Câu trả lời cho Cuộc tranh luận Einstein-Bohr từ một nghiên cứu ở ĐH Duy Tân

Tạp chí Physica Scripta, tập 96 (2021) 125101 (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển chủ trì và Tập đoàn IOP publisher xuất bản) vào ngày 12.8.2021 đã công bố một nghiên cứu khoa học rất đáng quan tâm.

Đó là nghiên cứu của tác giả Võ Văn Thuận – nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Lý thuyết và Ứng dụng (ITAR), Đại học (ĐH) Duy Tân (Việt Nam) mang tên “Possible solution to the which-way problem by an asymmetric double slit experiment with monochromatical photons” - Lời giải khả thi cho vấn đề “đi đường nào” bằng thí nghiệm khe kép bất đối xứng với chùm photon đơn sắc. Ngay khi vừa xuất bản, bài báo đã được các nhà khoa học chú ý bởi các nghiên cứu về đề tài này có mối liên hệ trực tiếp với cuộc tranh luận nổi tiếng chưa có lời giải giữa 2 nhà khoa học là Albert Einstein và Niels Bohr, đại diện cho 2 quan điểm hoàn toàn trái ngược khi bàn về Thực tại Vật lý trong Cơ học Lượng tử, vốn đã kéo dài hơn 9 thập kỷ qua.

Công trình nghiên cứu của TS Võ Văn Thuận bắt đầu từ một thí nghiệm sử dụng khe kép bất đối xứng để ghi nhận phổ giao thoa chứng minh sự tồn tại của các hạt photon đã đi qua chỉ một trong 2 khe xác định.

Từ 1801, nhà khoa học Thomas Young đã lần đầu tiên thực hiện thí nghiệm Giao thoa Quang học (chùm photon) bằng khe kép đối xứng. Các thí nghiệm lặp lại sau này nhằm mục đích tìm hiểu tính đối ngẫu “sóng và hạt” theo thuyết lượng tử. Tuy nhiên, khi cả 2 khe đều mở thì xuất hiện phổ giao thoa cho phép xác định tính sóng, nhưng lại không thể biết được là thực thể lượng tử có từng là dạng hạt không?

Và nếu đúng là dạng hạt thì cũng không có cách nào xác định được nó đã đi qua khe nào trước khi tham gia vào hiện tượng giao thoa. Năm 2019, một thí nghiệm mới nhất giao thoa khe kép đối xứng cũng được lặp lại với chùm điện tử, nhưng cũng không tìm ra được cách nào có thể đánh dấu, để chỉ ra hạt điện tử đã đi qua khe nào mà không cần tác động vào hạt.

Năm 2018, các nhà nghiên cứu ở Nhật Bản đã thực hiện một thí nghiệm với chùm điện tử dùng khe kép bất đối xứng (một khe rộng hơn và một khe hẹp hơn), quan sát ở khoảng cách gần, người ta đã tách biệt được 2 dải phổ giao thoa dài ngắn khác nhau, tương ứng với các điện tử đã đi riêng rẽ qua một trong hai khe. Tuy nhiên, kết quả đạt được mới ở mức định tính, vì ngoài phân biệt chiều dài toàn phổ khác nhau, người ta chưa thể tách riêng được các hạt điện tử vốn đã đi qua khe rộng hoặc chỉ đi qua khe hẹp.

TS Võ Văn Thuận ở trước tòa nhà trụ sở Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA)

Điểm khác biệt và cũng chính là yếu tố quyết định thành công trong nghiên cứu tìm ra hạt photon đi qua khe nào của TS Võ Văn Thuận chính là khi ông lựa chọn sử dụng khe kép bất đối xứng và quan sát phổ giao thoa ở khoảng cách khá xa, từ đó có thể thấy 2 phổ giao thoa có độ dài và ngắn trùm lên nhau ở vùng trung tâm, với các vạch giao thoa trùng khít nhau.

Tại 2 vị trí cực tiểu đặc biệt của dải phổ hẹp (ứng với khe rộng) – nơi vạch giao thoa của nó phải bị triệt tiêu lại có một vạch giao thoa khác chỉ có thể là thuộc về phổ rộng hơn (ứng với khe hẹp) xuất hiện. Điều này có thể kết luận chắc chắn rằng vạch giao thoa đặc biệt đó phải do các hạt photon đi qua khe hẹp tạo nên. Như vậy, bài toán “đi đường nào” đã có lời giải.

Kết quả này hoàn toàn phù hợp với quan điểm của A. Einstein khi cho rằng điện tử (cũng như photon) tồn tại như một bản thể (hạt) ngay cả trước khi cần đến máy đo, tức là hạt vận động tự do trong không gian – thời gian và không tương tác với người đo.

Quan điểm này hoàn toàn trái ngược với N. Bohr khi ông cho rằng điện tử chỉ được xác định là một hạt với các đặc tính riêng sau khi người ta đã ghi đo được xác suất (hàm sóng) của nó. Trước thời điểm ghi đo, không ai biết điện tử có định hình là gì, là hạt hay là sóng.

Nói cách khác, N. Bohr cho rằng: Trong vi mô, không có thực tại vật lý độc lập khách quan, mà chỉ có thể nói về một thực tại vật lý của một thực thể sau khi con người quan sát nó, tác động vào nó. Ngay trong Hội nghị Solvay lần thứ 5 được tổ chức vào năm 1927 nhằm thông qua chủ đề “Điện tử và Photon” nhấn mạnh hai đối tượng vật chất vi mô có biểu hiện rõ ràng nhất các tính chất lượng tử, hai nhà khoa học A. Einstein và N. Bohr đã trực diện tranh luận khi bàn về lưỡng tính sóng-hạt trong Cơ học Lượng tử.

TS Võ Văn Thuận cho biết: “Cách đây 40 năm, trong một khóa luận triết học về Bản chất của tính xác suất lượng tử trước khi bảo vệ Luận án Tiến sĩ ở Trung tâm Liên hợp Nghiên cứu Hạt nhân Quốc tế Dubna, Moskva, Liên Xô, tôi đã suy nghĩ về vấn đề Thực tại Vật lý trong Cơ học Lượng tử. Tới năm 2015, tôi đã quyết định đi sâu nghiên cứu vấn đề này. Hơn 5 năm qua, tôi đã đăng tải một bài báo trên tạp chí ISI, 4 bài đăng trên tạp chí quốc gia, 5 báo cáo thuyết trình hội nghị và hội thảo quốc tế về vấn đề này. Tuy nhiên, đó đều là các nghiên cứu lý thuyết. Bài báo ‘Possible solution to the which-way problem by an asymmetric double slit experiment with monochromatical photons’ chính là nghiên cứu thực nghiệm đầu tiên.

Một phát hiện thực nghiệm mới dù có rõ ràng đến mấy vẫn được cộng đồng khoa học ‘mổ xẻ’ cho đến khi được công nhận với một cách giải nghĩa duy nhất. Việc kiểm tra lại hoặc kiểm tra chéo được thực hiện chặt chẽ và thận trọng sẽ làm cho công trình nghiên cứu thêm đảm bảo với độ tin cậy cao. Đó là chưa kể đến vấn đề này vẫn đang nằm trong cuộc tranh luận rất lớn giữa 2 trường phái khoa học với nhận định trái ngược nhau. Hiện tại, tôi tiếp tục hợp tác với các đồng nghiệp tại Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam sử dụng phần mềm chuẩn do IAEA cung cấp để biến đổi các ảnh phổ phẳng 2D thành phân bố phổ cường độ laser. Nhờ vậy chúng tôi đã hoàn thành một nghiên cứu tiếp theo, thu được những kết quả mới tốt hơn, nhằm mục đích thẩm định và khẳng định kết quả thực nghiệm trong bài đã đăng. Nghiên cứu mới này cũng vừa được gửi đăng trên tạp chí quốc tế”.

Tìm ra lời giải của Thực tại Vật lý trong Cơ học Lượng tử hay cụ thể là hạt điện tử hoặc photon có tồn tại tự thân trong không gian hay chỉ được xác định có các đặc tính riêng sau khi người ta đã ghi đo được xác suất (hàm sóng) của nó có ý nghĩa rất quan trọng. Nó là chìa khóa mở ra cánh cửa đã bị đóng chặt hơn 90 năm qua. Sau cánh cửa đó sẽ là con đường dẫn tới một học thuyết lượng tử đầy đủ, có thể diễn giải được Thực tại Vật lý khách quan trong thế giới vi mô, phù hợp với những quan sát thực nghiệm. Bài báo vừa đăng là phát hiện đầu tiên về một hiện tượng thực nghiệm “bóc tách” được các photon theo đường đi của chúng, chứng minh trực diện lời giải bài toán kinh điển “đi đường nào” vốn luôn làm “đau đầu” các nhà khoa học khắp thế giới.

Được biết, TS Võ Văn Thuận học chuyên ngành Vật lý Hạt nhân Thực nghiệm và Tia vũ trụ tại Liên Xô, nguyên Chuyên gia cố vấn Ban Chỉ đạo Nhà nước về Điện Hạt nhân Ninh Thuận, nguyên Viện trưởng Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân (INST-VINATOM-Hà Nội). Lĩnh vực nghiên cứu hiện nay của ông tập trung vào các đề tài khoa học cơ bản:

- Những vấn đề cơ sở của Cơ học lượng tử và thuyết Tương đối tổng quát;

- Những thử nghiệm trong Vật lý Hạt cơ bản.

Là tác giả và đồng tác giả của trên 80 bài công bố khoa học và công nghệ trong nước và quốc tế gồm 25 bài tạp chí quốc tế ISI, trên 20 bài đăng kỷ yếu hội nghị quốc tế uy tín, hiện, ông cũng có đăng một số preprint trên mạng mở quốc tế chuyên ngành để chuẩn bị gửi tiếp đăng tạp chí.

Chia sẻ về môi trường làm việc tại ĐH Duy Tân, TS Võ Văn Thuận cho biết: “Khi trở về trường, tôi có thêm nhiều điều kiện để tập trung nghiên cứu khoa học cơ bản. Ở Việt Nam hiện nay, liên quan đến lĩnh vực Vật lý có một số lĩnh vực chuyên môn và công nghệ được ưu tiên đầu tư tốt, lôi cuốn được nhiều cán bộ trẻ có năng lực và hoài bão khoa học. Đó là Khoa học Vật liệu, Công nghệ Thông tin, Tự động hóa. Họ có nhiều khả năng tiếp tục đóng góp tốt với các nghiên cứu xuất sắc. Tuy nhiên, có thể nhận thấy so với quốc tế, điều kiện nghiên cứu khoa học của nước ta vẫn còn chưa mạnh, cả về trang thiết bị phục vụ nghiên cứu. Đối với lĩnh vực nghiên cứu của tôi hiện nay cũng gặp nhiều khó khăn do thường đòi hỏi trang thiết bị lớn và đội ngũ kỹ thuật phục vụ tinh nhuệ. Hơn nữa lĩnh vực này vốn đi vào thế giới vi mô, đòi hỏi phải có khả năng tư duy khá đa dạng và trừu tượng, cần có quá trình tích lũy kiến thức và kinh nghiệm từ các trung tâm khoa học quốc tế tiên tiến nhất. Tại Viện ITAR, ĐH Duy Tân, dù quy mô chưa lớn nhưng đang có một lực lượng nghiên cứu khá mạnh với đội ngũ các nhà khoa học trẻ với nhiều triển vọng, có tinh thần làm việc rất tốt, nhiệt tình cao, có khả năng sáng tạo đảm bảo góp phần đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu khoa học. Điều này đúng theo chiến lược của trường đề ra, với tinh thần phát triển toàn diện, cập nhật các điều kiện nghiên cứu theo chuẩn quốc tế mới nhất để công bố các nghiên cứu khoa học có chất lượng”.

ĐẠI HỌC DUY TÂN

- Top 500 ĐH Tốt nhất Thế giới theo Bảng xếp hạng Times Higher Education (THE) năm 2022.

- Top 700 Trường ĐH tốt nhất Thế giới theo Xếp hạng của Shanghai Ranking năm 2021.

- 1 trong 400 ĐH Tốt nhất châu Á năm 2021 theo QS Asian University Rankings.

- ĐH thứ 2 của Việt Nam đạt kiểm định ABET của Mỹ, có nhiều kiểm định ABET nhất Việt Nam.

- Xếp thứ 3 ĐH của Việt Nam (thứ 1482 thế giới) trên bảng xếp hạng các Đại học trên Thế giới – CWUR.

- Xếp thứ 2/12 ĐH của Việt Nam (thứ 770 thế giới) trên bảng xếp hạng theo Học thuật – URAP.

- Xếp thứ 2 của Việt Nam trên bảng xếp hạng Nature Index 2020.

- Xếp thứ 3 Việt Nam, 1466 Thế giới trên Bảng xếp hạng Website các Trường ĐH trên thế giới do Webometrics đánh giá và công bố vào cuối tháng 01/2021.

- Ngành Khoa học Máy tính và Kỹ thuật có thứ hạng trong nhóm 301-400 Thế giới, Top 1 tại Việt Nam và Ngành Kỹ thuật Điện Điện tử có thứ hạng trong nhóm 401-500 Thế giới, đứng thứ 2 tại Việt Nam theo bảng xếp hạng Shanghai Ranking 2021.