Thứ Tư, Tháng 8 13, 2025
spot_img

MIT dùng 10.000 nguyên tử siêu lạnh, giải quyết cuộc tranh cãi ‘thế kỷ’ giữa Einstein và Bohr về bản chất ánh sáng!


Từ lâu, các nhà khoa học đã vật lộn với một câu hỏi cơ bản: Ánh sáng thực chất là gì? Liệu đó có phải là một con sóng chảy như gợn sóng trên mặt nước, hay nó được tạo thành từ những hạt nhỏ di chuyển trong không gian như những viên bi siêu nhỏ? Câu hỏi cơ bản này nằm ở trung tâm của thí nghiệm khe đôi, thí nghiệm đã tiết lộ bản chất kép của ánh sáng và trở thành nền tảng của cơ học lượng tử.

Tại Hội nghị Solvay 1927, Einstein và Bohr công khai tranh luận về các vấn đề cơ bản của cơ học lượng tử, đặc biệt là về tính chất sóng-hạt và nguyên lý bất định (Ảnh: Sohu).

Bản chất kép của ánh sáng: Câu đố làm đau đầu Einstein và Bohr

Thí nghiệm khe đôi, lần đầu tiên được Thomas Young chứng minh vào năm 1801, đã phát triển thành một khái niệm cốt lõi trong cơ học lượng tử. Nó chứng minh rằng ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt cùng một lúc.

Ban đầu, các thí nghiệm cho thấy khi ánh sáng đi qua hai khe hở, nó tạo ra một mô hình giao thoa (các vân sáng và tối xen kẽ) hoạt động giống như sóng. Tuy nhiên, nếu các nhà khoa học cố gắng quan sát khe hở mà ánh sáng thực sự đi qua, thì hiện tượng giao thoa sẽ biến mất, và ánh sáng đột nhiên hoạt động như một hạt.

Hiện tượng khó hiểu này làm nổi bật nguyên lý cốt lõi của cơ học lượng tử: ánh sáng tồn tại đồng thời ở dạng hạt và dạng sóng, nhưng bạn chỉ có thể quan sát một trong hai tính chất này tại một thời điểm. “Tính chất sóng-hạt” có vẻ mâu thuẫn này từng làm đau đầu những người tiên phong trong lĩnh vực lượng tử.

Xem thêm  Homo Martianus: Liệu con người có thể tiến hóa thành một loài mới trên Sao Hỏa?

Câu đố lượng tử này cuối cùng đã dẫn đến cuộc tranh luận nổi tiếng giữa Einstein và Bohr vào năm 1927. Einstein tin rằng ông có thể thiết kế một thí nghiệm cho phép ông quan sát cả đường đi của hạt ánh sáng và sự giao thoa của sóng ánh sáng.

Ngược lại, Bohr đã sử dụng nguyên lý bất định để lập luận rằng bất kỳ nỗ lực nào nhằm đo đường đi của một photon (hạt ánh sáng) chắc chắn sẽ làm nhiễu nó, do đó phá hủy mô hình giao thoa. Trong nhiều thập kỷ, nhiều phiên bản của thí nghiệm khe đôi đã được thực hiện, và tất cả đều xác nhận quan điểm của Bohr.

MIT dùng 10.000 nguyên tử siêu lạnh, giải quyết cuộc tranh cãi ‘thế kỷ’ giữa Einstein và Bohr về bản chất ánh sáng!- Ảnh 2.

Tùy thuộc vào hoàn cảnh, ánh sáng có thể được mô tả như một sóng hoặc một chùm các hạt photon (Ảnh: NBC News).

MIT và thí nghiệm “lý tưởng” ở cấp độ nguyên tử

Nhưng hiện nay, các nhà vật lý MIT dưới sự dẫn đầu của giáo sư Wolfgang Ketterle đã hoàn thiện phiên bản “lý tưởng” nhất từ trước đến nay của thí nghiệm khe đôi, đưa nó lên đến lõi lượng tử. Thay vì sử dụng một khe hở vật lý, họ đã sử dụng một nguyên tử siêu lạnh duy nhất để đóng vai trò là “khe hở”.

Nhóm nghiên cứu đã làm lạnh hơn 10.000 nguyên tử xuống gần độ không tuyệt đối (khoảng -273 độ C) và sử dụng tia laser để sắp xếp chúng thành cấu trúc mạng tinh thể chính xác. Trong cấu trúc này, mỗi nguyên tử thực sự trở thành một khe hở giống hệt nhau và cô lập. Sau đó, họ chiếu một chùm sáng rất yếu, đảm bảo rằng “mỗi nguyên tử chỉ tán xạ tối đa một photon”.

Xem thêm  Những phát minh, sáng chế nổi tiếng của người Việt khiến thế giới khâm phục

Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng thiết bị của họ, sử dụng các nguyên tử riêng lẻ được sắp xếp chính xác, có thể hoạt động như một thí nghiệm khe đôi thu nhỏ. Bằng cách chiếu một chùm ánh sáng yếu vào các nguyên tử này, họ có thể nghiên cứu cách một photon đơn lẻ tương tác với hai nguyên tử lân cận, từ đó tiết lộ liệu ánh sáng có hoạt động giống sóng hay hạt. “Những gì chúng tôi đã làm có thể được coi là một biến thể mới của thí nghiệm khe đôi”, giáo sư Ketterle nói. “Những nguyên tử riêng lẻ này giống như những khe hở nhỏ nhất mà bạn có thể tạo ra”.

MIT dùng 10.000 nguyên tử siêu lạnh, giải quyết cuộc tranh cãi ‘thế kỷ’ giữa Einstein và Bohr về bản chất ánh sáng!- Ảnh 3.

Cuộc tranh luận kéo dài 98 năm giữa hai bộ óc vĩ đại nhất thế kỷ 20, Albert Einstein và Niels Bohr, về bản chất thực sự của ánh sáng đã được hóa giải theo một cách mà ít ai ngờ tới (Ảnh: MIT).

Kết luận “bùng nổ”: Bohr đã đúng, Einstein đã sai trong trường hợp này!

Nhóm nghiên cứu có thể điều chỉnh chính xác độ mờ của các “khe hở” nguyên tử này bằng cách điều chỉnh các chùm tia laser giữ nguyên tử tại chỗ. Độ mờ của các nguyên tử này ảnh hưởng đến lượng thông tin có thể thu được về đường đi của photon.

Kết quả của họ hoàn toàn phù hợp với thuyết lượng tử và rõ ràng ủng hộ quan điểm của Bohr. Họ tìm thấy một mối quan hệ rõ ràng: họ xác định đường đi của photon càng chính xác (xác nhận hành vi hạt của nó) thì mô hình giao thoa dạng sóng càng mờ dần.

Các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng mỗi lần nguyên tử bị một photon đi qua đẩy nhẹ, mô hình giao thoa sóng lại yếu đi. Điều này xác nhận rằng hành động thu thập thông tin về đường đi của photon đã tự động xóa bỏ các đặc tính sóng của nó.

Xem thêm  Hãng YKK "tái phát minh" khóa kéo bằng cách lắp thêm động cơ cho nó

Những phát hiện này đã chứng minh một cách thuyết phục rằng Einstein đã sai trong tình huống lượng tử cụ thể này, khẳng định lại bản chất kỳ lạ và phản trực giác của thực tại lượng tử. Cuộc tranh luận kéo dài gần một thế kỷ cuối cùng đã có lời giải đáp rõ ràng.

Kết quả nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Physical Review Letters , không chỉ là một chiến thắng của vật lý thực nghiệm mà còn là một minh chứng hùng hồn cho sự kỳ diệu và phức tạp của thế giới lượng tử, nơi những quy luật thông thường của chúng ta không còn áp dụng.



Nguồn Genk

Bài viết liên quan

Stay Connected

21,683Thành viênThích
2,707Người theo dõiTheo dõi
0Người theo dõiĐăng Ký
- Advertisement -spot_img

Bài Viết Mới