Vật lý lượng tử là gì

Vật lý lượng tử (Quantum Physics), còn được gọi là Cơ học tập lượng tử (Quantum Mechanics) hoặc Lý thuyết trường lượng tử (Quantum Field Theory) là giữa những nhánh nghiên cứu khoa học/vật lý được quan tâm nhất hiện tại nay.

Bạn đang xem: Vật lý lượng tử là gì

Giới khoa học tin tưởng rằng nhánh nghiên cứu này, lúc được cách tân và phát triển đến một khoảng mức đủ cao trong tương lai, sẽ hoàn toàn có thể giúp câu trả lời nhiều thắc mắc của chúng ta về các quy luật quản lý và vận hành của vũ trụ, cũng như tạo ra rất nhiều các ứng dụng thiết thực khác mang đến đời sống.

*

Trước hết, vật dụng lý lượng tử là gì?

Nói đơn giản, đồ gia dụng lý lượng tử là nghành nghề dịch vụ khoa học chuyên nghiên cứu và phân tích các quy lý lẽ vật lý của thế giới đồ chất ở tầng mức hết sức nhỏ – tầng mức của các hạt nguyên tử (atomic) cùng hạ nguyên tử (subatomic), tức các hạt như electron, proton, neutron, gluon, quark, neutrino…mà bọn họ đã từng được học tập trong thiết bị lý & hóa học phổ thông.

Lĩnh vực này ban đầu được ân cần & cách tân và phát triển từ những năm 1900. Max Planck – một nhà đồ dùng lý fan Đức – được xem như là một trong những người tất cả đóng góp thứ nhất & đặc trưng nhất trong nghành nghề dịch vụ này.

Về khía cạnh khái niệm, từ bỏ “quantum” trong “Quantum Physics” có nguồn gốc từ giờ Latin, tức là “đơn vị bé dại nhất góp cấu thành một vật chất bất kỳ”. đồ dùng lý lượng tử quan sát nhận năng lượng (energy – được cho là thứ căn phiên bản nhất cấu thành vũ trụ) như một dạng vật chất – cụ vì phương pháp gọi “trường năng lượng” của thứ lý cổ điển, thế cho nên nó hoàn toàn có thể được đo đếm, định lượng, chia nhỏ thành các đơn vị.

*

Các lý thuyết đặc trưng của vật lý lượng tử

Vật lý lượng tử, sau hơn 1 vậy kỉ được nghiên cứu và phân tích với vô vàn thí nghiệm, đã giúp các nhà khoa học chỉ dẫn được tương đối nhiều giả thuyết & triết lý mang tính đột phá trong việc giải thích các quy luật quản lý và vận hành của quả đât vật chất. Sau đấy là một vài triết lý chính yếu và rất quan trọng đặc biệt trong trang bị lý lượng tử:

Vạn đồ vật quanh ta không “cố định” như ta tưởng (Superposition)

Đây có lẽ là giữa những phát hiện quan trọng và nâng tầm nhất của đồ lý lượng tử: chiếc màn hình hiển thị vi tính trước phương diện ta, bàn phím mà ta đã gõ, ly nước & những quyển sách trên bàn, và cả khung người con bạn chúng ta…tuy nhìn bên phía ngoài có vẻ thật “rắn chắc”, nhưng thực chất đều được chế tác thành từ đa số phân tử, nguyên tử, hạ nguyên tử nhỏ dại li ti. Phần nhiều hạt này lại không khi nào đứng lặng mà dịch rời liên tục.

Điều đáng kể là, ở tầng mức lượng tử, những nhà kỹ thuật phát hiện ra rằng quỹ đạo dịch chuyển của những hạt này gần như không thể được chũm bắt, bỏng đoán một cách chính xác. Đối với đồ vật lý cổ điển, thì bài toán này quả thực phi xúc tích và ngắn gọn và rất khó có thể có thể chấp nhận được.

Để cho dễ hiểu, bạn đọc hãy tưởng tượng mình đang nghịch billiard (với cựu tổng thống Obama chẳng hạn!). Sau khi chúng ta dùng cơ đẩy viên bi đi, theo nguyên tắc vật lý thông thường, viên bi chắc hẳn rằng sẽ dịch chuyển theo hướng và quỹ đạo mà các bạn muốn, tùy vào phương pháp mà các bạn dùng cơ ảnh hưởng vào nó.

*

Giả sử viên bi này được thu nhỏ tuổi về form size hạ nguyên tử. Lần này, sau khi sử dụng cơ đẩy bọn chúng đi, bạn sẽ không thể chắc chắn là được viên bi “lượng tử” này sẽ dịch chuyển theo hướng hay quỹ đạo nào. Nó hoàn toàn có thể lăn sang mặt phải, hoặc bên trái, văng lên không trung, thậm chí dịch rời theo toàn bộ các hướng này cùng một lúc, mặc dù bạn ko hề đổi khác cách tác động ảnh hưởng đến viên bi này.


*

Như vậy, toàn thể thế giới đồ dùng chất, bao hàm cơ thể nhỏ người, tuy chú ý từ bên phía ngoài có vẻ rắn chắc và cố định, nhưng ở tầng mức căn bản nhất, chúng là một trong những tập hợp bao gồm những hạt nguyên tử/hạ nguyên tử di chuyển theo phương pháp hỗn loạn và khó xác định.

Đặc biệt, mỗi hạt này bên cạnh đó có thể tồn tại trong nhiều trạng thái và di chuyển trên nhiều quỹ đạo khác biệt cùng một lúc. Giới công nghệ gọi nguyên tắc này là chồng chập lượng tử (Superposition).

Nguyên lý này được giải thích ví dụ nhất qua thể nghiệm “khe kép” (double-slit experiment) khét tiếng sau:

Theo đó, những electron rất có thể cùng một cơ hội tồn tại trong cả dạng sóng (wave) lẫn hạt (particle). Sự biến hóa qua lại thân 2 dạng mãi sau này được cho là có thể bị tác động bởi fan quan sát (phút đồ vật 4:00 trong video).

Tại sao lại như vậy? Ấy là vì vì, bạn dạng thân “người” quan gần kề này, cho dù là một người hay 1 thiết bị ghi hình, thì đa số có cấu tạo căn phiên bản nhất là từ những hạt nguyên tử và hạ nguyên tử. Bản thân người xem này chính là một khối hệ thống lượng tử khổng lồ: các hạt cấu thành người quan sát sẽ cửa hàng với những electron trong thí nghiệm, và bởi vì đó tác động đến quỹ đạo và dạng mãi mãi của chúng.

Xem thêm: " Sến Sẩm Trong Tiếng Anh Là Gì, 10 Cụm Từ Và Từ Lóng Thú Vị Trong Tiếng Anh

*

Khái niệm này thoạt nghe có vẻ khó hiểu, tuy nhiên nó đơn giản và dễ dàng nói về việc tồn trên của một “sợi dây” liên kết, một mọt quan hệ, một vướng mắc (entanglement) nào kia giữa những hạt, tại tầng mức lượng tử, mà các nhà công nghệ hiện chưa lý giải được.

Theo triết lý này: 2 phân tử (ví dụ: electron), mặc dù ở giải pháp xa nhau vô cùng (ví dụ: 1 phân tử ở rất Bắc & 1 hạt ở cực Nam Trái Đất), thì một khi bọn họ tác cồn vào 1 electron ngẫu nhiên trong cặp này, electron sót lại cũng sẽ ngay lập tức bị ảnh hưởng, mặc dù giữa chúng không có mối contact rõ ràng nào. Cứ như thể những electron có chức năng tương tác, “trao đổi” tin tức từ xa cùng nhau vậy.

*

Một trong số những ví dụ đời thường, cùng lãng mạn, để giúp bạn đọc có thể nắm bắt có mang này dễ dãi chính là những cặp người thương được cho là tất cả “thần giao cách cảm” với nhau. Hãy tạm gọi tên cặp nhân tình này là Sơn và Thủy.

Sơn & Thủy tuy sống ở biện pháp xa nhau, đánh ở sài Gòn, Thủy sinh sống Hà Nội. Xa khía cạnh là vậy, dẫu vậy họ không còn cách lòng. Vị họ hoàn toàn có thể “thần giao biện pháp cảm”, nên mỗi khi Sơn chạm chán chuyện buồn, ngay lập tức Thủy cũng sẽ không cảm thấy vui, mặc dù cô không hề biết tình nhân mình đang trải qua chuyện gì, với ngược lại…Thậm chí, anh em họ còn biết rằng nếu muốn biến hóa quan điểm của đánh về một sự việc nào đó, họ chỉ việc trước hết ảnh hưởng tác động vào Thủy, và sợi dây kết nối giữa trung tâm của 2 con người sẽ hoàn tất nốt phần còn lại của công việc.

*

(Liệu Sơn & Thủy tất cả đang trải sang 1 mối tình Twin Flames – tình yêu được cho là giữa những cặp đôi bạn trẻ có “duyên nợ” với nhau!?)

Như vậy, trên tầng mức lượng tử, những hạt hình như luôn có liên kết với nhau. Tuy nhiên, tại tầng mức lớn hơn lượng tử (macroscopic), thì hiệu ứng này bên cạnh đó không được thể hiện rõ. Tại sao lại như vậy?

Các đặc tính kỳ kỳ lạ chỉ tồn tại tại tầng mức lượng tử (Decoherence)

Thế giới đồ chất tại tầng mức lượng tử “thiên trở nên vạn hóa” là vậy, nhưng lại một khi bọn họ quan gần kề nó tại tầng mức đời thực, tầng mức nhỏ người, thì những đặc tính trên gần như biến mất. Giới khoa học gọi hiện tượng lạ này là sự mất liên kết lượng tử (Quantum Decoherence).

Theo đó, một hệ thống lượng tử bất kỳ (ví dụ: những electron) khi chịu tác động ảnh hưởng từ môi trường hoặc những tác nhân bên phía ngoài (ví dụ: người quan sát, những loại trang thiết bị đo đạc…) – vốn cũng chính là những hệ thống lượng tử không giống – thì các đặc tính lượng tử của hệ thống này sẽ bị làm nhiễu loàn và sau cuối sẽ vươn lên là mất, khiến khối hệ thống này phải tuân thủ các chế độ vật lý thông thường.

Hiện tượng mất liên kết này hiện nay vẫn là một trong những chủ đề gây tranh cãi xung đột & khiến cho giới kỹ thuật đau đầu. Nhưng tối thiểu thì nó giúp chúng ta đưa ra được kết luận: trên tầng mức càng lớn, càng khổng lồ, thì đặc thù “không gắng định”, tính entropy (“độ hỗn loạn”) của một hệ thống ngẫu nhiên sẽ càng nhỏ.

Kết luận này vẫn đang đúng ngay lập tức cả khi bạn so sánh các khối hệ thống lớn cùng với nhau, ví như giữa khối hệ thống giao thông trên đường phố thành phố sài thành với…quỹ đạo vận động của các hành tinh trong hệ mặt Trời chẳng hạn! sẽ không khó nhằm bạn phân biệt rằng “quỹ đạo” vận động của xe cộ cộ trên tuyến đường phố mang tính hỗn loạn nhiều hơn quỹ đạo quay của những hành tinh.

Ở tầng mức mô hình lớn hơn nữa, bản thân những Mặt Trời cũng hoạt động xung quanh lõi của thiên hà, nhưng việc này diễn ra có phần chậm rãi hơn: nếu như Trái Đất mất 1 năm để vận động quanh mặt Trời, thì khía cạnh Trời của họ mất khoảng tầm 200 – 250 triệu năm nhằm hoàn tất vòng xoay của nó quanh lõi thiên hà!

*

Tương tự, nếu khách hàng đứng xuất phát điểm từ 1 tòa cao ốc và quan sát xuống, các bạn sẽ thấy cảnh tượng một góc tp thật lếu loạn: con người, xe pháo cộ, chó mèo…mỗi vật dụng đi một ngả. Tuy thế giả sử bạn đang đứng xung quanh Trăng và nhìn xuống, bạn sẽ chỉ thấy một hành tinh xanh rất đẹp đẽ, thanh nhàn tự xoay quanh trục của nó!

Các ứng dụng của trang bị lý lượng tử

Tuy được coi là một lĩnh vực cao quý & chỉ được các chuyên gia quan tâm, nhưng thực tế vật lý lượng tử đã có đóng góp ít nhiều trong bài toán giúp các nhà khoa học sáng tạo ra mọi thiết bị, cơ chế vô cùng rất gần gũi với chúng ta. Từ đồ vật vi tính, điện thoại cảm ứng thông minh thông minh, các thiết bị chào bán dẫn, cho tới tia laser, công nghệ chụp MRI (Magnetic Resonance Imaging – “cộng hưởng trọn từ”) hay công nghệ đồ dùng liệu & quang học lượng tử…

*

Vật lý lượng tử cụ thể đã & đang chứng tỏ được tính thực tiễn & tầm quan trọng của mình đối với sự cách tân và phát triển của làng hội. Thậm chí, nhiều nhà phân tích tin rằng nghành nghề dịch vụ này đó là chìa khóa để bé người rất có thể phát triển những các loại hình công nghệ vượt trội hơn nữa như máy tính lượng tử (quantum computer), hoặc cỗ thiết bị thời gian (time machine) vào tương lai.

Ball, p (2017): The strange links between the human mind and quantum physics (BBC Earth).

Jones, A. Z. (2018): Quantum physics overview (thoughtco).

O’Connell, C. (2016): Quantum physics for the terminally confused (Cosmo Magazine).