Lượng tử di chuyển nhanh hơn ánh sáng?

Trạng thái thực của một hạt

Liên đới lượng tử là hiện tượng trong đó một cặp hạt nào đó có sự liên kết với nhau về trạng thái lượng tử (vị trí, xung lượng, spin...). Nếu một hạt trong cặp này được xác định là có một trạng thái nhất định nào đó thì qua đó người ta có thể dự đoán trạng thái của hạt còn lại. Chẳng hạn một cặp gồm hai hạt được xác định là có tổng spin bằng 0. Nếu như một hạt được đo có spin là +1 thì hạt kia được xác định rằng sẽ có spin là -1. Nếu sau đó một khoảng thời gian, người ta đo được một hạt vì lý do nào đó đã có sự biến đổi spin là +1/2 thì hạt còn lại chắc chắn cũng có sự biến đổi tương ứng là -1/2, bất kể khoảng cách của hai hạt là bao nhiêu. Nói cách khác, sự liên đới trạng thái lượng tử của hai hạt như vậy là tức thời, bất chấp khoảng cách. Câu hỏi đặt ra là phải chăng tốc độ truyền thông tin có thể đạt tới vô hạn, tức là vượt qua vận tốc ánh sáng. Chẳng hạn, một trong hai hạt của cặp đặt ở Trái Đất trong khi hạt còn lại đặt ở Mặt Trăng, cách nhau hơn 1 giây ánh sáng, nhưng khi đo được trạng thái của hạt ở Trái Đất thì người ta sẽ lập tức biết được trạng thái của hạt ở Mặt Trăng mà không cần phải đợi 1 giây để người thực hiện phép đo ở Mặt Trăng xác nhận với người ở Trái Đất.

Mặc dù trong đời sống hàng ngày cũng như quan niệm cổ điển về vật lý, chúng ta thường mặc nhiên rằng một đối tượng nào đó luôn có một trạng thái vật lý nhất định và việc thực hiện phép đo chỉ là để xác định trạng thái đó (chẳng hạn, bạn đo một chiếc xe chạy với vận tốc 40km/h có nghĩa dù bạn không đo thì vận tốc của nó vẫn thế. Nhưng thực tế thì trong thế giới vi mô của các hạt cơ bản, mọi việc lại không diễn ra như vậy. Trạng thái lượng tử của một hạt không phải là hoàn toàn độc lập mà phụ thuộc trực tiếp vào việc chúng ta có thực hiện phép đo trên nó hay không, và thực hiện như thế nào.

Vận tốc ánh sáng vẫn nhanh nhất trong vũ trụ

Liệu nguyên lý về việc vận tốc ánh sáng là nhanh nhất trong vũ trụ có bị vi phạm hay không khi mà ta có thể biết ngay lập tức trạng thái của một hạt nào đó cho dù nó có ở cách ta hàng triệu năm ánh sáng. Câu trả lời là điều này không xảy ra. Giả sử bạn có một cặp hạt liên đới với nhau và bạn đưa một trong hai hạt đó tới một hành tinh cách Trái Đất nhiều năm ánh sáng, sau đó bạn tác động vào hạt ở Trái Đât để hạt còn lại biến đổi tương ứng và người ở nơi xa xôi đó có thể dựa trên sự biến đổi đó để giải mã ra thông điệp bạn muốn truyền tải mà không cần tới nhiều năm để thông tin truyền đi dưới dạng sóng điện từ, thì đó chính xác có thể coi là sự truyền thông tin nhanh hơn ánh sáng.

Cho tới nay, mọi bằng chứng lý thuyết cũng như thực nghiệm đều cho thấy không thể làm được như vậy bởi liên đới lượng tử chỉ đơn thuần có nghĩa có thể dự đoán được trạng thái của hạt liên đới khi biết trạng thái của hạt còn lại, chứ không có khả năng tác động lên một hạt. Như vậy, thông tin không hề được truyền tức thời nhờ sự liên đới lượng tử. Điều đó cũng có nghĩa là vận tốc ánh sáng không hề bị vi phạm, cũng như việc truyền tải thông tin nhờ liên đới lượng tử chỉ là câu chuyện giả tưởng.

Hà Bình (ghi)