5 Phút Hiểu Ngay Vật Lý Lượng Tử - Remake !
Sau 2 bài viết về thí nghiệm "con mèo của Schrodinger" và "Người bạn của Wigner" , tôi đã nhận được khá nhiều phản ánh rằng bài viết vẫn ... rất khó hiểu, mặc dù việc lược thuật lại các tính chất của cơ học lượng tử cho đại chúng là việc vô cùng gian nan. (bản thân tôi cũng là một người không chuyên)
Hôm nay tôi sẽ Remake lại 4 tính chất khá quan trọng của vật lý lượng tử một cách dễ hiểu nhất, mà các bạn sẽ gặp rất nhiều trong các bài viết sắp tới của tôi, cũng như các bài viết tương tự khác trên internet.
Nếu ai muốn có cái nhìn chuyên sâu hơn có thể đọc lại bài cũ ở đây :
1/ Vật lý lượng tử là gì ?
Vật lý lượng tử là chuyên ngành vật lý giải thích các hiện tượng ở quy mô nguyên tử hay nhỏ hơn (hạ nguyên tử) như photon, electron...
Trong Vật lý, lượng tử là một lượng nhỏ nhất của một thực thể vật lý, liên quan đến một tương tác nào đó.
VD: photon là lượng tử của ánh sáng.
Ở cấp độ cuộc sống hằng ngày (thế giới vĩ mô), ta hay gọi là chùm sáng hay tia sáng, nhưng khi đi xuống cấp độ vi mô (nguyên tử và dưới nguyên tử), ta sẽ thấy ánh sáng thực ra là các lượng tử rời rạc.
2/ Các tính chất của Vật Lý Lượng Tử ( Dành cho đại chúng )
- LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT
Vào thời của Newton các nhà khoa học tin rằng các nguyên tử chỉ cấu thành từ dạng hạt, tuy nhiên năm 1924, nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie cho rằng các hạt thông thường mang cả tính chất sóng. Từ đó thuật ngữ “lưỡng tính sóng – hạt” ra đời để thể hiện đặc tính của vật chất ở cấp độ nguyên tử và hạ nguyên tử.
Ví dụ : Một photon ánh sáng có thể vừa là hạt, vừa là sóng cùng một lúc.
Mình khuyên các bạn xem hết video về thí nghiệm hai khe này, sẽ hiểu ngay tính chất lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng. Video này gần như hay và dễ hiểu nhất.
___________________
- CHỒNG CHẬP LƯỢNG TỬ - QUANTUM SUPERPOSITION
Định Nghĩa :
1 hệ lượng tử có thể đồng thời tồn tại nhiều trạng thái vật lý khác nhau - cùng một lúc.
Ví Dụ :
-Ngay tính chất lưỡng tính sóng - hạt của các thực thể vật chất ở mức thang nguyên tử đã là một ví dụ về sự chồng chập lượng tử.
-Nếu bạn tung một đồng xu thông thường thì trạng thái của nó chỉ là sấp HOẶC ngửa, nhưng nếu đó là đồng xu lượng tử thì nó "vừa sấp, vừa ngửa" cùng một lúc.
Một ví dụ cuối cùng : nếu tôi và bạn cùng bị thu nhỏ như người kiến xuống ngang mức thang nguyên tử, thì tôi có thể "ở bất kì đâu xung quanh bạn" - đằng trước, đằng sau, phía trên, phía dưới...Và bạn hãy nhớ rằng, sự xuất hiện của tôi là TỨC THỜI ở mọi vị trí [1]
Có vẻ Reverse-Flash đã mượn ý tưởng từ tính chất chồng chập lượng tử.
____________________________
- SỰ MẤT LIÊN KẾT LƯỢNG TỬ - QUANTUM DECOHERENCE
Nếu sự chồng chập lượng tử "ma quái" như thế thì nó sẽ vi phạm nghiêm trọng nhân sinh quan của chúng ta về thế giới vĩ mô. Rất may tất cả các tính chất lượng tử này không tồn tại ở thế giới to lớn mà chúng ta đang sống.
Nhưng giả sử chúng ta muốn quan sát sự chồng chập này thì mắt chúng ta sẽ thấy hình ảnh gì ?
Đồng xu lượng tử vừa sấp vừa ngửa "trông nó sẽ như thế nào?"
Thực ra thế giới lượng tử rất biết cách "chơi khăm" con người, vì mỗi khi chúng ta cố tình quan sát thì sự mất liên kết lượng tử lập tức xảy ra.
Định Nghĩa:
Nếu một hệ thống lượng tử được cách ly hoàn hảo, nó sẽ duy trì sự kết hợp vô thời hạn, chúng ta sẽ không thể thao túng hoặc kiểm tra nó,
Nhưng nếu hệ thống lượng tử đó chịu tác động từ môi trường hoặc các tác nhân bên ngoài ( chúng ta quan sát, đo đạc ) thì các đặc tính lượng tử của hệ thống này sẽ bị làm nhiễu loạn và cuối cùng sẽ biến mất, khiến hệ thống này phải tuân thủ các nguyên tắc vật lý thông thường.
Ví dụ :
-Khi chúng ta bắt đầu quan sát thì đồng xu lượng tử đang "vừa sấp - vừa ngửa" ngay lập tức mất chồng chập và thể hiện duy nhất một trạng thái "sấp - HOẶC - ngửa"
-Tôi chỉ chồng chập ở các vị trí xung quanh bạn ( trong ví dụ thu nhỏ như người kiến ở bên trên ) nếu bạn đang nhắm mắt, còn ngay khi bạn mở mắt nhìn thì bạn sẽ thấy tôi đứng yên. Chính vì vậy tôi mới từng giả sử mặt trăng có thể không tồn tại khi ta không nhìn lên trời nếu mặt trăng lệ thuộc vào các quy tắc vật lý lượng tử.
Nguyên nhân :
Bản chất của sự quan sát là ta phải tương tác với hệ thống lượng tử (ví dụ muốn nhìn thấy thứ gì bằng mắt, chúng ta phải bắn photon ánh sáng vào nó và đợi tia phản xạ đến mắt) Chính sự tương tác này làm nhiễu loạn hệ thống và khiến nó mất chồng chập lượng tử.
__________________
- VƯỚNG VÍU LƯỢNG TỬ : QUANTUM ENTANGLEMENT
Đây là hiệu ứng lượng tử khiến Einstein đã phản ứng khá gay gắt và đã từng không công nhận nó tồn tại.
Định nghĩa :
Vướng lượng tử hay rối lượng tử, liên đới lượng tử là một hiệu ứng trong cơ học lượng tử, trong đó trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể có liên hệ với nhau, dù chúng cách xa tới mức nào, thậm chí là tới khoảng cách lên tới cả nhiều năm ánh sáng.
Giải thích :
"Nếu có hai electron đặt gần nhau, trạng thái lượng tử của chúng có thể liên hệ với nhau" Giờ nếu tách chúng ra xa nhau, hàng trăm thậm chí hàng ngàn năm ánh sáng, chúng vẫn sẽ tiếp tục giữ được mối liên hệ này.
"Nếu lắc nhẹ một electron, electron ở đầu kia sẽ 'cảm ứng' được dao động này ngay lập tức, có thể nhanh hơn tốc độ ánh sáng"
Ví dụ :
Tôi nhân bản thêm 1 đồng xu lượng tử, tôi cho chúng vướng víu với nhau, sau đó tôi giữ 1 đồng ở trái đất, bạn giữ một đồng ở Sao Hỏa. Và điều kì lạ sẽ xảy ra như sau :
Nếu tôi ở Trái Đất quan sát thấy đồng xu đang nằm sấp , ngay lập tức bạn sẽ biết đồng xu ở Sao Hỏa chắc chắn nằm ngửa. Giả sử bạn tiếp tục mang đồng xu đó đến một nơi xa xôi trong vũ trụ cách tôi hàng trăm năm ánh sáng thì hiệu ứng liên đới vẫn có thể xảy ra.
Kỳ lạ là các nhà khoa học chưa tìm thấy một cách thức truyền tin vật lý nào giữa hai đồng xu này ! Chúng dường như có "thần giao cách cảm".
Muốn hiểu kỹ hơn về hiện tượng này bạn nên đọc bài viết sau :
_________________________
- XUYÊN HẦM LƯỢNG TỬ - QUANTUM TUNNELING
Định Nghĩa:
Xuyên hầm lượng tử, hay chui hầm lượng tử là một hiệu ứng lượng tử mô tả sự chuyển dịch của hệ vật chất từ trạng thái này sang trạng thái khác mà thông thường bị ngăn cấm bởi các quy luật vật lý cổ điển (một màng chắn, một chướng ngại vật hay một giới hạn bất kỳ nào đó).
Ảnh minh họa mô tả hiệu ứng xuyên hầm lượng tử.
Ví dụ :
Trong vật lý cổ điển, nếu có hai thung lũng và một ngọn đồi ngăn cách, một hòn bi nằm trong thung lũng thứ nhất sẽ không thể vượt qua ngọn đồi để sang thung lũng thứ hai, nếu nó không được cung cấp một lượng năng lượng nhất định lớn hơn thế năng trên đỉnh đồi.
Tuy nhiên, trong vật lý lượng tử, hòn bi lượng tử có thể xuyên qua đồi bằng năng lượng ít hơn : thông qua đường hầm lượng tử, hoặc thậm chí nó ở thể nằm giữa quả quả đồi.
_______________________
Bây giờ có lẽ các bạn có thể tiếp tục theo dõi các bài viết tiếp theo về lượng tử của tôi rồi phải không nào ^^
[1] Ví dụ thu nhỏ như người kiến : Đây chỉ là 1 ví dụ giả tưởng, nó phi thực tế. Mặc dù nó có thể khiến một số bạn hiểu sai về bản chất "xác suất trong hàm sóng" nhưng tôi không còn cách nào khác để diễn đạt một ví dụ trực quan hơn. Có lẽ vấn đề là ở siêu ngôn ngữ loài người hiện tại đang bất toàn trong việc mô tả vật lý lượng tử. Thực chất tôi không dịch chuyển tức thời, mà tôi sẽ có xác suất ở bất kì đâu xung quanh bạn khi bạn chưa mở mắt.
Nếu đã "hiểu sơ sơ" về 4 tính chất này, các bạn có thể quay trở lại các bài viết về Vật Lý lượng tử tôi đã từng đăng tải để nghiên cứu lại một cách sâu sắc hơn.
1- Thí nghiệm về con mèo của Schrodinger :
2- Thí nghiệm chứng minh hiện thực là chủ quan của Wigner :
Nguồn : Trường Vũ.
Có thể theo dõi tôi tại Facebook :
Hoặc group về Khoa Học nơi tôi chuyên đăng tải các bài viết tương tự
vật lý lượng tử
,chồng chập lượng tử
,vướng víu lượng tử
,rối lượng tử
,xuyên hầm lượng tử
,khoa học
em không thể xem được video ở phần lưỡng tính sóng hạt, mong anh xem lại ạ.
Phương Anh Doãn
em không thể xem được video ở phần lưỡng tính sóng hạt, mong anh xem lại ạ.