwin nổi tiếng) và Earle Kennard mô tả từ tận năm 1927 rồi. Nhưng mà gần cả thế kỷ qua, giới khoa học cứ "fail" mãi không đo được trực tiếp nó
Nguyên lý tương đương là gì mà xịn vậy?
Thí nghiệm này dựa trên nguyên lý tương đương của Einstein – một trong những nền tảng cốt lõi của thuyết tương đối rộng. Nói đơn giản thì: ở một khu vực đủ nhỏ, bạn không thể phân biệt được tác động của trọng lực với tác động của gia tốc.
Einstein từng giải thích bằng một ví dụ dễ hiểu: tưởng tượng bạn đứng trong một thang máy kín. Bạn sẽ không biết mình đang đứng yên trên Trái Đất hay cái thang máy đang bay vù vù trong không gian đâu nhé! Einstein thậm chí còn gọi phát hiện này là "ý tưởng hạnh phúc nhất" trong đời mình luôn
Nguyên lý này đã được kiểm chứng với độ chính xác siêu cao ở các vật thể thông thường. Nhưng mà kiểm tra nó trong thế giới lượng tử thì... ối dồi ôi, khó xỉu á!
Thí nghiệm "xịn sò" như thế nào?
Nhóm nghiên cứu do nhà vật lý Ron Folman tại Đại học Ben-Gurion ở Negev, Israel dẫn đầu đã làm một màn "cực đỉnh": làm lạnh khoảng 20.000 nguyên tử rubidium đến nhiệt độ siêu thấp (lạnh xỉu luôn á ). Các nguyên tử này được đưa vào trạng thái chồng chập lượng tử – hiểu nôm na là cùng một nguyên tử nhưng lại ở hai trạng thái chuyển động khác nhau cùng lúc (mind-blowing phải không nào!).
Một phần được thả rơi tự do theo trọng lực. Phần còn lại thì được giữ gần như đứng yên bằng lực từ trường – được điều chỉnh cực kỳ tinh vi để triệt tiêu chính xác tác động của trọng lực.
Ở điểm xa nhất, hai trạng thái của cùng một nguyên tử cách nhau khoảng 7,5 micromet (tí tẹo thôi nhưng mà với quy mô lượng tử thì đã là "xa lắc" rồi ). Sau đó, các nhà khoa học đưa chúng quay về và cho giao thoa với nhau.
Trong cơ học lượng tử, hạt cũng có tính chất giống sóng nữa đó. Khi hai trạng thái được ghép lại, những khác biệt cực nhỏ tích lũy trong quá trình chuyển động sẽ xuất hiện qua hình ảnh giao thoa – giống như khi bạn tạo gợn sóng trên mặt nước ý!
Kết quả ra sao?
Các nhà khoa học tăng thời gian rơi tự do lên khoảng 2,4 mili giây. Trong 633 lần thực hiện thí nghiệm (tổng cộng 5,3 giờ – kiên nhẫn vãi chưởng ), họ ghi nhận được 13 dao động hoàn chỉnh.
Đỉnh cao là: sự thay đổi pha tăng theo lũy thừa ba của thời gian rơi – đúng như lý thuyết đưa ra từ năm 1927 luôn! Kết quả thực nghiệm match với mô hình lý thuyết với sai số chỉ khoảng 2,5% thôi (gần như perfect! ).
Nhà vật lý Vlatko Vedral tại Đại học Oxford, đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ rằng sự thay đổi pha được dự đoán gần 100 năm trước cuối cùng đã được quan sát lần đầu tiên rồi. Cảm giác như đợi "crush" nhắn tin suốt 100 năm vậy á
Vậy có xung đột giữa lực hấp dẫn và thế giới lượng tử không?
Kết quả này đáng chú ý vì hiện tượng có thể được tính toán theo hai cách khác nhau:
• Cách 1: Dùng cơ học lượng tử và xem trọng lực như một lực tác động lên sóng lượng tử
• Cách 2: Dựa trên nguyên lý tương đương của Einstein – khi chuyển sang hệ quy chiếu đang rơi tự do, tác động của trọng lực biến mất luôn
Plot twist là: cả hai cách đều cho ra cùng một kết quả!
Ông Vedral nói: "Ở mức độ chính xác này, không có xung đột giữa vật lý lượng tử và lực hấp dẫn. Nói cách khác, nguyên lý tương đương hoàn toàn phù hợp với cơ học lượng tử".
Tuy nhiên (luôn có cái "tuy nhiên" này ), các nhà nghiên cứu lưu ý kết quả chưa thể loại trừ mọi lý thuyết cho rằng nguyên lý tương đương có thể bị phá vỡ đâu nhé.
Tương lai sẽ như thế nào?
Nhóm nghiên cứu muốn tiếp tục thử nghiệm trong những điều kiện phức tạp hơn nữa. Xa hơn, kỹ thuật này có thể được mở rộng từ nguyên tử sang những vật thể nặng hơn như kim cương nano (fancy quá đi mất! ).
Nguồn: kenh14.vn
Theo nghiên cứu được đăng ngày 2/9 trên tạp chí Science Advances, lần đầu tiên trong lịch sử, team khoa học đã đo được sự thay đổi pha lượng tử của một vật thể khi nó... rơi trong trường hấp dẫn của Trái Đất. Nghe có vẻ sci-fi nhưng nó real lắm đó!
Hiện tượng này được Charles Galton Darwin (cháu trai của ông Charles Darwin nổi tiếng) và Earle Kennard mô tả từ tận năm 1927 rồi. Nhưng mà gần cả thế kỷ qua, giới khoa học cứ "fail" mãi không đo được trực tiếp nó
Nguyên lý tương đương là gì mà xịn vậy?
Thí nghiệm này dựa trên nguyên lý tương đương của Einstein – một trong những nền tảng cốt lõi của thuyết tương đối rộng. Nói đơn giản thì: ở một khu vực đủ nhỏ, bạn không thể phân biệt được tác động của trọng lực với tác động của gia tốc.
Einstein từng giải thích bằng một ví dụ dễ hiểu: tưởng tượng bạn đứng trong một thang máy kín. Bạn sẽ không biết mình đang đứng yên trên Trái Đất hay cái thang máy đang bay vù vù trong không gian đâu nhé! Einstein thậm chí còn gọi phát hiện này là "ý tưởng hạnh phúc nhất" trong đời mình luôn
Nguyên lý này đã được kiểm chứng với độ chính xác siêu cao ở các vật thể thông thường. Nhưng mà kiểm tra nó trong thế giới lượng tử thì... ối dồi ôi, khó xỉu á!
Thí nghiệm "xịn sò" như thế nào?
Nhóm nghiên cứu do nhà vật lý Ron Folman tại Đại học Ben-Gurion ở Negev, Israel dẫn đầu đã làm một màn "cực đỉnh": làm lạnh khoảng 20.000 nguyên tử rubidium đến nhiệt độ siêu thấp (lạnh xỉu luôn á ). Các nguyên tử này được đưa vào trạng thái chồng chập lượng tử – hiểu nôm na là cùng một nguyên tử nhưng lại ở hai trạng thái chuyển động khác nhau cùng lúc (mind-blowing phải không nào!).
Một phần được thả rơi tự do theo trọng lực. Phần còn lại thì được giữ gần như đứng yên bằng lực từ trường – được điều chỉnh cực kỳ tinh vi để triệt tiêu chính xác tác động của trọng lực.
Ở điểm xa nhất, hai trạng thái của cùng một nguyên tử cách nhau khoảng 7,5 micromet (tí tẹo thôi nhưng mà với quy mô lượng tử thì đã là "xa lắc" rồi ). Sau đó, các nhà khoa học đưa chúng quay về và cho giao thoa với nhau.
Trong cơ học lượng tử, hạt cũng có tính chất giống sóng nữa đó. Khi hai trạng thái được ghép lại, những khác biệt cực nhỏ tích lũy trong quá trình chuyển động sẽ xuất hiện qua hình ảnh giao thoa – giống như khi bạn tạo gợn sóng trên mặt nước ý!
Kết quả ra sao?
Các nhà khoa học tăng thời gian rơi tự do lên khoảng 2,4 mili giây. Trong 633 lần thực hiện thí nghiệm (tổng cộng 5,3 giờ – kiên nhẫn vãi chưởng ), họ ghi nhận được 13 dao động hoàn chỉnh.
Đỉnh cao là: sự thay đổi pha tăng theo lũy thừa ba của thời gian rơi – đúng như lý thuyết đưa ra từ năm 1927 luôn! Kết quả thực nghiệm match với mô hình lý thuyết với sai số chỉ khoảng 2,5% thôi (gần như perfect! ).
Nhà vật lý Vlatko Vedral tại Đại học Oxford, đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ rằng sự thay đổi pha được dự đoán gần 100 năm trước cuối cùng đã được quan sát lần đầu tiên rồi. Cảm giác như đợi "crush" nhắn tin suốt 100 năm vậy á
Vậy có xung đột giữa lực hấp dẫn và thế giới lượng tử không?
Kết quả này đáng chú ý vì hiện tượng có thể được tính toán theo hai cách khác nhau:
• Cách 1: Dùng cơ học lượng tử và xem trọng lực như một lực tác động lên sóng lượng tử
• Cách 2: Dựa trên nguyên lý tương đương của Einstein – khi chuyển sang hệ quy chiếu đang rơi tự do, tác động của trọng lực biến mất luôn
Plot twist là: cả hai cách đều cho ra cùng một kết quả!
Ông Vedral nói: "Ở mức độ chính xác này, không có xung đột giữa vật lý lượng tử và lực hấp dẫn. Nói cách khác, nguyên lý tương đương hoàn toàn phù hợp với cơ học lượng tử".
Tuy nhiên (luôn có cái "tuy nhiên" này ), các nhà nghiên cứu lưu ý kết quả chưa thể loại trừ mọi lý thuyết cho rằng nguyên lý tương đương có thể bị phá vỡ đâu nhé.
Tương lai sẽ như thế nào?
Nhóm nghiên cứu muốn tiếp tục thử nghiệm trong những điều kiện phức tạp hơn nữa. Xa hơn, kỹ thuật này có thể được mở rộng từ nguyên tử sang những vật thể nặng hơn như kim cương nano (fancy quá đi mất! ).
Nguồn: kenh14.vn