Thế giới lượng tử kì bí: Hiệu ứng Aharonov-Bohm pptx

Thế giới lượngtử kì bí: Hiệu
ứng Aharonov-Bohm
Đây làmột thídụ đẹp của sự vô lí lượngtử. Lấy một namchâm hình vành
khănvà bọc mộttấm chắn kimloạixung quanhrìa bên trong của nó sao chokhông
có từ trường nào có thể rò rỉ qua lỗ trống ở giữa. Rồi bắn một electronvàolỗ trống
đó.
Không có từ trường nào trong lỗ, nên electron sẽ hoạt độngnhư thể không
có từ trường, đúnghaykhông? Sai.Sóng đi cùng vớichuyển động của electron chịu
một sự run lắc như thể có cáigì ở đó ở trong.
Bắt đầu với một namchâmhình vành khăn
Werner Ehrenberg và RaymondSidaylà những người đầu tiên lưu ý đến
hành vinày ẩn nấp trong phương trìnhSchrödinger. Đó là vào năm 1949, nhưng
kết quả của họ vẫn không đượcai chú ý tới. Mười năm sau, YakirAharonov và
David Bohm, làmviệc tạitrường đại học Bristolở Anh, đã phát hiện lại hiệuứng
trên và vì một số nguyêndo nào đó,tên tuổi củahọ đã gây sự chú ý.
Vậy thì cái gì đangdiễn ra?Hiệu ứngAharonov-Bohm làbằng chứng cho
thấycó nhiềuđiện trường và từ trường hơn người ta vẫn nghĩ. Bạn không thể tính
được cỡ của hiệu ứng trên một hạt bằng cách chỉ xét cáctínhchất của điện trường
và từ trường nơi hạt ở đó. Bạn còn phải tính đến các tínhchất nơi nó không cóở đó.
Nhằmtìm lời giải đáp, các nhà vật líquyết định khảo sátmột tính chất của từ
trường gọi là thế vec-tơ. Trong một thời gian dài, các thế vec-tơ chỉ được xemlà
những công cụ toán học thuận tiện – một dạng thể hiện nhanhcho các tínhchất
điện và từ không có bất kì tầmquan trọng thực tiễn nào. Nhưnghóa rachúng mô
tả cái gì đó thật sự rất thựctế.
Hiệu ứngAharonov-Bohm chứng tỏ rằngthế vec-tơ làm cho mộttrường
điện từ lớnhơn tổngcácthành phầncủa nó. Ngaycả khitrườngkhôngcómặt ở đó,
thì thế vec-tơ vẫn tác dụng một ảnhhưởng nào đó. Ảnh hưởng đó được nhìnthấy
rõ rànglần đầu tiên vào năm 1986 khi Akira Tonomura vàcác đồng nghiệp tại
phòngthí nghiệm Hitachi ở Tokyo, Nhật Bản, đo được mộtchuyển động run lắc
electronhết sứcma quái (Physical Review Letters, vol 48, tr.1443).
Mặcdù khác xa với những hiện tượnghàng ngày, nhưnghiệu ứng Aharonov-

Bohm có thể cónhững ứng dụngtrong thế giới thực – trong cácbộ cảmbiến từ,
chẳng hạn, hoặc những tụ điện nhạytrường và những bộ đệm lưu trữ dữ liệu cho
các máy tính xử lí ánh sáng.
Thế giới lượng tử kì bí: Tác dụng
ma quỷ từ xa
Erwin Schrödingergọi nó là “đặc điểmtiêu biểu”của thuyết lượng tử.
Einsteinthì không thể tin vàonó chút nào, ông nghĩ rằngnó chứngminh rằng
thuyết lượng tử thật sự là một thứ maquỷ.Đó là sự rối: ý tưởng cho rằng các hạt
có thể liên hệ với nhau theo kiểu saocho làm thay đổi trạngthái của mộthạt tức
thì ảnhhưởngđến hạt kia, cho dù chúng ở cách xa nhau hàng nămánh sáng.
Sự rối có một thách thức lớnđối với quanđiểmcủa chúng ta về thế giới.
(Ảnh: AllanBaxter /The ImageBank /Getty)
“Tác dụng ma quỷ xuyên khoảng cách” này, nói theolời Einstein,là một đòn
mạnhgiáng vàoquan niệmcủa chúng ta về sự hoạt động của thế giới. Năm 1964,
nhà vật lí John Bellthuộc Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN)ở Geneva,
Thụy Sĩ,đã giải quyết vấn đề đó một cách nghiêm túc. Ôngtính ra được một bất
đẳng thức toánhọc chứa mốitươngquan tối đa giữa các trạng thái của cáchạt
cách xa nhau trong những thí nghiệmtrong đó thỏa mãn bađiều kiện “hợp lí”: các
nhà thínghiệmcó quyềntự dothiết lập cái họ muốn; các tính chất hạt đang được
đo là cóthực và đã tồn tại trước,chứ không phải trongtíc tắc lúc tiến hành đo; và
khôngcó tác dụng nào truyền nhanh hơn tốc độ ánh sáng,giới hạn tốc độ trong vũ
trụ.
Như nhiều thí nghiệm kể từ đó cho thấy, cơ học lượng tử vi phạm bất đẳng
thức Bellmộtcách đều đặn,manglại nhữngmức độ tương quanmà trên đó không
biết cácđiều kiệncủa ôngcó cònđúng không. Điều đó đưa chúng ta vào một nan
đề triết học. Có phải chúngta khôngcó quyềntự doquyết định xem nên đo cái gì,
và đo như thế nào? Đó không phải là lựa chọn hàngđầu của bất kì ai. Cóphải các
tính chất của các hạt lượng tử là không cóthật – nghĩa là chẳngcó gì là có thật cả,
mà chỉ tồn tại như là một hệ quả của sự tri giác của chúng ta? Đó là câu hỏi có
nhiều người muốn trả lời hơn, nhưng nó khómang lại cho chúng ta thêmsự sáng

suốt.
Hay là thật sự có một tácdụng truyền đi nhanhhơn ánhsáng? Vinhdanh cho
đất nướcThụy Sĩ vốnnổi tiếngđịnh thời gian chínhxác, vào năm 2008,nhà vật lí
NicolasGisin và các đồng nghiệp của ôngtại trường đại học Genevađã chỉ ra rằng,
nếu thựctại vàsự tự do được giữ vững,thì tốcđộ truyền củacác trạngthái lượng
tử giữa các photonvướngvíu giữ ở hai nơi cáchxa nhau18 km là đâu đó chừng 10
triệulần tốc độ ánh sáng(Nature, vol454, p 861).
Cho dù câu trả lời thật sự là gì, thìnó sẽ thật kì lạ. Hãy chào đónthựctại
lượng tử.