Vật lý lượng tử một lần nữa mang đến cho nhân loại một thí nghiệm nghe gần như một trò đùa.
Các nhà khoa học đã lấy các nguyên tử rubidi siêu lạnh và thực tế buộc mỗi nguyên tử đồng thời rơi dưới tác động của trọng lực và vẫn đứng yên tại chỗ.
Tất nhiên, không phải theo nghĩa thông thường. Nguyên tử được đưa vào trạng thái chồng chập lượng tử: trạng thái của nó đi theo hai đường cùng một lúc. Một phần được giữ bởi từ trường, phần còn lại được thả rơi tự do. Sau đó, cả hai phần lại được kết hợp và người ta quan sát xem trọng lực đã làm gì với chúng.
Nếu diễn giải điều đang xảy ra bằng ngôn ngữ con người, cuộc đối thoại sẽ trông giống như thế này:
— Bạn đang rơi à?
— Vâng.
— Còn đứng yên tại chỗ?
— Cũng vâng.
— Tuyệt. Chúng ta tiếp tục thí nghiệm.
Để thực hiện thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một thiết bị đặc biệt với cái tên đẹp đẽ — Quantum Galileo Interferometer, “Giao thoa kế Galileo lượng tử”. Các nguyên tử được làm lạnh gần đến độ không tuyệt đối và được điều khiển với độ chính xác đáng kinh ngạc.
Nhưng đằng sau mô tả vui nhộn là một câu hỏi rất nghiêm túc.
Cơ học lượng tử giải thích rất tốt thế giới của các nguyên tử và hạt cơ bản. Thuyết tương đối rộng của Einstein — lực hấp dẫn, các hành tinh, ngôi sao và cấu trúc của Vũ trụ.
Vấn đề là hai lý thuyết vĩ đại này vẫn chưa thể kết hợp thành một bức tranh chung.
Trong thí nghiệm mới, các nhà khoa học đã kiểm tra một trong những nguyên lý quan trọng nhất của Einstein — nguyên lý tương đương. Nói một cách đơn giản, nguyên lý này phát biểu rằng: nếu một vật rơi tự do, thì cục bộ nó không còn cảm nhận được trọng lực.
Và giờ đây nguyên lý này đã được kiểm tra không phải trên một hòn đá hay viên bi thông thường, mà trên một vật thể lượng tử, vật thể này đồng thời tồn tại ở hai trạng thái.
Khi hai “phiên bản” của nguyên tử được hợp nhất trở lại, các nhà vật lý đã đo được một khác biệt cực nhỏ trong pha lượng tử của chúng.
Kết quả đúng như lý thuyết đã tiên đoán.
Einstein một lần nữa vượt qua bài kiểm tra.
Tuy nhiên, điều quan trọng là không nên biến điều này thành một sự kiện gây chấn động quá sớm. Thí nghiệm không chứng minh rằng bản thân trọng lực là lượng tử, cũng không tạo ra “thuyết vạn vật” được chờ đợi từ lâu. Nó chỉ cho thấy rằng trong chế độ này, cơ học lượng tử và nguyên lý tương đương của Einstein hoàn toàn tương thích với nhau.
Bước tiếp theo có thể còn thú vị hơn nữa.
Các nhà nghiên cứu muốn tiến hành những thí nghiệm tương tự với các vật thể nặng hơn — ví dụ như các tinh thể nano kim cương. Điều này có thể giúp kiểm tra những ý tưởng về việc liệu bản thân trọng lực có khả năng phá vỡ sự chồng chập lượng tử ở các vật thể đủ lớn hay không.
Nghiên cứu được công bố vào ngày 2 tháng 2026 năm.
Và có lẽ, vật lý lượng tử một lần nữa được mô tả tốt nhất bằng một câu nói:
nguyên tử đồng thời rơi và không rơi — nhưng Einstein vẫn đúng. 😄
