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. . 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. 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. 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