Thơ và vật lý lượng tử

Nhà thơ Amy Catanzano hy vọng rằng thơ có thể giúp các nhà vật lý phát triển một ngôn ngữ hiệu quả và chính xác hơn để mô tả các ý tưởng phức tạp của vật lý lượng tử.

Hình 1. Bài thơ “Dòng Thế giới: Một bài thơ về siêu máy tính lượng tử” của Amy Catanzano có thể được đọc theo nhiều cách. Bất cứ khi nào hai dòng gặp nhau tại một “từ nút” (được hiển thị bằng màu trắng), người đọc có thể chọn dòng trên hoặc dòng dưới để tiếp tục.

Thế giới lượng tử dường như thách thức logic. Ví dụ, một đối tượng lượng tử, khi đến một ngã rẽ trên đường đi, nó không chọn giữa việc rẽ trái hoặc phải, mà sẽ di chuyển theo cả hai tuyến cùng một lúc – một hành vi không thể, đối với các vật thể cổ điển, như quả bóng chày hay con người. Các nhà vật lý có ngôn ngữ toán học chính xác để mô tả những hành vi lượng tử kiểu như thế, nhưng việc dịch ngôn ngữ toán học đó thành ngôn ngữ thông thường hàng ngày là rất khó. Nhà thơ Amy Catanzano nghĩ rằng thơ có thể đưa ra một giải pháp bằng cách tạo ra một ngôn ngữ mới có thể mô tả chính xác hơn về thế giới lượng tử. Cô hiện thực ý tưởng này trong bài thơ gần đây của cô, được đặt tên là “Dòng Thế giới: Một bài thơ về siêu máy tính lượng tử” (Hình 1). Bài thơ này được lấy cảm hứng từ ý tưởng vật lý của một máy tính lượng tử topo.

“Ngôn ngữ thơ là một ngôn ngữ cường điệu có thể tạo cảm hứng cho những cách nhìn và cách hiện hữu mới mẻ. Nó có thể phá hủy và thách thức các định kiến của chúng ta,” Catanzano nói. Cô tin rằng những phẩm chất độc đáo của thơ rất thích hợp cho việc tiếp cận vật lý lượng tử, điều này cũng thách thức những quan niệm cơ bản của chúng ta về thế giới vật chất.

Cơ sở cho bài thơ của Catanzano, được viết trong thời gian lưu trú một tuần tại Trung tâm Simons về Hình học và Vật lý thuộc Đại học Stony Brook, New York, là một sơ đồ khả dĩ cho một máy tính lượng tử topo (Hình 2). Sơ đồ này có bốn qubit (bit lượng tử), mỗi qubit gồm hai giả hạt được gọi là anyons. Việc tính toán được thực hiện bằng cách hoán đổi vị trí của các anyons liền kề theo một trình tự đã được xác định trước. Kết quả của quá trình tính toán được thể hiện qua những cái gọi là nút thắt và bím tóc được tạo ra bởi sự bện với nhau giữa các con đường của các anyons – hoặc, một cách kỹ thuật hơn, giữa các dòng thế giới (world lines) của chúng.

Hình 2. Sơ đồ này là một thiết kế khả dĩ của một máy tính lượng tử topo với bốn qubit. Mỗi qubit gồm hai anyons. Để thực hiện một phép tính, các anyons liền kề được hoán đổi, tạo ra các dải bện trong các dòng thế giới của chúng. Ở cuối trình tự hoán đổi này, từng cặp anyon của mỗi qubit sẽ được đo bằng các phép đo lượng tử. [Theo APS / Alan Stonebraker; từ tạp chí Sci. Am. 294, 56 (2006)]

Trong bài thơ, Catanzano thay bốn cặp anyons, tức bốn qubit, bằng bốn cặp câu thơ đan xen lẫn nhau. Khi hai câu thơ giao nhau, chúng chia sẻ một từ (từ nút), một hình tượng văn học mà Catanzano sử dụng để gợi lên một nút thắt. Những từ nút này giống như những nhánh rẽ trong cách đọc của người đọc. Các câu thơ có thể được đọc một cách tuần tự theo mỗi dòng, hoặc người đọc có thể nhảy từ dòng này sang một dòng khác khi gặp một từ nút. Mỗi cách đọc khác nhau tạo ra một bài thơ khác biệt, tựa như kết quả của một quá trình “tính toán” cụ thể của một máy tính lượng tử topo.

“Dòng Thế giới: Một bài thơ về siêu máy tính lượng tử” dịch lý thuyết lượng tử về hoạt động của của một máy tính lượng tử topo theo cả cách lựa chọn từ và lựa chọn cấu trúc hình ảnh của nó, Catanzano gọi đó là thơ lượng tử. Cô nói: “Mục đích của tôi là viết một bài thơ mà nó có thể tạo ra một giao tiếp giàu trí tưởng tượng và nghiêm ngặt giữa thơ và vật lý”.

Ý tưởng sử dụng các hình tượng văn học để giải thích các khái niệm trong vật lý không phải là mới. Các nhà vật lí từ lâu đã dùng phép ẩn dụ để diễn tả các khái niệm toán học phức tạp. Từ “rối” là một ví dụ như vậy. Các nhà vật lý sử dụng từ này để gợi lên khái niệm về hai hạt lượng tử ràng buộc với nhau theo cách mà sự thao tác trên một hạt ảnh hưởng tức thời đến trạng thái của hạt kia, ngay cả khi hai hạt ở cách xa nhau bởi khoảng cách lớn. Nhưng phép ẩn dụ có thể nguy hiểm; sử dụng lại ngôn ngữ thông thường có thể dẫn đến hiểu lầm. “Từ rối gợi ý rằng các trạng thái của các hạt lượng tử bị đan xen, bện vào nhau, hoặc chồng chập với nhau”, Catanzano nói. Trong thực tế, các hạt rối với nhau không hề có kết nối vật lý nào, điều này đã được nhiều thí nghiệm vật lý lượng tử kiểm nghiệm.

Luis Álvarez-Gaumé, Giám đốc Trung tâm Simons và là người mời Catanzano tới Trung tâm làm việc, cho biết: “Nếu bạn cố gắng ngoại suy ngôn ngữ thông thường từ một thế giới mà con người chưa bao giờ được trực tiếp trải nghiệm, thì rất khó có thể tìm ra những câu từ để diễn tả thực tế cụ thể này.” Tuy nhiên, Álvarez-Gaumé lưu ý, khó khăn này cũng không ngăn cản được các nhà vật lý nỗ lực mô tả cái thế giới khác lạ này – song cũng có một số chuyện buồn cười. Một ví dụ yêu thích của ông là việc sử dụng “màu” và “hương vị” để mô tả các hạt quark. Thực ra các hạt không có màu hoặc hương vị, ông cười khúc khích. “Khi bạn giao tiếp với công chúng theo những cách ẩn dụ như thế, họ có thể rất bối rối.”  

Catanzano nghĩ rằng có thể tránh được sự bối rối nếu tư duy về thơ trở nên phổ biến hơn. Thơ là một dạng ngôn ngữ phức tạp và có sắc thái, vượt ra ngoài các định nghĩa đơn giản trong từ điển của từng từ riêng biệt. Thơ sử dụng nhịp điệu, cấu trúc hình ảnh, ngắt dòng, thứ tự từ và nhiều cách chơi chữ khác để khám phá thế giới vô hình, thay đổi dòng thời gian và diễn tả những gì không thể tưởng tượng được. Với những lý do trên, Catanzano nghĩ rằng thơ là một ngôn ngữ tương thích cho lý thuyết lượng tử. Suy nghĩ này được Giuseppe Mussardo, một nhà vật lý tại Trường Nghiên cứu Cao cấp Quốc tế (SISSA) tại Ý và là một trong những người cung cấp cho Catanzano thông tin về các máy tính lượng tử topo, đồng cảm. “Với ngôn ngữ phong phú do thi ca đem lại, ta có thể có được những công cụ mới để thể hiện các ý tưởng”, Mussardo nói. Nhưng cả ông và Álvarez-Gaumé đều cảnh báo, với bất kỳ một ngôn ngữ mới nào được các nhà vật lý sử dụng rộng rãi, cũng cần phải nắm bắt chính xác khía cạnh toán học của lý thuyết lượng tử. Álvarez-Gaumé nói: “Có lẽ, cuối cùng, chúng ta sẽ tìm thấy một ngôn ngữ lượng tử nào đó, một ngôn ngữ có thể mô tả tương đối chặt chẽ về thiên nhiên”. Nhưng “cho đến nay chúng ta vẫn thất bại thảm hại”.

Nguyễn Bá Ân dịch

Nguồn: https://physics.aps.org/articles/v11/103?utm_campaign=weekly&utm_medium=email&utm_source=emailalert