Các nhà khoa học vừa thực hiện thí nghiệm “Toàn ảnh ký” (Holometer) để giúp trả lời một số câu hỏi tưởng chừng như có vẻ kỳ dị, một trong số đó là “có hay không việc chúng ta sống trong một không gian 3 chiều”.
Giống như những nhân vật trên một chương trình truyền hình, chúng ta không biết rằng bộ phim 3D ấy chỉ tồn tại trên một màn hình 2D, chúng ta không có chút bằng chứng nào chứng tỏ không gian 3D của chúng ta chỉ là một ảo tưởng. Thông tin về tất cả mọi thứ trong vũ trụ của chúng ta thực ra có thể đã được mã hóa trong các gói nhỏ của không gian 2D.
Hãy đến gần màn hình TV và bạn sẽ thấy các điểm ảnh, các điểm nhỏ dữ liệu sẽ tạo thành một hình ảnh liền mạch nếu bạn đứng đủ xa. Các nhà khoa học cho rằng thông tin của vũ trụ có thể được hàm chứa theo cách như vậy, nghĩa là “kích thước điểm ảnh” tự nhiên của không gian vũ trụ thực ra nhỏ hơn 10 tỷ lần kích thước của một nguyên tử, kích thước này được các nhà vật lý gọi là thang Planck.
Craig Hogan, giám đốc Trung tâm Gia tốc Quốc gia Fermi cho biết: “Chúng tôi muốn tìm hiểu xem thời gian – không gian có phải là vật chất, phải chăng cũng là một hệ thống lượng tử. Nếu chúng tôi phát hiện ra điều gì, nó sẽ thay đổi hoàn toàn suy nghĩ về không gian mà chúng ta sử dụng trong hàng nghìn năm qua”.
Lý thuyết lượng tử cho rằng khó có thể biết được chính xác đồng thời cả vị trí và tốc độ của các hạt hạ nguyên tử. Nếu không gian bắt nguồn từ những mảnh thông tin 2D, với sự hạn chế thông tin về vị trí chính xác của các đối tượng, thì không gian tự nó cũng tuân theo lý thuyết bất định. Điều này cũng giống vật chất luôn dao động tạo nên sóng lượng tử, ngay cả khi bị làm lạnh đến 0 độ C, không gian lượng tử hóa này vẫn dao động dù ở trạng thái năng lượng thấp nhất.
Về cơ bản, thí nghiệm có mục đích tìm hiểu những giới hạn về khả năng lưu trữ thông tin của vũ trụ. Nếu có một tập hợp các mảnh thông tin cho biết vị trí của một thứ gì đó, thì thậm chí về nguyên tắc, chúng ta gần như không thể có được thông tin cụ thể hơn về vị trí này.
Đo lường Biến Động (Jitter)
Công cụ kiểm tra các giới hạn này là phương pháp Toàn ảnh ký được thực hiện trong phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia Fermi của Mỹ, hay còn gọi là Giao thoa Toàn ảnh ký, các thiết bị tinh vi nhất từng được tạo ra để đo biến động lượng tử (quantum jitter) tại không gian đó.
Khi hoạt động hết công suất, Toàn ảnh ký sử dụng một cặp máy đo giao thoa đặt gần nhau. Mỗi chiếc phát ra một chùm tia laser 1KW, tương đương với 200.000 tia laser, tới bộ tách chùm tia (beam splitter) và đi xuống theo hai phương vuông góc dài 40 m.
Ánh sáng sau đó sẽ phản chiếu lại bộ tách chùm tia, nơi 2 chùm tia hội tụ, tạo nên những biến động về độ sáng khi có chuyển động. Các nhà nghiên cứu phân tích những biến đổi trong tia sáng phản hồi, để xem có phải bộ tách chùm tia đang chuyển động theo hướng xác định – vốn được dẫn dọc theo một biến động (jitter) của bản thân không gian đó.
Nhiễu toàn ảnh (holographic noise) được cho rằng sẽ hiện diện ở mọi tần số, nhưng không để bị lẫn lộn bởi những xung động từ các nguồn khác hiện là thử thách đối với các nhà khoa học. Toàn ảnh ký (holometer) đo được một tần số rất cao – hàng triệu chu kỳ mỗi giây – và chuyển động của vật chất thông thường không gây nên vấn đề.
Thay vào đó, các tạp âm chủ yếu thường do các sóng radio phát ra từ các thiết bị điện tử gần đó. Thí nghiệm Toàn ảnh ký được lập nên để xác định và loại bỏ nhiễu từ các nguồn như vậy.
Fermilab Aaron Chou, nhà khoa học vật lý đứng đầu dự án Holometer cho biết: “Nếu chúng ta tìm thấy một hình thức nhiễu mà không thể loại bỏ được, chúng ta có thể khám phá ra một cái gì đó rất cơ bản của tự nhiên – một loại nhiễu tồn tại trong thời gian và không gian. Đó là một thời điểm thú vị đối với vật lý. Một kết quả khả quan sẽ mở ra một lộ trình hoàn toàn mới về bí ẩn phương thức hoạt động của không gian”.
Nhóm “Holometer” gồm 21 nhà khoa học và sinh viên đến từ Fermilab, Viện Công nghệ Massachusetts, Đại học Chicago và Đại học Michigan.
Thí nghiệm Holometer, được tài trợ bởi Bộ Năng lượng Mỹ và các nhà tài trợ khác, dự kiến sẽ thu thập dữ liệu trong năm tới.
Theo Đại Kỷ Nguyên