Người đang chứng minh Einstein sai

Bằng những chứng minh trong cơ học lượng tử, nhà khoa học người Thụy Sĩ đang cho thấy quan điểm thời gian tiền định của Einstein trong Thuyết tương đối có thể đã sai.

Theo The Atlantic, vào những buổi sáng chủ nhật, thay vì đi nhà thờ, nhà vật lý người Thụy Sĩ Nicolas Gisin có thói quen ngồi lặng lẽ bên cốc trà ô long suy ngẫm về những khái niệm.

Gisin hiện quản lý một phòng thí nghiệm thuộc Đại học Geneva chuyên thực hiện các nghiên cứu về truyền thông lượng tử và mật mã lượng tử. Ông còn nổi tiếng trong giới bởi là nhà vật lý hiếm hoi có hiểu biết sâu rộng các lý thuyết về xác suất lượng tử và phi lượng tử.

Nhà vật lý toán học người Thụy Sỹ Nicolas Gisin. Ảnh: Quantum Limits of Knowledge.

Quan hệ nhân quả của Einstein

Gisin nhận ra dường như có sự mâu thuẫn trong định nghĩa thời gian của Einstein và một lý thuyết toán học cổ điển ám chỉ sự tồn tại của “thông tin vô hạn”.

Lấy ví dụ thời tiết. Thời tiết dễ thay đổi, rất khó để biết chính xác “trời” sẽ như thế nào một tuần sau. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể biết nếu phân tích đầy đủ những yếu tố tác động, dù là nhỏ nhất như từng đám mây, ngọn gió, cánh bướm…

Đó là do chúng ta đã không thể tính được từng chữ số thập phân của các dữ liệu nhỏ nhất để đưa ra dự đoán chính xác. Từ ví dụ về thời tiết, đó cũng chính là thứ ta đang đối mặt với vũ trụ. Trong thế giới được định trước của Einstein, thời gian là dòng chảy cho những việc được xếp đặt từ trước.

Gisin lại tìm hướng đi khác để giải thích cho những vấn đề này. Ông dựa vào toán học duy trực giác (intuitionist mathematics) do nhà toán học người Hà Lan L.E.J Brouwer đưa ra.

Toán học trực giác cho rằng toán học là không đủ để giải thích vạn vật. Brouwer nhìn nhận toán học tự thân nó như là hoạt động siêu ngôn ngữ của quá trình kiến tạo tinh thần, dựa trên cơ sở là trực giác thuần khiết về thời gian.

Toán học không thể đưa ra dự đoán chắc chắn về tương lai. Giống như qubit trong cơ học lượng tử mang nhiều giá trị tới khi được đo. Số kế tiếp trong dãy số toán học không thể đoán trước khi nó xảy ra.

Chủ nghĩa trực giác có những hệ quả sâu rộng trong thực hành toán học và xác định phát biểu nào có thể được coi là đúng. Trong hệ quy chiếu của Brouwer, các tuyên bố về con số có thể đúng hoặc sai tại một thời điểm nhất định, bởi giá trị chính xác không được tiết lộ.

Gisin cho rằng các sự kiện trong vũ trụ là không thể biết trước, trái với quan hệ nhân quả trong tư tưởng của Einstein.

Tuy nhiên, không có sự khác biệt giữa 2 trường phát toán học trong các con số cụ thể như số tự nhiên, 1/2 hay số Pi…

Gisin lần đầu tiếp xúc với toán học trực giác tại một cuộc họp tháng 5 năm ngoái. Qua cuộc trò chuyện với Carl Posy, một triết gia toán học Do Thái, nhà nghiên cứu hàng đầu về toán trực giác, Gisin nhận thấy mối liên hệ giữa hệ quy chiếu của trường phái toán học này và các khái niệm vật lý vũ trụ.

Vũ trụ bất định của Gisin

Trong bài khoa học xuất bản vào tháng 12 năm ngoái trên Physical Review A, Gisin và cộng sự Flavio Del Santo đã sử dụng toán học trực giác để tạo nên phiên bản thay thế cho toán cơ học cổ điển.

Renato Renner, nhà vật lý lượng tử tại Viện Công nghệ Liên bang Zurich, Thụy Sỹ nhận định lập luận của Gisin theo hướng cho rằng để xác định chính xác sự việc là không thể.

“Nói cách khác, thế giới là không xác định. Tương lai có tính mở. Còn thời gian, nó giống như sự phô bày đầy sáng tạo. Các con số mới thực sự được tạo ra khi thời gian trôi qua”, Gisin nói.

Fay Dowker, nhà lý thuyết lực hấp dẫn lượng tử tại Đại học Hoàng gia London cho biết cô khá đồng tình với lập luận của Gisin vì “ông đứng về phía những người nghĩ rằng vật lý không phù hợp với kinh nghiệm và vì vậy nó bị thiếu mất cái gì đó”.

Gisin hy vọng biến cơ học lượng tử thành ngôn ngữ chung, không xác định cho cả vật lý cổ điển và vật lý lượng tử

Dowker đồng ý các ngôn ngữ toán học định hình sự hiểu biết của chúng ta về thời gian trong vật lý và toán học trường phái Hilbert (người từng chống lại toán học trực giác) coi các số thực là các thực thể đã hoàn thành.

“Nhưng sẽ là hạn chế với chúng tôi – các nhà vật lý nếu ta không cố gắng kết hợp thứ năng động như kinh nghiệm vào sự chuyển động của thời gian”, Dowker nói.

Đối với các nhà vật lý học quan tâm đến mối liên hệ giữa lực hấp dẫn và cơ học lượng tử như Dowker, một trong những ý nghĩa quan trọng nhất của quan điểm mới về thời gian là cách nó bắt đầu kết nối những gì từ lâu đã được coi là hai quan điểm không tương thích lẫn nhau về thế giới.

Theo Gisin, ông hy vọng sẽ biến cơ học lượng tử thành ngôn ngữ chung, không xác định cho cả vật lý cổ điển và vật lý lượng tử, thay vì giữ khái niệm xác định như các nhà khoa học khác.