Câu trả lời cho Cuộc tranh luận Einstein-Bohr từ một nghiên cứu ở ĐH Duy Tân

Tạp chí Physica Scripta, tập 96 (2021) 125101 (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển chủ trì và Tập đoàn IOP publisher xuất bản) vào ngày 12.8.2021 đã công bố một nghiên cứu khoa học rất đáng quan tâm.

Đó là nghiên cứu của tác giả Võ Văn Thuận – nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Lý thuyết và Ứng dụng (ITAR), Đại học (ĐH) Duy Tân (Việt Nam) mang tên “Possible solution to the which-way problem by an asymmetric double slit experiment with monochromatical photons” – Lời giải khả thi cho vấn đề “đi đường nào” bằng thí nghiệm khe kép bất đối xứng với chùm photon đơn sắc. Ngay khi vừa xuất bản, bài báo đã được các nhà khoa học chú ý bởi các nghiên cứu về đề tài này có mối liên hệ trực tiếp với cuộc tranh luận nổi tiếng chưa có lời giải giữa 2 nhà khoa học là Albert Einstein và Niels Bohr, đại diện cho 2 quan điểm hoàn toàn trái ngược khi bàn về Thực tại Vật lý trong Cơ học Lượng tử, vốn đã kéo dài hơn 9 thập kỷ qua.

Công trình nghiên cứu của TS Võ Văn Thuận bắt đầu từ một thí nghiệm sử dụng khe kép bất đối xứng để ghi nhận phổ giao thoa chứng minh sự tồn tại của các hạt photon đã đi qua chỉ một trong 2 khe xác định.

Từ 1801, nhà khoa học Thomas Young đã lần đầu tiên thực hiện thí nghiệm Giao thoa Quang học (chùm photon) bằng khe kép đối xứng. Các thí nghiệm lặp lại sau này nhằm mục đích tìm hiểu tính đối ngẫu “sóng và hạt” theo thuyết lượng tử. Tuy nhiên, khi cả 2 khe đều mở thì xuất hiện phổ giao thoa cho phép xác định tính sóng, nhưng lại không thể biết được là thực thể lượng tử có từng là dạng hạt không? Và nếu đúng là dạng hạt thì cũng không có cách nào xác định được nó đã đi qua khe nào trước khi tham gia vào hiện tượng giao thoa. Năm 2019, một thí nghiệm mới nhất giao thoa khe kép đối xứng cũng được lặp lại với chùm điện tử, nhưng cũng không tìm ra được cách nào có thể đánh dấu, để chỉ ra hạt điện tử đã đi qua khe nào mà không cần tác động vào hạt. Năm 2018, các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản đã thực hiện một thí nghiệm với chùm điện tử dùng khe kép bất đối xứng (một khe rộng hơn và một khe hẹp hơn), quan sát ở khoảng cách gần, người ta đã tách biệt được 2 dải phổ giao thoa dài ngắn khác nhau, tương ứng với các điện tử đã đi riêng rẽ qua một trong hai khe. Tuy nhiên, kết quả đạt được mới ở mức định tính, vì ngoài phân biệt chiều dài toàn phổ khác nhau, người ta chưa thể tách riêng được các hạt điện tử vốn đã đi qua khe rộng hoặc chỉ đi qua khe hẹp.

Điểm khác biệt và cũng chính là yếu tố quyết định thành công trong nghiên cứu tìm ra hạt photon đi qua khe nào của TS Võ Văn Thuận chính là khi ông lựa chọn sử dụng khe kép bất đối xứng và quan sát phổ giao thoa ở khoảng cách khá xa, từ đó có thể thấy 2 phổ giao thoa có độ dài và ngắn trùm lên nhau ở vùng trung tâm, với các vạch giao thoa trùng khít nhau. Tại 2 vị trí cực tiểu đặc biệt của dải phổ hẹp (ứng với khe rộng) – nơi vạch giao thoa của nó phải bị triệt tiêu lại có một vạch giao thoa khác chỉ có thể là thuộc về phổ rộng hơn (ứng với khe hẹp) xuất hiện. Điều này có thể kết luận chắc chắn rằng vạch giao thoa đặc biệt đó phải do các hạt photon đi qua khe hẹp tạo nên. Như vậy, bài toán “đi đường nào” đã có lời giải.

Kết quả này hoàn toàn phù hợp với quan điểm của A. Einstein khi cho rằng điện tử (cũng như photon) tồn tại như một bản thể (hạt) ngay cả trước khi cần đến máy đo, tức là hạt vận động tự do trong không gian – thời gian và không tương tác với người đo. Quan điểm này hoàn toàn trái ngược với N. Bohr khi ông cho rằng điện tử chỉ được xác định là một hạt với các đặc tính riêng sau khi người ta đã ghi đo được xác suất (hàm sóng) của nó. Trước thời điểm ghi đo, không ai biết điện tử có định hình là gì, là hạt hay là sóng. Nói cách khác, N. Bohr cho rằng: Trong vi mô, không có thực tại vật lý độc lập khách quan, mà chỉ có thể nói về một thực tại vật lý của một thực thể sau khi con người quan sát nó, tác động vào nó. Ngay trong Hội nghị Solvay lần thứ 5 được tổ chức vào năm 1927 nhằm thông qua chủ đề “Điện tử và Photon” nhấn mạnh hai đối tượng vật chất vi mô có biểu hiện rõ ràng nhất các tính chất lượng tử, hai nhà khoa học A. Einstein và N. Bohr đã trực diện tranh luận khi bàn về lưỡng tính sóng-hạt trong Cơ học Lượng tử.

TS Võ Văn Thuận cho biết: “Cách đây 40 năm, trong một khóa luận triết học về Bản chất của tính xác suất lượng tử trước khi bảo vệ Luận án Tiến sĩ ở Trung tâm Liên hợp Nghiên cứu Hạt nhân Quốc tế Dubna, Moskva, Liên Xô, tôi đã suy nghĩ về vấn đề Thực tại Vật lý trong Cơ học Lượng tử. Tới năm 2015, tôi đã quyết định đi sâu nghiên cứu vấn đề này. Hơn 5 năm qua, tôi đã đăng tải một bài báo trên tạp chí ISI, 4 bài đăng trên tạp chí quốc gia, 5 báo cáo thuyết trình hội nghị và hội thảo quốc tế về vấn đề này. Tuy nhiên, đó đều là các nghiên cứu lý thuyết. Bài báo ‘Possible solution to the which-way problem by an asymmetric double slit experiment with monochromatical photons’ chính là nghiên cứu thực nghiệm đầu tiên.

Một phát hiện thực nghiệm mới dù có rõ ràng đến mấy vẫn được cộng đồng khoa học ‘mổ xẻ’ cho đến khi được công nhận với một cách giải nghĩa duy nhất. Việc kiểm tra lại hoặc kiểm tra chéo được thực hiện chặt chẽ và thận trọng sẽ làm cho công trình nghiên cứu thêm đảm bảo với độ tin cậy cao. Đó là chưa kể đến vấn đề này vẫn đang nằm trong cuộc tranh luận rất lớn giữa 2 trường phái khoa học với nhận định trái ngược nhau. Hiện tại, tôi tiếp tục hợp tác với các đồng nghiệp tại Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam sử dụng phần mềm chuẩn do IAEA cung cấp để biến đổi các ảnh phổ phẳng 2D thành phân bố phổ cường độ laser. Nhờ vậy chúng tôi đã hoàn thành một nghiên cứu tiếp theo, thu được những kết quả mới tốt hơn, nhằm mục đích thẩm định và khẳng định kết quả thực nghiệm trong bài đã đăng. Nghiên cứu mới này cũng vừa được gửi đăng trên tạp chí quốc tế”.

Tìm ra lời giải của Thực tại Vật lý trong Cơ học Lượng tử hay cụ thể là hạt điện tử hoặc photon có tồn tại tự thân trong không gian hay chỉ được xác định có các đặc tính riêng sau khi người ta đã ghi đo được xác suất (hàm sóng) của nó có ý nghĩa rất quan trọng. Nó là chìa khóa mở ra cánh cửa đã bị đóng chặt hơn 90 năm qua. Sau cánh cửa đó sẽ là con đường dẫn tới một học thuyết lượng tử đầy đủ, có thể diễn giải được Thực tại Vật lý khách quan trong thế giới vi mô, phù hợp với những quan sát thực nghiệm. Bài báo vừa đăng là phát hiện đầu tiên về một hiện tượng thực nghiệm “bóc tách” được các photon theo đường đi của chúng, chứng minh trực diện lời giải bài toán kinh điển “đi đường nào” vốn luôn làm “đau đầu” các nhà khoa học khắp thế giới.

Đại học Duy Tân

Nguồn: https://thanhnien.vn