Các đặc tính kỳ lạ chỉ tồn tại ở hệ thống lượng tử

Khi khám phá thế giới ở hệ thống lượng tử, chúng ta phát hiện ra một điều bất ngờ. Các hạt lượng tử “thiên biến vạn hóa”, mang những đặc tính kỳ lạ. Chúng gần như khác biệt hoàn toàn so với thế giới mà chúng ta vẫn quen thuộc. Tuy nhiên, khi quan sát thế giới này ở tầng mức thông thường, những đặc tính lượng tử đó dường như biến mất. Giới khoa học gọi hiện tượng này là sự mất liên kết lượng tử (Quantum Decoherence).

Hiện tượng mất liên kết ở hệ thống lượng tử (Quantum Decoherence)

Sự mất liên kết lượng tử xảy ra khi một hệ thống lượng tử. Chẳng hạn như các electron, chúng chịu tác động từ môi trường xung quanh hoặc các tác nhân bên ngoài. Những tác nhân này có thể là người quan sát hoặc các thiết bị đo lường. Thực tế, những tác nhân này cũng là các hệ thống lượng tử khác. Khi chúng tương tác với hệ thống đang được quan sát, các đặc tính lượng tử độc đáo của hệ thống này sẽ bị nhiễu loạn. Cuối cùng, các tính chất đặc biệt đó biến mất. Hệ thống sẽ buộc phải tuân thủ các nguyên tắc vật lý thông thường. Thông thường giống như những gì chúng ta thấy ở đời thực.

Hiện nay, vẫn còn nhiều tranh cãi xung quanh hiện tượng mất liên kết lượng tử. Tuy nhiên, điều này cũng đã giúp các nhà khoa học rút ra một kết luận quan trọng. Ở tầng mức càng lớn, đặc tính “không cố định” hay tính entropy (độ hỗn loạn) của hệ thống sẽ càng giảm. Điều này có nghĩa là, khi một hệ thống lớn hơn, nó có xu hướng tuân theo những quy luật vật lý cố định. Nó ít “hỗn loạn” hơn so với những gì diễn ra ở tầng mức lượng tử.

Ví dụ so sánh giữa hệ thống lượng tử và các hệ thống lớn

Sự khác biệt về độ hỗn loạn giữa các hệ thống lớn rất dễ nhận thấy. Chúng ta có thể so sánh những hiện tượng quen thuộc trong đời sống. Ví dụ, hệ thống giao thông trên đường phố Sài Gòn thường xuyên lộn xộn và khó đoán. Trong khi đó, quỹ đạo chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt Trời lại cố định và ổn định hơn rất nhiều.

Thực tế, ở tầng mức vĩ mô hơn nữa, ngay cả các Mặt Trời cũng không đứng yên. Chúng di chuyển xung quanh lõi của thiên hà, nhưng với tốc độ vô cùng chậm rãi. Trái Đất chỉ mất một năm để hoàn thành vòng quay quanh Mặt Trời. Trong khi Mặt Trời cần đến 200 – 250 triệu năm để hoàn tất vòng quay quanh lõi Ngân Hà.

Một minh họa thú vị khác là khi bạn quan sát một góc phố đông đúc từ tòa cao ốc. Ở đó, bạn sẽ thấy sự hỗn loạn. Con người, xe cộ và các sinh vật khác di chuyển theo những hướng khác nhau. Nhưng nếu bạn có thể nhìn xuống Trái Đất từ Mặt Trăng, bạn sẽ chỉ thấy một hành tinh xanh. Nó thong thả tự quay quanh trục của mình, lấp lánh và yên bình. Tất cả sự hỗn loạn tại tầng mức đời sống trở nên không đáng kể khi được nhìn từ tầng mức vũ trụ.

Hệ thống lượng tử với các đặc tính kỳ lạ, từ sự bất định đến mất liên kết, mở ra những cánh cửa tri thức mới về bản chất của thế giới xung quanh. Mặc dù những hiện tượng này không dễ dàng thấy được trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, chúng vẫn là chìa khóa giúp khoa học hiểu rõ hơn về cách mà vạn vật vẫn đang được vận hành, từ vi mô đến vĩ mô.