-
★
24
0
*Cơ học lượng tử là gì?
- Cơ học lượng tử là lý thuyết vật lý nghiên cứu về hành vi của các hạt vi mô như electron, proton, photon. Tại đây, các lý thuyết vật lý cổ điển không còn áp dụng được.
*Bên trong nguyên tử là gì?
- Bên trong nguyên tử là vùng xác suất electron (đám mây electron) và ngay cả hạt nhân cũng có vùng xác suất của neutron và proton (mật độ hạt nhân). Proton và neutron đều không phải hạt cơ bản, và chúng được cấu tạo từ các quark. Có 6 loại quark là (up, down, top, bottom, strange, charm). Nhưng 2 quark phổ biến nhất là up (u) có điện tích là +2/3 và down (d) có điện tích là -1/3. Proton được cấu tạo từ 2 quark up và 1 quark down (uud) và neutron cấu tạo từ 1 quark up và 2 quark down (udd) các quark trong neutron và proton liên kết với nhau bằng gluon, hạt truyền lực của lực tương tác mạnh giữ các quark lại với nhau để tạo thành proton hay neutron. Tổng proton và neutron gọi là nucleon và các proton và neutron trong hạt nhân liên kết với nhau bởi lực hạt nhân dư, là phần còn sót lại của lực tương tác mạnh giữa neutron và proton hút nhau để tạo thành hạt nhân nguyên tử.
I. Lưỡng tính sóng-hạt
- Trước đây, các nhà khoa học không biết rõ ánh sáng (photon) là sóng hay là hạt, họ có thể coi ánh sáng là hạt vì nó phản xạ lại khi chiếu vào gương hoặc tin nó là sóng vì khi chiếu xuống nước thì bị bẻ cong. Cho đến khi Thomas Young thực hiện thí nghiệm 2 khe (double-slit experiment). Thí nghiệm khe đôi của Young chứng minh ánh sáng có tính chất sóng. Sau đó, các thí nghiệm như hiệu ứng quang điện cho thấy ánh sáng cũng có tính chất hạt, dẫn đến khái niệm lưỡng tính sóng-hạt.
-Thí nghiệm 2 khe hay double-slit experiment được thực hiện bởi Thomas Young. Là thí nghiệm vật lý gây nhiều tranh cãi nhất lịch sử, thí nghiệm này chứng minh ánh sáng là cả sóng và hạt, chi tiết như sau:
+Khi nguồn sáng (Light Source) chiếu qua tấm kim loại (Metal Sheet) có 2 khe, ánh sáng chiếu qua lúc này ở trạng thái chồng chập (superposition), nghĩa là hàm sóng của nguồn sáng photon có thể là sự chồng chập của khả năng đi qua khe 1 và khe 2. Và các sóng photon này khi chiếu qua 2 khe, nó sẽ giao thoa với nhau và trên màn quan sát (Screen), ta có thể thấy những sọc vân giao thoa. Những sọc vẫn này là kết quả của các hàm sóng photon giao thoa và cộng hưởng. Ở vùng sáng, đó là nơi các hàm sóng cộng hưởng với xác suất xuất hiện cao. Vùng tối là nơi các hàm sóng triệt tiêu nhau. Khi chiếu từng photon thì sao?. Khi chiếu từng photon thì khi chiếu photon đầu tiên, sẽ có 1 đốm sáng trên màn, chiếu 10 photon, bạn sẽ có 10 đốm sáng rải rác. Và điều thú vị là ánh sáng trên màn hoàn toàn bị giữ lại ngay cả khi bạn không chiếu thêm. Nhưng lý do tại sao khi tắt laser bạn không thấy là vì các nguyên tử cấu tạo màn chắn đó đang "hấp thụ năng lượng" của photon để chuyển hóa thành dạng năng lượng khác như động năng (rung động của nguyên tử bên trong) hay nhiệt năng (làm nóng bề mặt).
- Thêm một sự đáng sợ của thí nghiệm này đã làm các nhà khoa học phát hiện ra nó "rùng mình". Khi dùng thiết bị đo đạc kỹ thuật như camera có khả năng đo đạc để quay nó, các sọc vân sẽ biết mất ngay lập tức. Nhưng nếu là camera chỉ để quan sát và không đo được, nó sẽ giữ lại các vân giao thoa. Nghĩa là nếu tháng 1 năm 2026 con người đặt 1 chiếc camera cách đó 3 km không quay và tính hạt nào qua khe nào được thì vân vẫn sẽ xuất hiện. Nhưng nếu tháng 2 năm 2026 cũng ở vị trí đó mà camera lại quay và tính được thì vân giao thoa sẽ biến mất. Nhưng nếu chỉ quay mà không tính, vân giao thoa sẽ xuất hiện. Nhưng không thể quay trước rồi dùng video đó để tính sau, vì video đó sẽ không tính được vì nó chỉ quay các sóng chứ không quay các hạt đi vào khe nào. Nếu quay được thì đó là một thiết bị có thể tính và vân giao thoa sẽ biến mất.
II. Electron di chuyển trong nguyên tử
- Electron dịch chuyển trong nguyên tử ở một vùng xác suất gọi là đám mây electron, vùng này là vùng electron có khả năng xuất hiện và ta không thể biết chính xác vị trí của electron bởi Nguyên lý bất định Heisenberg với phát biểu rằng "chúng ta không thể đo đạc đồng thời chính xác cả vị trí và động lượng (vận tốc nhân khối lượng) của một hạt vi mô (như electron) tại cùng một thời điểm". Và nếu chúng ta cố xác định vị trí của nó, đưa nó vào trạng thái hạt, thì độ bất định về xung lượng của nó càng lớn, nếu bạn ép nó vào một điểm cố định, nó sẽ văng ra khỏi hệ thống với năng lượng cực lớn.
III. Sự sụp đổ của hàm sóng
- Là sự thu hẹp về một trạng thái duy nhất của hàm sóng khi thông tin đã bị ghi nhận. Ví dụ nếu đo được photon nào vào khe nào rơ thí nghiệm 2 khe, trạng thái duy nhất là photon đó đi qua khe đó và sóng được xác định, ghi nhận thông tin đó. Hay với electron, ở trạng thái chồng chập, bạn thấy electron ở cả 2 trạng thái A và B cùng lúc. Nhưng khi đo, bạn đo chính xác electron ở trạng thái nào, hàm sóng sụp đổ.
IV. Sự chồng chập lượng tử
- Là trạng thái các hạt ở trạng thái chồng chập (tồn tại trong trạng thái chồng chập của các khả năng A và B). Để phá vỡ trạng thái chồng chập, cần sự sụp đổ của hàm sóng, tức là xác định và đo đạc để có một "chân lý", kết quả chính xác. Lúc đó, không còn trạng thái chồng chập
V. Sự vướng víu lượng tử
- Là sự liên kết chặt chẽ của 2 hay nhiều hạt trở lên liên kết với nhau đến mức không thể mô tả riêng từng hạt được nữa. Ví dụ, nếu có 2 electron được tạo ra trong một trạng thái đặc biệt có tổng spin bằng 0, nghĩa là electron 1 có thể có spin up hoặc down và electron 2 cũng tương tự. Và nếu giả sử electron 1 có spin là up thì electron 2 sẽ có spin là down. Và điều đặc biệt là khoảng cách không phá vỡ sự liên kết này. Nếu electron 1 và 2 cách nhau hàng trăm năm ánh sáng thì kết quả vẫn như thế. Và đây là thứ mà Einstein gọi là "tác động ma quái từ xa" (spooky action at a distance).
- Cơ học lượng tử là lý thuyết vật lý nghiên cứu về hành vi của các hạt vi mô như electron, proton, photon. Tại đây, các lý thuyết vật lý cổ điển không còn áp dụng được.
*Bên trong nguyên tử là gì?
- Bên trong nguyên tử là vùng xác suất electron (đám mây electron) và ngay cả hạt nhân cũng có vùng xác suất của neutron và proton (mật độ hạt nhân). Proton và neutron đều không phải hạt cơ bản, và chúng được cấu tạo từ các quark. Có 6 loại quark là (up, down, top, bottom, strange, charm). Nhưng 2 quark phổ biến nhất là up (u) có điện tích là +2/3 và down (d) có điện tích là -1/3. Proton được cấu tạo từ 2 quark up và 1 quark down (uud) và neutron cấu tạo từ 1 quark up và 2 quark down (udd) các quark trong neutron và proton liên kết với nhau bằng gluon, hạt truyền lực của lực tương tác mạnh giữ các quark lại với nhau để tạo thành proton hay neutron. Tổng proton và neutron gọi là nucleon và các proton và neutron trong hạt nhân liên kết với nhau bởi lực hạt nhân dư, là phần còn sót lại của lực tương tác mạnh giữa neutron và proton hút nhau để tạo thành hạt nhân nguyên tử.
I. Lưỡng tính sóng-hạt
- Trước đây, các nhà khoa học không biết rõ ánh sáng (photon) là sóng hay là hạt, họ có thể coi ánh sáng là hạt vì nó phản xạ lại khi chiếu vào gương hoặc tin nó là sóng vì khi chiếu xuống nước thì bị bẻ cong. Cho đến khi Thomas Young thực hiện thí nghiệm 2 khe (double-slit experiment). Thí nghiệm khe đôi của Young chứng minh ánh sáng có tính chất sóng. Sau đó, các thí nghiệm như hiệu ứng quang điện cho thấy ánh sáng cũng có tính chất hạt, dẫn đến khái niệm lưỡng tính sóng-hạt.
-Thí nghiệm 2 khe hay double-slit experiment được thực hiện bởi Thomas Young. Là thí nghiệm vật lý gây nhiều tranh cãi nhất lịch sử, thí nghiệm này chứng minh ánh sáng là cả sóng và hạt, chi tiết như sau:
+Khi nguồn sáng (Light Source) chiếu qua tấm kim loại (Metal Sheet) có 2 khe, ánh sáng chiếu qua lúc này ở trạng thái chồng chập (superposition), nghĩa là hàm sóng của nguồn sáng photon có thể là sự chồng chập của khả năng đi qua khe 1 và khe 2. Và các sóng photon này khi chiếu qua 2 khe, nó sẽ giao thoa với nhau và trên màn quan sát (Screen), ta có thể thấy những sọc vân giao thoa. Những sọc vẫn này là kết quả của các hàm sóng photon giao thoa và cộng hưởng. Ở vùng sáng, đó là nơi các hàm sóng cộng hưởng với xác suất xuất hiện cao. Vùng tối là nơi các hàm sóng triệt tiêu nhau. Khi chiếu từng photon thì sao?. Khi chiếu từng photon thì khi chiếu photon đầu tiên, sẽ có 1 đốm sáng trên màn, chiếu 10 photon, bạn sẽ có 10 đốm sáng rải rác. Và điều thú vị là ánh sáng trên màn hoàn toàn bị giữ lại ngay cả khi bạn không chiếu thêm. Nhưng lý do tại sao khi tắt laser bạn không thấy là vì các nguyên tử cấu tạo màn chắn đó đang "hấp thụ năng lượng" của photon để chuyển hóa thành dạng năng lượng khác như động năng (rung động của nguyên tử bên trong) hay nhiệt năng (làm nóng bề mặt).
- Thêm một sự đáng sợ của thí nghiệm này đã làm các nhà khoa học phát hiện ra nó "rùng mình". Khi dùng thiết bị đo đạc kỹ thuật như camera có khả năng đo đạc để quay nó, các sọc vân sẽ biết mất ngay lập tức. Nhưng nếu là camera chỉ để quan sát và không đo được, nó sẽ giữ lại các vân giao thoa. Nghĩa là nếu tháng 1 năm 2026 con người đặt 1 chiếc camera cách đó 3 km không quay và tính hạt nào qua khe nào được thì vân vẫn sẽ xuất hiện. Nhưng nếu tháng 2 năm 2026 cũng ở vị trí đó mà camera lại quay và tính được thì vân giao thoa sẽ biến mất. Nhưng nếu chỉ quay mà không tính, vân giao thoa sẽ xuất hiện. Nhưng không thể quay trước rồi dùng video đó để tính sau, vì video đó sẽ không tính được vì nó chỉ quay các sóng chứ không quay các hạt đi vào khe nào. Nếu quay được thì đó là một thiết bị có thể tính và vân giao thoa sẽ biến mất.
II. Electron di chuyển trong nguyên tử
- Electron dịch chuyển trong nguyên tử ở một vùng xác suất gọi là đám mây electron, vùng này là vùng electron có khả năng xuất hiện và ta không thể biết chính xác vị trí của electron bởi Nguyên lý bất định Heisenberg với phát biểu rằng "chúng ta không thể đo đạc đồng thời chính xác cả vị trí và động lượng (vận tốc nhân khối lượng) của một hạt vi mô (như electron) tại cùng một thời điểm". Và nếu chúng ta cố xác định vị trí của nó, đưa nó vào trạng thái hạt, thì độ bất định về xung lượng của nó càng lớn, nếu bạn ép nó vào một điểm cố định, nó sẽ văng ra khỏi hệ thống với năng lượng cực lớn.
III. Sự sụp đổ của hàm sóng
- Là sự thu hẹp về một trạng thái duy nhất của hàm sóng khi thông tin đã bị ghi nhận. Ví dụ nếu đo được photon nào vào khe nào rơ thí nghiệm 2 khe, trạng thái duy nhất là photon đó đi qua khe đó và sóng được xác định, ghi nhận thông tin đó. Hay với electron, ở trạng thái chồng chập, bạn thấy electron ở cả 2 trạng thái A và B cùng lúc. Nhưng khi đo, bạn đo chính xác electron ở trạng thái nào, hàm sóng sụp đổ.
IV. Sự chồng chập lượng tử
- Là trạng thái các hạt ở trạng thái chồng chập (tồn tại trong trạng thái chồng chập của các khả năng A và B). Để phá vỡ trạng thái chồng chập, cần sự sụp đổ của hàm sóng, tức là xác định và đo đạc để có một "chân lý", kết quả chính xác. Lúc đó, không còn trạng thái chồng chập
V. Sự vướng víu lượng tử
- Là sự liên kết chặt chẽ của 2 hay nhiều hạt trở lên liên kết với nhau đến mức không thể mô tả riêng từng hạt được nữa. Ví dụ, nếu có 2 electron được tạo ra trong một trạng thái đặc biệt có tổng spin bằng 0, nghĩa là electron 1 có thể có spin up hoặc down và electron 2 cũng tương tự. Và nếu giả sử electron 1 có spin là up thì electron 2 sẽ có spin là down. Và điều đặc biệt là khoảng cách không phá vỡ sự liên kết này. Nếu electron 1 và 2 cách nhau hàng trăm năm ánh sáng thì kết quả vẫn như thế. Và đây là thứ mà Einstein gọi là "tác động ma quái từ xa" (spooky action at a distance).
