Mình thắc mắc là ánh sáng xuyên qua cửa kính có phải là hiện tượng xuyên hầm lượng tử không ạ :/?
ánh sáng
,lượng tử
,khoa học
* Lưu ý: khá dài do mình giải thích cả 2 hiện tượng, và vật lý lượng tử thì ko phải cái dễ hiểu, đây là cái hiểu của mình. Dài quá thì đọc kết luận nhé :D
* Bản chất của việc ánh sáng xuyên qua 1 vật hay ko là việc photon (lượng tử ánh sáng) có xuyên qua vật hay ko. Đây là nguyên lý tóm tắt, nhác đọc có thể bỏ qua.
Vật có cấu tạo từ nguyên tử bao gồm hạt nhân và electron. Các electron có những khoảng cách xác định quanh hạt nhân gọi là mức năng lượng. Các electron có thể hấp thụ 1 photon (có thể thấy qua hiệu ứng quang điện) để "nhảy" lên 1 mức cao hơn (rồi "nhảy" xuống lại và phát ra 1 photon, nhưng mình ko nói đến ở đây). Vì electron có các mức năng lượng cố định nên các photon phải có năng lượng đúng bằng mức năng lượng sao cho mức năng lượng của electron hiện tại cộng với năng lượng đó thì bằng mức mà electron sẽ nhảy lên.
Nên có nghĩa photon phải phù hợp với electron thì nó mới hấp thụ.
Ở kính, do thiếu các electron có thể hấp thụ đc các photon trong dải phổ nhìn thấy, nên ánh sáng nhìn thấy đc kính cho đi qua, nghĩa là nó trong suốt. Tương tự đối với các dải tần số bức xạ khác và các vật rắn khác.
* Mặc khác hiện tượng chui hầm lượng tử ko phải có nghĩa 1 hạt vi mô chui xuyên qua 1 vật, nó ko giống như nghĩa đen của tên gọi. Hiện tượng chui hầm lượng tử là đặc trưng của vật lý lượng tử. Giải thích dài dòng là:
Các hạt vi mô ko phải là 1 hạt có thể nhìn sờ đc. Ví dụ như electron, nó ko quay quanh hạt nhân như Hệ Mặt Trời (vì vậy nói vi mô tương đồng vĩ mô rất cưỡng ép). Nó như 1 đâm mây bao quanh hạt nhân, hóa cấp 3 gọi là orbital. Vì vậy, ứng với 1 hạt sẽ có 1 khái niệm gọi là "Hàm sóng" (lưu ý là khái niệm), nó, nói chung, cho ta biết về mọi thông số về trạng thái của 1 hệ vật lý, ở đây là electron.
Để cho dễ hiểu, đối với vật vĩ mô, đi từ Hà Nội vào TpHCM sẽ là 1 đường thẳng trên bản đồ, nhưng đối với hạt vi mô, đi từ HN vào TpHCM sẽ có thể đi thẳng 1 đường từ Bắc vào Nam, hoặc cũng có thể lên Tây Bắc vòng qua Lào, Campuchia, hoặc nữa cũng có thể xuống Quảng Ninh đi tàu vào SG, thậm chí có thể bay lên Mặt Trăng rồi vòng xuống lại. Hàm sóng là tổng hợp xác suất những cái đó. Đi thẳng tất nhiên có xác suất cao nhất, còn đi lên Cung Trăng thì tất nhiên xác suất gần như bằng không, nhưng vẫn có thể xảy ra chứ, nên nó cũng phải tính vào hàm sóng.
Trở lại Hiệu ứng chui hầm lượng tử. Ví dụ hay dùng nhất là hạt ở giữa thung lũng 2 bên là 2 quả đồi, ví dụ cao 100m, vậy để hạt bay qua bên kia đồi cần 1 năng lượng để hạt bay lên 101m. Vật lý cổ điển, nếu chỉ cấp năng lượng cho hạt bay lên đc 99m thì hạt sẽ vĩnh viễn ở lại thung lũng, quả đồi đó gọi là hàng rào thế năng.
Nhưng với hạt vi mô, hàm sóng của nó sẽ bao gồm những cách mà hạt sẽ đi qua quả đồi. Cấp 1 )ượng năng lượng cho hạt có thể nhảu đc 99m. Tất nhiên xác suất lớn nhất là hạt sẽ nhảy lên 99m và đâm đầu vào hàng rào thế năng (quả đồi), rồi rớt xuống lại. Nhưng vẫn có những con đường có thể xảy ra khi hạt có thể chỉ nhảy lên đến 90m và cái kết tương tự như trên, hoặc bay lên đến Cung Trăng và vượt qua ngọn đồi. Dĩ nhiên, (có vẻ hơi nhiều cái tất nhiên) xác suất ở đây là cực thấp, nhưng vì số lượng lượng tử là rất lớn nên sẽ có những hạt "vượt rào" theo cách đó. Đối với thế giới vĩ mô, ta sẽ thấy y như hạt đào hầm xuyên qua cái đồi kia, (chứ nhảy ko tới sao qua được). Và cái tên chui hầm từ đó ra. Chứ thực tế ko có cái hầm nào cả.
Liên quan đến câu hỏi, chui hầm ko có nghĩa là photon chui xuyên qua tấm kính.
* Tổng kết: đối với câu hỏi, kết luận là KHÔNG. Vì bản chất 2 hiện tượng là rất khác nhau, mặc dù đều xảy ra ở cấp độ vi mô. Nhưng ánh sáng xuyên qua kính là sự hấp thụ photon của electron, còn chui hầm lượng tử là tuyến đường đi vòng vèo của hạt khá kỳ quái, chứ photon ko chui qua đâu cả.
* Thêm: Trực quan hơn. Nếu bạn biết về Hiện tượng chui hầm thì có thể thấy xác suất chui hầm là rất thấp, nên sẽ ko có chuyện hầu như mọi photon đều chui hầm để xuyên qua kính. Và cũng có thể thấy nếu ánh sáng xuyên qua là do chui hầm thì mọi thứ sẽ đều trở nên trong suốt vì hiện tượng chui hầm này có thể xảy ra ở mọi vật thể. Nên 1 lần nữa, có thể khẳng định, ánh sáng xuyên qua gương không phải nhờ hiện tượng Chui hầm lượng tử. Đừng để cái tên nó lừa bạn.
Nguyễn Quang Vinh
* Lưu ý: khá dài do mình giải thích cả 2 hiện tượng, và vật lý lượng tử thì ko phải cái dễ hiểu, đây là cái hiểu của mình. Dài quá thì đọc kết luận nhé :D
* Bản chất của việc ánh sáng xuyên qua 1 vật hay ko là việc photon (lượng tử ánh sáng) có xuyên qua vật hay ko. Đây là nguyên lý tóm tắt, nhác đọc có thể bỏ qua.
Vật có cấu tạo từ nguyên tử bao gồm hạt nhân và electron. Các electron có những khoảng cách xác định quanh hạt nhân gọi là mức năng lượng. Các electron có thể hấp thụ 1 photon (có thể thấy qua hiệu ứng quang điện) để "nhảy" lên 1 mức cao hơn (rồi "nhảy" xuống lại và phát ra 1 photon, nhưng mình ko nói đến ở đây). Vì electron có các mức năng lượng cố định nên các photon phải có năng lượng đúng bằng mức năng lượng sao cho mức năng lượng của electron hiện tại cộng với năng lượng đó thì bằng mức mà electron sẽ nhảy lên.
Nên có nghĩa photon phải phù hợp với electron thì nó mới hấp thụ.
Ở kính, do thiếu các electron có thể hấp thụ đc các photon trong dải phổ nhìn thấy, nên ánh sáng nhìn thấy đc kính cho đi qua, nghĩa là nó trong suốt. Tương tự đối với các dải tần số bức xạ khác và các vật rắn khác.
* Mặc khác hiện tượng chui hầm lượng tử ko phải có nghĩa 1 hạt vi mô chui xuyên qua 1 vật, nó ko giống như nghĩa đen của tên gọi. Hiện tượng chui hầm lượng tử là đặc trưng của vật lý lượng tử. Giải thích dài dòng là:
Các hạt vi mô ko phải là 1 hạt có thể nhìn sờ đc. Ví dụ như electron, nó ko quay quanh hạt nhân như Hệ Mặt Trời (vì vậy nói vi mô tương đồng vĩ mô rất cưỡng ép). Nó như 1 đâm mây bao quanh hạt nhân, hóa cấp 3 gọi là orbital. Vì vậy, ứng với 1 hạt sẽ có 1 khái niệm gọi là "Hàm sóng" (lưu ý là khái niệm), nó, nói chung, cho ta biết về mọi thông số về trạng thái của 1 hệ vật lý, ở đây là electron.
Để cho dễ hiểu, đối với vật vĩ mô, đi từ Hà Nội vào TpHCM sẽ là 1 đường thẳng trên bản đồ, nhưng đối với hạt vi mô, đi từ HN vào TpHCM sẽ có thể đi thẳng 1 đường từ Bắc vào Nam, hoặc cũng có thể lên Tây Bắc vòng qua Lào, Campuchia, hoặc nữa cũng có thể xuống Quảng Ninh đi tàu vào SG, thậm chí có thể bay lên Mặt Trăng rồi vòng xuống lại. Hàm sóng là tổng hợp xác suất những cái đó. Đi thẳng tất nhiên có xác suất cao nhất, còn đi lên Cung Trăng thì tất nhiên xác suất gần như bằng không, nhưng vẫn có thể xảy ra chứ, nên nó cũng phải tính vào hàm sóng.
Trở lại Hiệu ứng chui hầm lượng tử. Ví dụ hay dùng nhất là hạt ở giữa thung lũng 2 bên là 2 quả đồi, ví dụ cao 100m, vậy để hạt bay qua bên kia đồi cần 1 năng lượng để hạt bay lên 101m. Vật lý cổ điển, nếu chỉ cấp năng lượng cho hạt bay lên đc 99m thì hạt sẽ vĩnh viễn ở lại thung lũng, quả đồi đó gọi là hàng rào thế năng.
Nhưng với hạt vi mô, hàm sóng của nó sẽ bao gồm những cách mà hạt sẽ đi qua quả đồi. Cấp 1 )ượng năng lượng cho hạt có thể nhảu đc 99m. Tất nhiên xác suất lớn nhất là hạt sẽ nhảy lên 99m và đâm đầu vào hàng rào thế năng (quả đồi), rồi rớt xuống lại. Nhưng vẫn có những con đường có thể xảy ra khi hạt có thể chỉ nhảy lên đến 90m và cái kết tương tự như trên, hoặc bay lên đến Cung Trăng và vượt qua ngọn đồi. Dĩ nhiên, (có vẻ hơi nhiều cái tất nhiên) xác suất ở đây là cực thấp, nhưng vì số lượng lượng tử là rất lớn nên sẽ có những hạt "vượt rào" theo cách đó. Đối với thế giới vĩ mô, ta sẽ thấy y như hạt đào hầm xuyên qua cái đồi kia, (chứ nhảy ko tới sao qua được). Và cái tên chui hầm từ đó ra. Chứ thực tế ko có cái hầm nào cả.
Liên quan đến câu hỏi, chui hầm ko có nghĩa là photon chui xuyên qua tấm kính.
* Tổng kết: đối với câu hỏi, kết luận là KHÔNG. Vì bản chất 2 hiện tượng là rất khác nhau, mặc dù đều xảy ra ở cấp độ vi mô. Nhưng ánh sáng xuyên qua kính là sự hấp thụ photon của electron, còn chui hầm lượng tử là tuyến đường đi vòng vèo của hạt khá kỳ quái, chứ photon ko chui qua đâu cả.
* Thêm: Trực quan hơn. Nếu bạn biết về Hiện tượng chui hầm thì có thể thấy xác suất chui hầm là rất thấp, nên sẽ ko có chuyện hầu như mọi photon đều chui hầm để xuyên qua kính. Và cũng có thể thấy nếu ánh sáng xuyên qua là do chui hầm thì mọi thứ sẽ đều trở nên trong suốt vì hiện tượng chui hầm này có thể xảy ra ở mọi vật thể. Nên 1 lần nữa, có thể khẳng định, ánh sáng xuyên qua gương không phải nhờ hiện tượng Chui hầm lượng tử. Đừng để cái tên nó lừa bạn.
Trường Vũ
Xuyên hầm lượng tử :
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.
Photon có xuyên hầm lượng tử qua thủy tinh hay không ?
Đầu tiên bạn phải hiểu cách thức truyền ánh sáng xuyên qua vật chất liên quan đến 3 thể trạng rắn - lỏng - khí của vật.
Ví dụ ánh sáng có thể truyền qua nước lỏng, không khí nhưng không thể xuyên qua một bức tường chất rắn
vì khi một chất ở trạng thái rắn, các phân tử của nó được liên kết với nhau rất chặt chẽ.
Khi chuyển sang thể lỏng, sức liên kết này giảm và các phân tử bắt đầu tự xếp thẳng hàng một cách ngẫu nhiên. Và ở các chất khí, các liên kết phân tử rất yếu. Mối liên kết giữa các phân tử với nhau gần như hoàn toàn hỗn độn, ngẫu nhiên. Và chính đặc tính này là lý do tại sao ánh sáng có thể truyền qua các lỗ hổng của chất lỏng và chất khí mà không truyền qua được “bức tường” của các phân tử chất rắn xếp.
Và điều đặc biệt là cấu tạo phân tử của thủy tinh lại không giống chất rắn :
Người ta thường dùng cát tức Silic điôxít (SiO2) để làm thủy tinh. Họ đun nóng cát đến một nhiệt độ cực cao cho đến khi nó nóng chảy rồi làm lạnh nhanh chóng.
khi cát nóng chảy, các phân tử của nó sắp xếp ngẫu nhiên và việc làm lạnh nhanh chóng khiến các phân tử bị đông đặc nhưng vẫn giữ lại cấu trúc sắp xếp không theo trật tự ở trạng thái lỏng khiến nó trở nên trong suốt. Do vậy mặc dù ở trạng thái rắn, thủy tinh vẫn giữ đặc tính là trong suốt như chất lỏng. Đồng thời, các hạt electron trong thủy tinh không hấp thụ năng lượng của các photon ánh sáng trong quang phổ nhìn thấy được ( như bạn Quang Vinh bên dưới đã nói ) do đó nó trong suốt trong vùng ánh sáng có thể nhìn thấy.
Hoặc bạn có thể xem video dưới đây