Dịch chuyển - Thực tế: Vượt ra ngoài Khoa học Viễn tưởng

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Đối với các anh hùng của dòng phim khoa học viễn tưởng, dịch chuyển tức thời là một điều thường thấy. Một lần nhấn nút - và chúng tan biến trong không khí, để trong vài giây, chúng thấy mình ở cách xa hàng trăm, hàng nghìn km: ở một quốc gia khác hoặc thậm chí trên một hành tinh khác.

Liệu một chuyển động như vậy có thực sự khả thi, hay dịch chuyển tức thời sẽ mãi là giấc mơ của các nhà văn và nhà biên kịch? Có nghiên cứu nào đang được thực hiện trong lĩnh vực này không - và liệu chúng ta có tiến gần hơn một chút đến việc triển khai công nghệ đã quá quen thuộc với các anh hùng của những bộ phim hành động hay không?

Câu trả lời ngắn gọn cho câu hỏi này là có, các thí nghiệm đang được tiến hành và rất tích cực. Hơn nữa, các nhà khoa học thường xuyên xuất bản các bài báo trên các tạp chí khoa học về các thí nghiệm thành công trong dịch chuyển lượng tử - tới những khoảng cách ngày càng lớn hơn.

Và mặc dù nhiều nhà vật lý nổi tiếng nghi ngờ rằng chúng ta sẽ có thể dịch chuyển tức thời cho con người, nhưng một số chuyên gia lạc quan hơn nhiều và đảm bảo rằng dịch chuyển tức thời sẽ trở thành hiện thực trong một vài thập kỷ nữa.

"Dối trá, tin đồn và câu chuyện"

Đầu tiên, hãy làm rõ chính xác những gì chúng ta đang nói đến. Theo dịch chuyển tức thời, chúng tôi muốn nói đến chuyển động tức thời của các vật thể ở bất kỳ khoảng cách nào, lý tưởng là nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

Bản thân từ này được phát minh vào năm 1931 bởi nhà báo người Mỹ Charles Fort, người thích nghiên cứu những điều huyền bí. Bằng cách tương tự với "truyền hình", bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp τῆλε ("xa") và video tiếng Latinh ("để xem"), trong cuốn sách "Những ngọn núi lửa của thiên đường", ông đã phát minh ra một thuật ngữ để mô tả chuyển động không thể giải thích của các vật thể trong không gian (Porto trong tiếng Latinh có nghĩa là "mang theo") …

“Trong cuốn sách này, tôi chủ yếu xem xét bằng chứng rằng có một loại lực chuyển dịch nào đó, mà tôi gọi là dịch chuyển tức thời. Tôi sẽ bị buộc tội chắp nối những lời nói dối hoàn toàn, tin đồn, ngụ ngôn, trò lừa bịp và mê tín dị đoan. Theo một cách nào đó, tôi nghĩ vậy Fort viết.

Thực sự có rất nhiều huyền thoại về những chuyển động như vậy - ví dụ, truyền thuyết phổ biến về thí nghiệm Philadelphia năm 1943, trong đó tàu khu trục Eldridge của Mỹ được cho là đã dịch chuyển được 320 km.

Tuy nhiên, trên thực tế, tất cả những câu chuyện như vậy hóa ra chỉ là suy đoán của những người theo thuyết âm mưu, theo đó các nhà chức trách giấu kín công chúng mọi bằng chứng về các vụ dịch chuyển tức thời như một bí mật quân sự.

Thực tế thì ngược lại: bất kỳ thành tựu nào trong lĩnh vực này đều được thảo luận rộng rãi trong cộng đồng khoa học. Ví dụ, chỉ một tuần trước, các nhà khoa học Mỹ đã nói về một thí nghiệm thành công mới trong dịch chuyển lượng tử.

Hãy chuyển từ truyền thuyết đô thị và văn học tuyệt vời sang khoa học nghiêm ngặt.

Từ điểm A đến điểm B …

Câu chuyện về dịch chuyển có thật, không phải hư cấu bắt đầu vào năm 1993, khi nhà vật lý người Mỹ Charles Bennett - sử dụng công thức - chứng minh khả năng lý thuyết của các dịch chuyển lượng tử tức thời.

Tất nhiên, đó chỉ là những tính toán lý thuyết thuần túy: những phương trình trừu tượng không có ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, theo cách tương tự - về mặt toán học -, ví dụ, lỗ đen, sóng hấp dẫn và các hiện tượng khác đã được phát hiện, sự tồn tại của chúng đã được thực nghiệm xác nhận sau đó rất nhiều.

Vì vậy, các tính toán của Bennett đã trở thành một cảm giác thực sự. Các nhà khoa học bắt đầu tích cực tiến hành nghiên cứu theo hướng này - và thí nghiệm thành công đầu tiên về dịch chuyển lượng tử đã được thực hiện trong vòng vài năm.

Ở đây cần nhấn mạnh rằng chúng ta đang nói về dịch chuyển lượng tử, và đây hoàn toàn không phải là điều mà chúng ta quen thấy trong các bộ phim khoa học viễn tưởng. Từ nơi này đến nơi khác, không phải bản thân đối tượng vật chất (ví dụ, một photon hay một nguyên tử - xét cho cùng, mọi thứ bao gồm nguyên tử) được truyền đi, mà là thông tin về trạng thái lượng tử của nó. Tuy nhiên, về lý thuyết, điều này là đủ để "khôi phục" đối tượng ban đầu ở một vị trí mới, sau khi nhận được một bản sao chính xác của nó. Hơn nữa, những thí nghiệm như vậy đã được thực hiện thành công trong các phòng thí nghiệm - nhưng nhiều hơn thế ở bên dưới.

Trong thế giới chúng ta đã quen, công nghệ này dễ dàng so sánh với máy photocopy hoặc fax nhất: bạn không phải gửi bản thân tài liệu mà gửi thông tin về nó ở dạng điện tử - nhưng kết quả là người nhận có một bản sao chính xác. Với sự khác biệt cơ bản là trong trường hợp dịch chuyển tức thời, bản thân đối tượng vật chất được gửi sẽ bị phá hủy, tức là nó biến mất - và chỉ còn lại một bản sao.

Hãy thử tìm hiểu xem điều này xảy ra như thế nào.

Chúa có chơi xúc xắc không?

Bạn đã từng nghe về con mèo của Schrödinger - con mèo nằm trong hộp không sống cũng không chết? Phép ẩn dụ ban đầu này được phát minh bởi nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger để mô tả tính chất bí ẩn của các hạt cơ bản - sự chồng chất. Thực tế là các hạt lượng tử có thể đồng thời ở nhiều trạng thái cùng một lúc, mà trong thế giới chúng ta đã quen với việc loại trừ hoàn toàn nhau. Ví dụ, một electron không quay xung quanh hạt nhân của một nguyên tử như chúng ta thường nghĩ, mà nằm đồng thời tại tất cả các điểm của quỹ đạo (với các xác suất khác nhau).

Cho đến khi chúng tôi mở hộp của con mèo, tức là chúng tôi không đo được các đặc điểm của hạt (trong ví dụ của chúng tôi, chúng tôi không xác định được vị trí chính xác của electron), con mèo đang ngồi đó không chỉ là sống hay đã chết - nó là cả hai. sống và chết cùng một lúc. Nhưng khi chiếc hộp được mở ra, tức là phép đo được thực hiện, hạt ở một trong những trạng thái có thể xảy ra - và nó không thay đổi nữa. Con mèo của chúng ta còn sống hoặc đã chết.

Nếu tại thời điểm này, bạn hoàn toàn không hiểu bất cứ điều gì - đừng lo lắng, không ai hiểu điều này. Bản chất của cơ học lượng tử đã không được giải thích bởi các nhà vật lý lỗi lạc nhất trên thế giới trong nhiều thập kỷ.

Hiện tượng vướng víu lượng tử được sử dụng để dịch chuyển tức thời. Đây là khi hai hạt cơ bản có cùng nguồn gốc và ở trạng thái phụ thuộc lẫn nhau - nói cách khác, có một số mối liên hệ không thể giải thích được giữa chúng. Do đó, các hạt vướng víu có thể "giao tiếp" với nhau, thậm chí ở khoảng cách rất xa với nhau. Và một khi bạn biết trạng thái của một hạt, bạn có thể dự đoán trạng thái của hạt khác một cách chắc chắn tuyệt đối.

Hãy tưởng tượng bạn có hai viên xúc xắc luôn luôn có tổng số là bảy. Bạn lắc chúng trong ly và ném một khúc xương ra sau lưng và khúc xương kia trước mặt bạn và dùng lòng bàn tay che nó lại. Đưa tay lên, bạn thấy rằng bạn đã ném, chẳng hạn, một cái sáu - và bây giờ bạn có thể tự tin khẳng định rằng chiếc xương thứ hai, sau lưng bạn, đã rơi ra một cái. Sau cùng, tổng của hai số phải bằng bảy.

Nghe có vẻ khó tin, phải không? Với con xúc xắc mà chúng ta quen dùng, một con số như vậy sẽ không hoạt động, nhưng các hạt vướng víu hoạt động chính xác theo cách này - và chỉ theo cách này, mặc dù bản chất của hiện tượng này cũng bất chấp lời giải thích.

Giáo sư Walter Levin của MIT, một trong những nhà vật lý được kính trọng nhất trên thế giới cho biết: “Đây là hiện tượng đáng kinh ngạc nhất của cơ học lượng tử, thậm chí không thể hiểu hết được”, giáo sư Walter Levin của MIT nói."

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là hiện tượng bí ẩn này không thể được sử dụng trong thực tế - sau tất cả, nó được xác nhận nhiều lần bằng cả công thức và thí nghiệm.

Dịch chuyển tức thời

Các thí nghiệm thực tế về dịch chuyển tức thời bắt đầu cách đây khoảng 10 năm tại quần đảo Canary dưới sự hướng dẫn của nhà vật lý người Áo, giáo sư tại Đại học Vienna Anton Zeilinger.

Trong một phòng thí nghiệm trên đảo Palma, các nhà khoa học tạo ra một cặp photon vướng víu (A và B), sau đó một trong số chúng được gửi bằng chùm tia laze tới một phòng thí nghiệm khác nằm trên đảo Tenerife lân cận, cách đó 144 km. Hơn nữa, cả hai hạt đều ở trạng thái chồng chất - tức là chúng ta chưa “mở hộp con mèo”.

Sau đó, photon thứ ba (C) được kết nối với vỏ máy - thứ cần được dịch chuyển - và chúng làm cho nó tương tác với một trong các hạt vướng víu. Sau đó, các nhà vật lý đo các thông số của tương tác này (A + C) và truyền giá trị kết quả đến một phòng thí nghiệm ở Tenerife, nơi đặt photon vướng víu thứ hai (B).

Mối liên hệ khó giải thích giữa A và B sẽ khiến B có thể biến B thành một bản sao chính xác của hạt C (A + C-B) - như thể nó ngay lập tức di chuyển từ hòn đảo này sang hòn đảo khác mà không cần băng qua đại dương. Đó là, cô ấy đã dịch chuyển tức thời.

Zeilinger giải thích: “Chúng tôi trích xuất thông tin mà bản gốc mang theo - và tạo ra bản gốc mới ở nơi khác,” Zeilinger, người đã dịch chuyển hàng ngàn và hàng ngàn hạt cơ bản theo cách này.

Điều này có nghĩa là trong tương lai, các nhà khoa học sẽ có thể dịch chuyển bất kỳ vật thể nào và thậm chí cả con người theo cách này - suy cho cùng, chúng ta cũng được cấu tạo từ các hạt như vậy?

Về lý thuyết, điều này là rất có thể. Bạn chỉ cần tạo ra một số lượng vừa đủ các cặp vướng víu và mang chúng đến những nơi khác nhau, đặt chúng trong các "buồng dịch chuyển" - chẳng hạn như ở London và Moscow. Bạn bước vào gian hàng thứ ba, hoạt động giống như một máy quét: máy tính phân tích trạng thái lượng tử của các hạt của bạn, so sánh chúng với những hạt vướng víu và gửi thông tin này đến một thành phố khác. Và ở đó quá trình ngược lại diễn ra - và bản sao chính xác của bạn được tạo lại từ các hạt vướng víu.

"Các vấn đề cơ bản đã được giải quyết"

Trong thực tế, mọi thứ phức tạp hơn một chút. Thực tế là có khoảng 7 tỷ nguyên tử trong cơ thể chúng ta (sau 7 tỷ thì có 27 số không, tức là 7 tỷ tỷ tỷ) - con số này nhiều hơn cả các ngôi sao trong phần có thể quan sát được của Vũ trụ.

Và sau cùng, cần phải phân tích và mô tả không chỉ từng hạt riêng lẻ, mà còn tất cả các mối liên hệ giữa chúng - sau cùng, ở một nơi mới, chúng phải được thu thập theo một thứ tự lý tưởng nhất.

Hầu như không thể thu thập và truyền tải một lượng thông tin như vậy - ít nhất là ở trình độ phát triển công nghệ hiện nay. Không biết khi nào các máy tính có khả năng xử lý khối lượng dữ liệu như vậy sẽ xuất hiện. Bây giờ, trong mọi trường hợp, công việc đang được tiến hành để tăng khoảng cách giữa các phòng thí nghiệm chứ không phải số lượng các hạt dịch chuyển được.

Đó là lý do tại sao nhiều nhà khoa học cho rằng giấc mơ dịch chuyển tức thời của con người khó có thể thành hiện thực. Ví dụ, một giáo sư tại Đại học Thành phố New York và một nhà khoa học nổi tiếng Michio Kaku tin rằng dịch chuyển tức thời sẽ trở thành hiện thực vào cuối thế kỷ 21 - và thậm chí có thể là 50 năm sau. Không nêu ngày cụ thể, một số chuyên gia khác thường đồng ý với ông.

Eugene Polzik, giáo sư tại Viện Niels Bohr tại Đại học Copenhagen cho biết: “Đây là vấn đề cải tiến công nghệ, nâng cao chất lượng.

Tuy nhiên, rất nhiều câu hỏi khác nảy sinh trên đường đi. Ví dụ, liệu "bản sao của tôi" có được nhờ sự dịch chuyển như vậy có phải là tôi thật không? Liệu cô ấy có nghĩ như vậy, có cùng ký ức không? Rốt cuộc, như đã đề cập trước đó, bản gốc của món hàng đã gửi sẽ bị phá hủy do kết quả của phân tích lượng tử.

Edward Farhi, người đứng đầu Trung tâm Vật lý Lý thuyết tại MIT từ năm 2004 đến năm 2016 và hiện đang làm việc tại Google, xác nhận: “Đối với dịch chuyển lượng tử, việc phá hủy vật thể dịch chuyển trong quá trình này là hoàn toàn cần thiết và không thể tránh khỏi. biến thành một loạt các neutron, proton và electron. Trông bạn sẽ không đẹp nhất."

Mặt khác, theo quan điểm duy vật thuần túy, chúng ta không được xác định bởi các hạt mà chúng ta được tạo ra, mà bởi trạng thái của chúng - và thông tin này, theo các nhà khoa học, được truyền đi cực kỳ chính xác.

Tôi muốn tin rằng điều này là như vậy. Và giấc mơ của nhân loại về dịch chuyển tức thời sẽ không thể trở thành hiện thực trong bộ phim kinh dị nổi tiếng, nơi mà nhân vật chính đã không để ý đến việc một con ruồi vô tình bay vào cabin dịch chuyển của mình …