LƯỚi tưƠng giao

Vì electron và photon đều xem như hóa thân của qubit cho nên thay vì nói theo ngôn ngữ của thuyết thông tin lượng tử, ‘thế giới là do qubit cấu thành’ ta có thể nói theo ngôn ngữ của thuyết lượng tử điện động lực (quantum electrodynamics; thuyết về ánh sáng và vật chất, sau này sẽ gọi tắt là QED), ‘mọi sự vật đều xác định bởi sự tương tác giữa các electron (vật chất) với nhau và với các photon (năng lượng)’. Thế giới và cả chúng ta tất cả đều do nguyên tử cấu thành, và nguyên tử gồm một hạt nhân đặc sít ở giữa bao quanh bởi một đám mây electron. Electron là tướng mạo của nguyên tử, và tương tác giữa nguyên tử và phân tử thật ra là tương tác giữa các đám mây electron. Theo QED, electron tương tác bằng cách trao đổi photon. Một electron phát ra một photon và chuyển động “giựt lùi”, hay một electron hấp thu một photon và tiếp nhận một “cái đá”. Mọi biến cố do tương tác giữa các electron đều có thể diễn tả như vậy.

Đối với các thuyết lượng tử vấn đề nan giải là phải giải thích hiện tượng vướng mắc, cái mà Einstein gọi là ‘tác động ma quỉ qua khoảng cách’ (spooky action at a distance). Khó khăn ở đây là phải cắt nghĩa làm thế nào có sự nối kết tức thời và hai chiều giữa hai lượng tử vướng mắc pha. QED giải thích như thế nào?

Trước hết tưởng cần nhắc đến thuyết điện từ động lực học của James Clerk Maxwell (1864) được tóm tắt trong bốn phương trình, có thể dùng để giải bất cứ bài toán điện và từ nào không liên can đến hiệu quả lượng tử. Đặc biệt là các phương trình này chứa một hằng số ký hiệu là c tuy xuất phát từ kết quả đo lường điện tính và từ tính của các điện tích di chuyển hay đứng yên là những sự kiện không liên quan sóng và tốc độ lớn, thế mà trị số đo được đúng là tốc độ của ánh sáng. Do đó, ánh sáng được quan niệm là sóng điện từ truyền dẫn với tốc độ c bằng ba trăm ngàn cây số mỗi giây.

Phương trình Maxwell có hai lời giải, lời giải sóng trễ (retarded wave) mô tả sóng truyền dẫn đi tới trong thời gian từ quá khứ tới vị lai, và lời giải sóng sớm (advanced wave) mô tả sóng truyền dẫn đi lùi trong thời gian từ vị lai lùi vào quá khứ. Hai sóng này truyền dẫn ngược chiều thời gian nhưng cùng một tốc độ, tốc độ ánh sáng trong không. Gọi là sóng trễ vì nó đến nơi sau khi được phát ra, còn sóng sớm thời đến nơi trước khi được phát ra. Sóng trễ phần nào có thể ví với các làn sóng lan rộng đều khắp mọi hướng trong không trung từ một anten rađiô hay các sóng nước lan rộng từ điểm một viên sỏi rơi xuống mặt hồ; sóng sớm phần nào có thể ví với các làn sóng truyền tới anten rađiô từ khắp mọi phương hay các sóng nước bắt đầu từ bờ hồ truyền dẫn cùng về một điểm là trung tâm mặt hồ. 

Từ trước đến nay không có thí nghiệm nào phát hiện sóng sớm và tất cả sóng ánh sáng biết được đều là sóng trễ cho nên lời giải sóng sớm bị gạt bỏ một bên xem như không lợi ích mặc dầu sóng sớm là một phần của câu hỏi rộng lớn hơn: tại sao “mũi tên thời gian” trong khi hết thảy mọi định luật cơ bản của vật lý học không phát hiện một chiều thời gian nào đặc biệt?

Vào đầu năm 1941, trước một cử tọa gồm sinh viên và giáo sư Đại học Princeton, trong đó có Einstein và Pauli, sinh viên cao học Richard Feynman (có giáo sư hướng dẫn là John Wheeler và sau này là một trong ba khoa học gia được Giải Nobel Vật lý 1965 vì có công khai phá QED) trình bày và được tán đồng kết quả nghiên cứu đầu tay là sử dụng sóng sớm để giải thích vì sao khi sóng phát ra vừa lìa khỏi electron thời electron giựt lùi theo chiều ngược lại. Lối nhìn không phân biệt sóng trễ và sóng sớm của Feynman là nhãn quan căn bản của thuyết thiết bị hấp thu bức xạ Wheeler-Feynman (The Wheeler-Feynman absorber theory of radiation).

Theo Wheeler và Feynman, sự phát sóng không làm electron giựt lùi như cách giải thích “tác động và phản ứng” của vật lý học cổ điển. Electron không tương tác với sóng do nó phát ra. Nó giựt lùi là do tác động của một sóng sớm phát ra từ một electron khác khi electron này hấp thu sóng trễ do nó phát. Thuyết Wheeler-Feynman mô tả hiện tượng trao đổi photon giữa hai electron như sau. Electron A phát ra nhưng không giựt lùi một nửa sóng (sóng trễ) truyền tới trong thời gian với tốc độ ánh sáng. Sóng này khi được hấp thu, động lượng của nó làm giựt lùi thiết bị hấp thu nó, một electron khác gọi là B. Kích động bởi chuyển động giựt lùi, electron B phát ra một nửa sóng (sóng sớm) truyền lùi trong thời gian đến electron A với tốc độ ánh sáng. Động lượng của sóng này làm electron A giựt lùi khi hấp thu nó.

Theo thuyết tương đối hẹp, thời gian không hiện hữu đối với một photon. Thời gian trao đổi photon là zero. Photon không phân biệt sự truyền dẫn sóng tới hay lùi trong thời gian.

Thuyết Wheeler-Feynman chỉ đề cập các sóng điện từ. Vật lý gia John G. Cramer, Đại học Washington, áp dụng thuyết ấy vào các sóng lượng tử  để mô tả sự tương tác giữa các hệ thống lượng tử. Phương trình sóng Schrodinger sau khi được biến cải để chấp nhận những hiệu quả của thuyết tương đối cũng có hai lời giải giống như trường hợp phương trình Maxwell. Cramer dùng nó mô tả sự tương tác mà ông gọi là sự “giao dịch” (transaction) giữa hai hệ thống lượng tử. Ông ví “giao dịch” như  cái “bắt tay” (handshaking) giữa hai hệ thống ở đâu đó trong không gian và thời gian. Đó là cách ông dùng ngôn ngữ thông thường (không toán học) để nói đến sự tương tác tức thời, nghĩa là xảy ra theo hai chiều ngược nhau mà đồng thời. Tiếc rằng ông không học Duy thức để ví sự tương tác tức thời với “Tam pháp triển chuyển, Nhân quả đồng thời”, tổng hợp hai chuyển biến đồng thời và nghịch chiều, kàrana <= => kàrya.

Hình sau đây tóm lược cách Cramer giải thích sự “giao dịch” trong cơ học lượng tử. 

Trên hết: Một electron E dao động phát ra một hỗn hợp hai sóng ngược chiều, gọi là “sóng đề nghị”: một sóng trễ và một sóng sớm. Sóng trễ truyền tới vị lai cho đến khi gặp electron A hấp thu năng lượng nó chuyển tải. Sự hấp thu làm A dao động và phát ra một sóng trễ mới hỗ giao tương triệt với sóng trễ trước. Trong vị lai của A, tổng hiệu quả là không có trường sóng trễ.

Ở giữa: Electron A cũng có phát ra một sóng sớm gọi là “sóng xác nhận”, truyền lùi trong thời gian đến nguồn phát xạ E. Sóng xác nhận bị E hấp thu, làm E giựt lùi và phát ra một sóng sớm mới truyền vào quá khứ. Sóng mới này hỗ giao tương triệt với sóng sớm trước. Như thế, không có bức xạ nào truyền lùi vào quá khứ  trước lúc E phát ra sóng trễ nguyên thỉ. 

Dưới hết: Chỉ còn lại một cặp sóng nối kết nguồn phát xạ E và hệ thống hấp thu A, cấu thành bởi nửa sóng trễ chuyển tải năng lượng dương truyền tới vị lai và nửa sóng sớm chuyển tải năng lượng âm truyền lùi vào quá khứ. Hai sóng này hỗ tương nhiếp nhập tạo thành sóng “giao dịch”, truyền dẫn từ nguồn đến hệ thống hấp thu theo mũi tên thời gian. 

Trên đây diễn tả quá trình các biến cố theo thứ tự trước sau. Nhưng trong thực tế, quá trình biến cố là phi thời gian, tất cả đồng thời câu khởi. Lý do: Tín hiệu vận chuyển với tốc độ ánh sáng hoàn tất tức thời bất kỳ lộ trình truyền dẫn nào, thời gian truyền dẫn luôn luôn là zero. Quả vậy, đối với tín hiệu ánh sáng mọi điểm trong Vũ trụ ở sít ngay bên mọi điểm khác trong Vũ trụ. Trong khung quy chiếu của chúng thời gian truyền dẫn là zero, và +0 = -0, cho nên không có sự phân biệt sóng truyền dẫn tới hay lùi. 

Trong Vũ trụ (tức trong không gian và thời gian), khi một electron dao động nó đồng thời phát ra một sóng (trễ) truyền tới vị lai và một sóng (sớm) lùi vào quá khứ. Bất kỳ ở đâu trong Vũ trụ các sóng ấy khi gặp một electron khác sẽ làm electron này dao động và đồng thời bức xạ trong cả hai chiều, truyền tới vị lai và lùi vào quá khứ. Kết quả là hiện thành một mạng lưới sóng điện từ hỗ tương nhiếp nhập và hỗ giao tương tác, phủ kín toàn thể Vũ trụ, tất cả do sự dao động của duy chỉ một electron. Áp dụng phép tính xác suất sẽ thấy hầu hết các sóng tương hủy, còn lại một số truyền trở về electron nguyên thỉ. Những gì quan sát được gồm toàn sóng trễ lan truyền theo mũi tên thời gian, còn sóng sớm bất khả quan trắc thời xác định vị trí tương đối của electron trong toàn thể mạng lưới và biểu hiện qua phản ứng giựt lùi. 

Điểm đặc sắc ở đây là electron giựt lùi đồng thời với khi bức xạ. Hiệu quả rõ ràng nhất của các sóng sớm là nhiếp nhập mỗi mỗi electron vào trong toàn thể mạng lưới điện từ phủ kín Vũ trụ. Nếu một electron trong một phòng thí nghiệm trên quả đất trải qua một sự biến, phản ứng giựt lùi của nó là bằng chứng các sóng liên hệ ngược (feedback waves) đã được hấp thu, báo tin mọi hạt tích điện trong Vũ trụ cách xa quả đất bao nhiêu đi nữa cũng đã biết tức khắc sự biến ấy, mặc dầu không tín hiệu nào truyền chuyển qua lại giữa các hạt tích điện trong Vũ trụ nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

“Giựt lùi” là nói theo ngôn ngữ thông thường để diễn tả một đại lượng gọi là tánh cản trở bức xạ của electron (radiation resistance). Electron bức xạ mỗi khi tăng tốc độ vì bị đẩy, tuy nhiên năng lượng bức xạ không nhiều như năng lượng dùng để đẩy nó. Cần năng lượng đẩy nó vì phải chế phục tánh cản trở bức xạ của nó. Gọi là tánh cản trở bức xạ bởi vì tánh này liên hợp với gia tốc phát sinh bức xạ. Theo cách giải thích lượng tử tương tác trên đây, thời tánh cản trở bức xạ của electron là một xuất hiện tánh (duyên khởi), kết quả tác dụng của tất cả sóng sớm phát ra từ hết thảy mọi hạt tích điện trong Vũ tru đã hấp thu sóng trễ nó phát. Như vậy mọi electron đều là vừa nhân vừa quả của toàn mạng lưới sóng điện từ, hay nói theo Pháp Tạng, vừa Không vừa Hữu, vừa hữu lực vừa vô lực.

Thế giới của electron và photon trong thuyết thiết bị hấp thu bức xạ có thể xem như một mô hình toán học của Pháp giới Hoa nghiêm. Sóng truyền tới vị lai hay lùi vào quá khứ diễn tả khái niệm thời gian quá khứ và vị lai như cuộn tròn trong giây phút tức thời hiện tại, một cái hiện tại vận hành bất tuyệt. Trong thế giới phi thời gian đó, tương tác giữa các biến tượng cá biệt xảy ra tức thời, nghĩa là theo hai chiều ngược nhau và đồng thời. Trong Hoa nghiêm nghĩa hải bách môn của Pháp Tạng có những đoạn đồng ý nghĩa với khái niệm vận hành của sóng và hạt như trình bày trên: “Hạt bụi ở gần và thế giới mười phương ở xa. Nhưng hạt bụi không có thể chất nên nhiếp nhập khắp mười phương. Nói cách khác, mười phương là tất cả phương của hạt bụi. Do đó ở xa luôn luôn là ở gần ... Mười phương nhiếp thu trong một hạt bụi cho nên luôn luôn ở gần mặc dầu ở xa, và hạt bụi phổ cập khắp mười phương cho nên luôn luôn ở xa mặc dầu ở gần.”

“Hạt bụi không có tự tính. Khi thể chất hiện tiền và thấm nhập toàn mười phương thời đó là duỗi ra. Mười phương không có thể chất và toàn hiện trong hạt bụi do duyên khởi thời đó là co rút. Kinh (Hoa nghiêm) nói: ‘Một quốc độ làm đầy cả mười phương, Mười phương nhập vào một (quốc độ) cũng không dư thừa.’ Khi co lại, hết thảy sự vật hiện thành trong một hạt bụi. Khi duỗi ra, hạt bụi thu nhiếp mỗi mỗi sự vật.  Duỗi ra luôn luôn là co rút, vì hạt bụi bao trùm mọi vật. Co rút luôn luôn là duỗi ra vì mọi vật bao trùm hạt bụi.”

Hồng Dương