Thời gian vốn được hiểu là một chiều, từ quá khứ đến tương lai. Thế nhưng ở cấp độ hạt cơ bản, các nhà vật lý vừa xác nhận một hiện tượng kỳ lạ: thời gian âm có thật, nghĩa là một hạt ánh sáng có thể ra khỏi phòng trước khi vào.
Vào tháng 4 năm nay, một nhóm các nhà vật lý từ đại học Griffith (Úc) và đại học Toronto (Canada) đã công bố trên tạp chí Physical Review Letters kết quả thí nghiệm xác nhận điều này. Một hạt ánh sáng có thể trải qua một khoảng thời gian âm khi đi qua một đám mây nguyên tử, và lần này chính các nguyên tử đó đã xác nhận điều đó.
Hình minh họa.
Lời giải sau hơn 30 năm tranh cãi
Hiện tượng ánh sáng đi qua đám mây nguyên tử mang thời gian âm thực chất đã được quan sát từ năm 1993. Tuy nhiên, suốt hơn 30 năm qua, giới khoa học vẫn tranh cãi liệu đó có thực sự là thời gian âm hay chỉ là một ảo giác thống kê, một sản phẩm phụ của cách đo đạc.
Các thí nghiệm trước đây đo thời gian bằng cách theo dõi khi nào hạt ánh sáng đến đích. Cách đo này có lỗ hổng logic vì những hạt vượt qua đám mây thường là những hạt "may mắn" đến sớm hơn dự kiến, tạo ra kết quả âm mà không cần đến khái niệm thời gian âm thực sự.
Để giải quyết, nhóm nghiên cứu mới đã chọn cách tiếp cận hoàn toàn khác là hỏi thẳng các nguyên tử trong đám mây. Khi hạt ánh sáng đi qua, nó được nguyên tử hấp thụ tạm thời rồi nhả ra. Trong lúc bị hấp thụ, các nguyên tử chuyển sang trạng thái kích thích như một chiếc lò xo bị nén. Thời gian nguyên tử ở trạng thái kích thích chính là thời gian hạt ánh sáng lưu trú bên trong, đo theo cách độc lập hoàn toàn với trước đây. Giáo sư Howard Wiseman, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết các nguyên tử cũng cho ra một con số âm khi được hỏi hạt ánh sáng ở lại bao lâu.
1 triệu lần thử, thách thức giới hạn lượng tử
Trong thế giới lượng tử, hành động đo đạc quá chính xác sẽ làm thay đổi hệ thống và phá hủy thí nghiệm. Do đó, nhóm nghiên cứu phải áp dụng cách đo rất nhẹ và gián tiếp: chiếu thêm một chùm tia laser thứ hai qua đám mây và quan sát những thay đổi cực nhỏ để suy ra trạng thái nguyên tử.
Mỗi lần đo riêng lẻ đều bị nhiễu. Phải sau khi lấy trung bình của khoảng 1 triệu lần đo, trải dài trong 70 giờ thực nghiệm, tín hiệu rõ ràng mới nổi lên. Kết quả hoàn toàn khớp với thí nghiệm năm 1993 đó là thời gian lưu trú là một con số âm. Việc hai phương pháp đo hoàn toàn khác nhau cùng cho ra một kết quả là điều các nhà vật lý lý thuyết cũng không dự đoán trước.
Hình minh họa hiện tượng "thời gian âm" trong thế giới lượng tử, xảy ra khi ánh sáng thoát khỏi đám mây nguyên tử.
Kết luận
Dù hiện tượng "thời gian âm" nghe có vẻ thần kỳ, nhưng giáo sư Wiseman khẳng định rõ ràng rằng không có máy thời gian nào sắp được chế tạo, bởi toàn bộ hiện tượng này hoàn toàn giải thích được bằng vật lý thông thường và không vi phạm quy luật nào. Ý nghĩa sâu xa của nghiên cứu nằm ở chỗ chứng minh thời gian âm là một tính chất thực sự của thế giới lượng tử chứ không phải lỗi phép đo.
Bước tiếp theo, các nhà khoa học sẽ kiểm tra các hạt ánh sáng bị bắn ra theo hướng ngẫu nhiên để xác minh xem thời gian dương của chúng có bù lại thời gian âm của các hạt đi thẳng hay không. Con người đã tính toán về hiện tượng này gần 100 năm trước, nhưng vũ trụ vẫn luôn giữ những bí mật bất ngờ trong những thứ tưởng chừng đơn giản nhất.
An An - IE
