——————-

Những phát triển trong vòng thập kỷ vừa qua của vật lý đang làm nổi bật hai tính chất quan trọng của thế giới khách quan. Đó là tính không định xứ (non locality) và không hiện hữu (non realism).

Quan điểm “không định xứ và không hiện hữu” là phù hợp với thực nghiệm và chống lại quan điểm “định xứ và hiện hữu”. Bài viết sau đây nhằm mục đích chia sẻ thông tin về vấn đề lý thú này.

Các danh từ định xứ (locality) và hiện hữu (realism) trong QM (Quantum Mechanics-Cơ học lượng tử) và GR (General Relativity – Lý thuyết tương đối rộng) có nội dung như sau.

Quan điểm “hiện hữu” khẳng định rằng khi chúng ta không quan sát thực tại thì thực tại vẫn hiện hữu. Quan điểm này trái ngược với quan điểm “không hiện hữu”: tại mức lượng tử “hạt” không có những tính chất nhất định cho đến khi chúng ta tiến hành các phép đo, điều này có nghĩa là các tính chất nhất định của hạt không hiện hữu trước khi chúng ta tiến hành các phép đo.

Quan điểm “định xứ” khẳng định rằng hai sự kiện cách xa nhau không thể ảnh hưởng lẫn nhau. Quan điểm này trái ngược với quan điểm “không định xứ” trong QM khẳng định rằng hai sự kiện cách xa nhau có thể ảnh hưởng lẫn nhau vì liên đới lượng tử – một mối liên thông toàn cục (global interconnectedness) và trong GR khẳng định rằng việc xác định tọa độ là không đơn trị.

Như chúng ta biết hai hạt liên đới lượng tử nếu hàm sóng của hai hạt đó không thể viết dưới dạng tích trực tiếp F1

   

F2 mà có dạng trộn lẫn, ví dụ | như F11 > = |01> – |10>. Trong đó | mn > chỉ rằng hình chiếu spin của hạt 1 bằng m còn hình chiếu spin của hạt 2 bằng n. 1

Từ đây xuất hiện một điều kỳ lạ, trị riêng đo được của hạt này lại phụ thuộc vào trị riêng đo được của hạt kia, cho dù rằng chúng được tách rời nhau đến vô cực! Người ta nói rằng hai hạt trên là liên đới lượng tử và gọi hai hạt đó là cặp EPR (theo chữ cái đầu tiên của tên các tác giả Einstein, Podolsky, Rosen). Einstein đã gọi hiện tượng này là một tác động ma lực ở khoảng cách (spooky action at a distance). Đây là một hiện tượng thuần tuý cơ học lượng tử. Hiện tượng này biểu hiện tính không định xứ của thế giới các hạt vi mô. Không định xứ như vậy có nghĩa là không xảy ra tại một nơi mà xảy ra ở một khoảng cách.

Alain Aspect đã thực hiện nhiều thí nghiệm trong năm 1982 tại Đại học Paris-Sud để chứng tỏ sự tồn tại của hiện tượng không định xứ. Các thí nghiệm đó đã được lặp lại nhiều lần và càng ngày càng hoàn thiện hơn. 

Hãy tưởng tượng bạn đang ngồi tại một chỗ trong địa hạt trường Đại học California. Chỗ bạn ngồi được xác định trong khuôn viên trường đại học, tọa độ trường đại học cũng được xác định. Hệ thống GPS trên mobile cũng xác định, lịch thời gian cũng xác định thời điểm bạn ngồi đó. Tưởng chừng như tọa độ không thời gian của bạn đã được rõ ràng. Song nhìn sâu vào vấn đề thì không phải như vậy. Khái niệm “ở đây” phải được làm rõ – Marolf đã phát biểu như vậy.

Để vấn đề được dễ hiểu, ta xét trước tiên mảng lục địa trên đó có California. Hiện tượng kiến tạo địa chất đã làm dịch chuyển mảng lục địa này vài inch/năm lên phía Bắc. Như vậy qua thời gian, vị trí Đại học California không còn như cũ.

Nếu vài năm sau bạn trở về chốn cũ trường xưa thì có thể bạn đã đến một tọa độ khác. Các công ty bản đồ phải chu kỳ tính toán các dịch chuyển địa tạo đó. Bạn có thể nghĩ rằng tọa độ của bạn có một ý nghĩa tuyệt đối đối với mạng không thời gian. Song không thời gian cũng không ổn định hơn các tầng kiến tạo địa chất. Khi một vật thể có khối lượng lớn chuyển động thì điều này ảnh hưởng đến continuum không thời gian và những biến động này được in dấu lại. Như vậy thậm chí mảng lục địa không chuyển động thì vị trí bạn ngồi cũng đã thay đổi.

Như ta biết cơ học Newton cho rằng hấp dẫn tác động từ xa. Sau đó Einstein xây dựng GR theo đó không còn tác động từ xa mà hấp dẫn lan truyền nhờ một hình học cong toàn cục. Như vậy ta thấy hình học trong GR giải thích được tác động tầm xa của thuyết Newton song ở đây phát sinh một khía cạnh mới (innovation): hấp dẫn làm cong không thời gian nhưng đồng thời làm mất khả năng xác định các vị trí (location) một cách định xứ nghĩa là một cách đơn trị. 

Chúng ta không thể xác định vị trí tuyệt đối của một nơi nào đó. Ta chỉ xác định nó qua vị trí tương đối của nó so với các vật thể chung quanh: và vị trí tương đối là một thực tại khách quan. Người sống ở đấy không nhận thấy được sự chuyển động của mảng lục địa. Nếu lần này chỗ gặp gỡ của hai người xảy ra tại điểm A thì lần sau cũng chỗ gặp gỡ ấy song lại xảy ra tại điểm B.

Kết quả đa trị (ambiguity) trong các phép đo vị trí là biểu hiện của tính không định xứ. Tình huống tương tự như ta đánh dấu một vị trí bằng cách cắm một cái cờ trên dòng sông đang chảy.

Một điểm trong hấp dẫn sẽ liên quan đến một điểm khác. Sự liên quan này làm cho các vị trí không có một đời sống hoàn toàn độc lập. Marolf phát biểu như sau: mọi lý thuyết hấp dẫn đều không định xứ.

Có thể nói tóm tắt lý thuyết GR của Einstein là không định xứ nhưng không theo kiểu không định xứ (tác động tầm xa trong một không gian tuyệt đối) như trong lý thuyết Newton. Nếu chú ý thêm khía cạnh lượng tử của hấp dẫn thì không thời gian luôn thăng giáng, điều này làm rung rinh cái giàn trên đó ta xây dựng vật lý. Nếu không có một không thời gian cố định, ta không thể mô tả vị trí một cách đơn trị được. Như vậy, các nhà khoa học đối diện với những đại lượng không định xứ phụ thuộc vào trị giá tại nhiều điểm cùng một lúc.

Quan điểm “định xứ “khẳng định rằng các sự kiện cách xa nhau trong không thời gian thì không có ảnh hưởng lẫn nhau (không có tác động lan truyền với tốc độ lớn hơn tốc độ ánh sáng). Quan điểm “không định xứ” khẳng định rằng điều nói trên là không đúng. Có một nguyên lý về liên thông toàn cảnh (holistic interconnectedness) hoạt động ở mức lượng tử và đối nghịch với các khẳng định của cơ học cổ điển (cơ học Newton).

Chú ý rằng không định xứ không có nghĩa là các tín hiệu có thể lan truyền nhanh hơn ánh sáng. Phải hiểu là ở một mức sâu của thực tại, tốc độ giới hạn của ánh sáng không còn thích hợp chỉ vì ta đối diện với hiện tượng tương quan tức thì (liên đới lượng tử ) bất kể khoảng cách. Đây có thể xem là một nguyên lý mới về không định xứ trong vật lý.

Kể từ khi Big Bang, sự tồn tại của tính không định xứ của các điểm dẫn đến một toàn cục (holism) vũ trụ sâu sắc. Nếu các vật vốn đã tương tác với các vật khác từ thời Big Bang vẫn bảo lưu mối liên thông giữa chúng với nhau thì mọi hạt trong mọi sao và thiên hà mà chúng ta biết đều liên thông với những hạt khác ở mọi nơi khác (Gribbin, 1984).

Và có thể chăng mối liên thông này giữa hạt này với hạt khác có thể giúp hiện tượng không định xứ dẫn đến hiện tượng tự tổ chức (self-organizing), những dạng tái diễn thường xuyên của các dạng thức ở mọi nơi trong vũ trụ?