Tại sao chúng ta không thể ở hai nơi đồng thời? Câu trả lời đơn giản là vì những vật thể lớn dường như không tuân theo các định luật kì lạ của cơ học lượng tử chi phối các hạt hạ nguyên tử. Nhưng tại sao lại không – và các vật lớn cỡ bao nhiêu thì vật lí lượng tử không còn áp dụng được nữa? Các gợn sóng không-thời gian có thể đang giữ lấy câu trả lời.
Giữ sự tách biệt giữa lượng tử và cổ điển
Ranh giới giữa thế giới cổ điển và thế giới lượng tử vẫn là một bí ẩn tồn tại lâu nay. Một quan điểm cho rằng mọi thứ bắt đầu dưới dạng một hệ lượng tử, tồn tại trong sự chồng chất của các trạng thái. Sự chồng chất này sẽ làm cho một vật có khả năng, chẳng hạn, ở nhiều nơi cùng một lúc. Nhưng khi hệ này tương tác với môi trường của nó, thì nó co lại thành một trạng thái cổ điển – một hiện tượng gọi là sự tách kết hợp lượng tử.
Brahim Lamine thuộc trường Đại học Pierre và Marie Curie ở Paris, Pháp, và cộng sự nói rằng sóng hấp dẫn có thể là nguyên nhân cho hiện tượng này. Những gợn sóng trong kết cấu rất cơ bản của vũ trụ này phát sinh bởi sự giãn nở nhanh chóng của nó không bao lâu sau vụ nổ lớn, cũng như bởi những sự kiện thiên văn dữ dội ví dụ như các lỗ đen va chạm. Hệ quả là một phông nền gợn sóng ở biên độ rất thấp tỏa khắp không-thời gian.
Lamine và các cộng sự đã tính ra không-thời gian thăng giáng này có thể góp phần như thế nào cho sự tách kết hợp lượng tử. Họ nhận thấy đối với những hệ với khối lượng rất lớn, ví dụ như mặt trăng, sự tách kết hợp gây ra bởi sóng hấp dẫn sẽ làm cho mọi sự chồng chất bất kì tiêu tán ngay tức thì. Ở đầu kia của quy mô độ lớn, những gợn sóng ấy sẽ có tác động không đáng kể lên các photon không khối lượng.
Để kiểm tra xem sóng hấp dẫn thật sự có gây ra sự tách kết hợp trông thấy ở những vật thể lớn hay không, các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng một cơ cấu gọi là giao thoa kế sóng vật chất trong đó các phân tử được cho đi qua những cách tử bội. Bản chất giống sóng của các phân tử làm cho chúng nhiễu xạ, và các sóng nhiễu xạ tương tác gây ra một hệ vân giao thoa. Sự tách kết hợp lượng tử làm hỏng vân giao thoa này, cho nên trên nguyên tắc, hiện tượng này có thể man lại một phép kiểm tra xem tác động tách kết hợp của các thăng giáng không-thời gian nền có phù hợp với tiên đoán hay không. Một hệ như vậy sẽ phải tách li hoàn toàn để loại trừ những tác động khác.
Tuy nhiên, trong thực tế điều này là không thể - ít nhất là với các giao thoa kế ngày nay. Các thí nghiệm tiên phong bởi Anton Zeilinger, Markus Arndt và các cộng sự tại
Theo Lamine, người đã trình bày nghiên cứu của ông hồi tháng rồi tại cuộc họp Sự hấp dẫn và vật lí cơ bản về không gian học tại Les Houches ở Alps thuộc Pháp, tác động trên sẽ có thể đo được trong những hệ lớn hơn ở năng lượng cao. Các chùm siêu âm của khoảng 3000 nguyên tử cacbon sẽ thực hiện công việc ấy nếu được làm cho giao thoa trên diện tích hiệu dụng khoảng 1 mét vuông. Yêu cầu này nằm ngoài tầm với các những công nghệ có thể dự báo trước.
Tuy nhiên, một số lí thuyết có tính suy đoán tiên đoán rằng sự tách kết hợp lượng tử đó sẽ xảy ra ở cấp độ năng lượng thấp hơn so với Lamine đề xuất. Nếu như vậy, thì yêu cầu này có thể nằm trong tầm với thực nghiệm. “Đó là nguyên do vì sao các thí nghiệm của chúng tôi đang từng bước đẩy khối lượng giao thoa đến giới hạn”, Arndt nói.