Vật lý lượng tử (Quantum Physics), có cách gọi khác là Cơ học lượng tử (Quantum Mechanics) hoặc Lý thuyết trường lượng tử (Quantum Field Theory) là một trong những nhánh nghiên cứu và phân tích khoa học/vật lý được niềm nở nhất hiện tại nay.
Bạn đang xem: Quantum physics là gì
Giới khoa học tin tưởng rằng nhánh phân tích này, lúc được cách tân và phát triển đến một trung bình mức đầy đủ cao vào tương lai, sẽ có thể giúp câu trả lời nhiều vướng mắc của bọn họ về các quy luật quản lý và vận hành của vũ trụ, cũng giống như tạo ra rất nhiều các áp dụng thiết thực khác mang lại đời sống.
Trước hết, thiết bị lý lượng tử là gì?
Nói solo giản, vật dụng lý lượng tử là nghành khoa học chuyên phân tích các quy mức sử dụng vật lý của thế giới trang bị chất ở tầng mức khôn cùng nhỏ – tầng mức của các hạt nguyên tử (atomic) và hạ nguyên tử (subatomic), tức số đông hạt như electron, proton, neutron, gluon, quark, neutrino…mà chúng ta đã từng được học tập trong đồ dùng lý & hóa học phổ thông.
Lĩnh vực này bắt đầu được thân yêu & cải cách và phát triển từ trong năm 1900. Max Planck – một nhà đồ gia dụng lý fan Đức – được xem như là một trong số những người gồm đóng góp trước tiên & quan trọng nhất trong lĩnh vực này.
Về phương diện khái niệm, tự “quantum” vào “Quantum Physics” có nguồn gốc từ giờ Latin, tức là “đơn vị nhỏ nhất giúp cấu thành một vật hóa học bất kỳ”. Thứ lý lượng tử chú ý nhận năng lượng (energy – được biết thứ căn bạn dạng nhất cấu thành vũ trụ) như một dạng vật dụng chất – rứa vì biện pháp gọi “trường năng lượng” của đồ gia dụng lý cổ điển, vậy cho nên nó hoàn toàn có thể được đo đếm, định lượng, chia bé dại thành các đơn vị.
Các lý thuyết đặc biệt của thiết bị lý lượng tử
Vật lý lượng tử, sau hơn 1 nắm kỉ được nghiên cứu với rất nhiều thí nghiệm, sẽ giúp những nhà khoa học đưa ra được rất nhiều giả thuyết & triết lý mang tính cải tiến vượt bậc trong việc giải thích các quy luật quản lý của quả đât vật chất. Sau đây là một vài kim chỉ nan chính yếu & rất đặc biệt trong vật lý lượng tử:
Vạn đồ gia dụng quanh ta không “cố định” như ta tưởng (Superposition)
Đây chắc hẳn rằng là trong những phát hiện quan trọng và đột phá nhất của đồ gia dụng lý lượng tử: chiếc màn hình hiển thị vi tính trước khía cạnh ta, keyboard mà ta đang gõ, ly nước & những cuốn sách trên bàn, với cả khung người con bạn chúng ta…tuy nhìn bên phía ngoài có vẻ thật “rắn chắc”, nhưng thực chất đều được tạo thành từ đa số phân tử, nguyên tử, hạ nguyên tử bé dại li ti. Rất nhiều hạt đó lại không khi nào đứng im mà dịch chuyển liên tục.
Điều đáng nói là, ở tầng mức lượng tử, các nhà kỹ thuật phát hiển thị rằng quỹ đạo di chuyển của những hạt này gần như là không thể được cố bắt, bỏng đoán một cách thiết yếu xác. Đối với vật lý cổ điển, thì vấn đề này quả thực phi xúc tích và rất khó có thể đồng ý được.
Để đến dễ hiểu, độc giả hãy tưởng tượng mình đang nghịch billiard (với cựu tổng thống Obama chẳng hạn!). Sau khi bạn dùng cơ đẩy viên bi đi, theo chính sách vật lý thông thường, viên bi chắc chắn là sẽ dịch chuyển theo hướng và quỹ đạo mà chúng ta muốn, tùy vào phương thức mà các bạn dùng cơ ảnh hưởng vào nó.
Giả sử viên bi này được thu bé dại về form size hạ nguyên tử. Lần này, sau khi sử dụng cơ đẩy bọn chúng đi, bạn sẽ không thể chắc chắn rằng được viên bi “lượng tử” này sẽ di chuyển theo hướng giỏi quỹ đạo nào. Nó hoàn toàn có thể lăn sang bên phải, hoặc mặt trái, văng lên ko trung, thậm chí dịch rời theo toàn bộ các hướng này cùng một lúc, cho dù bạn ko hề thay đổi cách tác động đến viên bi này.
Như vậy, toàn cục thế giới đồ dùng chất, bao hàm cơ thể nhỏ người, tuy chú ý từ phía bên ngoài có vẻ rắn chắc & cố định, nhưng tại tầng mức căn phiên bản nhất, chúng là 1 trong những tập hợp tất cả những phân tử nguyên tử/hạ nguyên tử dịch rời theo biện pháp hỗn loạn và khó xác định.
Đặc biệt, mỗi phân tử này bên cạnh đó có thể tồn tại trong nhiều trạng thái và dịch chuyển trên nhiều quỹ đạo khác nhau 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 phân tách “khe kép” (double-slit experiment) lừng danh sau:
Theo đó, các electron rất có thể cùng một thời điểm tồn tại trong cả dạng sóng (wave) lẫn phân tử (particle). Sự biến đổi qua lại giữa 2 dạng lâu dài này được mang đến là có thể bị tác động bởi tín đồ quan sát (phút trang bị 4:00 trong video).
Tại sao lại như vậy? Ấy là vì chưng vì, phiên bản thân “người” quan tiếp giáp này, cho mặc dù là một người hay là 1 thiết bị ghi hình, thì mọi có kết cấu căn bạn dạng nhất là từ những hạt nguyên tử & hạ nguyên tử. Bản thân người quan sát này chính là một hệ thống lượng tử khổng lồ: các phân tử cấu thành người xem sẽ xúc tiến với các electron vào thí nghiệm, và bởi vì đó tác động đến quỹ đạo & dạng trường thọ của chúng.
Khái niệm này thoạt nghe dường như khó hiểu, tuy nhiên nó đơn giản và dễ dàng nói về sự tồn trên của một “sợi dây” liên kết, một mọt quan hệ, một vướng mắc (entanglement) nào kia giữa các hạt, ở tầng mức lượng tử, mà các nhà khoa học hiện chưa phân tích và lý giải được.
Theo triết lý này: 2 phân tử (ví dụ: electron), dù ở cách xa nhau cực kỳ (ví dụ: 1 phân tử ở rất Bắc và 1 hạt ở rất Nam Trái Đất), thì một khi chúng ta tác động vào 1 electron ngẫu nhiên trong cặp này, electron sót lại cũng sẽ ngay lập tức bị hình ảnh hưởng, tuy vậy giữa chúng không có mối liên hệ rõ ràng nào. Cứ như thể các electron có tác dụng tương tác, “trao đổi” tin tức từ xa với nhau vậy.
Một trong số những ví dụ đời thường, cùng lãng mạn, sẽ giúp bạn đọc có thể nắm bắt khái niệm này dễ dãi chính là những cặp ý trung nhân được mang lại là có “thần giao phương pháp cảm” với nhau. Hãy tạm điện thoại tư vấn tên cặp tình nhân này là Sơn & Thủy.
Sơn & Thủy mặc dù sống ở giải pháp xa nhau, đánh ở dùng Gòn, Thủy ngơi nghỉ Hà Nội. Xa mặt là vậy, nhưng mà họ không còn cách lòng. Vày họ rất có thể “thần giao cách cảm”, nên mỗi lúc Sơn chạm chán chuyện buồn, ngay lập tức Thủy cũng biến thành không cảm thấy vui, mặc dù cô không thể biết tình nhân mình đang trải qua chuyện gì, và ngược lại…Thậm chí, bằng hữu họ còn biết rằng nếu muốn chuyển đổi quan điểm của sơn về một sự việc nào đó, họ chỉ cần trước hết ảnh hưởng tác động vào Thủy, với sợi dây kết nối giữa 2 người sẽ hoàn tất nốt phần sót lại của công việc.
(Liệu Sơn và Thủy có đang trải sang 1 mối tình Twin Flames – ái tình được cho rằng giữa những cặp đôi có “duyên nợ” cùng với nhau!?)
Như vậy, tại tầng mức lượng tử, các hạt trong khi luôn có liên kết với nhau. Mặc dù nhiên, tại tầng mức lớn hơn lượng tử (macroscopic), thì cảm giác này bên cạnh đó không được miêu tả rõ. Nguyên nhân lại như vậy?
Các tính năng kỳ kỳ lạ chỉ tồn tại ở tầng mức lượng tử (Decoherence)
Thế giới đồ vật chất ở tầng mức lượng tử “thiên trở thành vạn hóa” là vậy, mà lại một khi bọn họ quan cạnh bên nó ở tầng mức đời thực, tầng mức con người, thì những đặc tính trên gần như là biến mất. Giới kỹ thuật gọi hiện tượng kỳ lạ này là sự mất liên kết lượng tử (Quantum Decoherence).
Theo đó, một khối hệ thống lượng tử bất kỳ (ví dụ: những electron) khi chịu tác động từ môi trường thiên nhiên hoặc những tác nhân bên ngoài (ví dụ: tín đồ quan sát, những loại trang thiết bị đo đạc…) – vốn cũng chính là những khối hệ thống lượng tử khác – thì những đặc tính lượng tử của hệ thống này sẽ ảnh hưởng làm nhiễu loàn và ở đầu cuối sẽ đổi thay mất, khiến khối hệ thống này phải vâng lệnh các vẻ ngoài vật lý thông thường.
Hiện tượng mất link này hiện vẫn là một trong những chủ đề gây tranh cãi xung đột & khiến cho giới công nghệ đau đầu. Nhưng tối thiểu thì nó giúp chúng ta đưa ra được kết luận: ở tầng mức càng lớn, càng khổng lồ, thì đặc điểm “không cố gắng định”, tính entropy (“độ lếu loạn”) của một hệ thống bất kỳ sẽ càng nhỏ.
Kết luận này vẫn sẽ đúng ngay lập tức cả khi bạn so sánh các khối hệ thống lớn cùng với nhau, ví dụ như giữa khối hệ thống giao thông trên đường phố thành phố sài gòn với…quỹ đạo vận động của các hành tinh trong hệ phương diện Trời chẳng hạn! sẽ không còn khó để bạn nhận thấy rằng “quỹ đạo” chuyển động của xe cộ cộ trê tuyến phố phố mang tính chất hỗn loạn nhiều hơn thế quỹ đạo quay của các hành tinh.
Ở tầng mức vĩ mô hơn nữa, phiên bản thân những Mặt Trời cũng chuyển động xung xung quanh lõi của thiên hà, nhưng vấn đề này ra mắt có phần chậm rãi hơn: giả dụ Trái Đất mất 1 năm để vận động quanh mặt Trời, thì khía cạnh Trời của họ mất khoảng tầm 200 – 250 triệu năm để hoàn tất vòng quay của nó quanh lõi thiên hà!
Tương tự, nếu như bạn đứng từ một tòa cao ốc và quan sát xuống, bạn sẽ thấy cảnh tượng một góc tp thật lếu láo loạn: bé người, xe pháo cộ, chó mèo…mỗi sản phẩm công nghệ đi một ngả. Tuy thế giả sử ai đang đứng cùng bề mặt Trăng và nhìn xuống, các bạn sẽ chỉ thấy một trái đất xanh rất đẹp đẽ, thư thả tự quay quanh trục của nó!
Các vận dụng của trang bị lý lượng tử
Tuy được xem là một lĩnh vực cao siêu & chỉ được các chuyên viên quan tâm, nhưng thực tiễn vật lý lượng tử đã bao gồm đóng góp rất nhiều trong bài toán giúp các nhà khoa học phát minh ra gần như thiết bị, pháp luật vô cùng không còn xa lạ với bọn chúng ta. Từ trang bị vi tính, smartphone thông minh, những thiết bị chào bán dẫn, cho đến tia laser, công nghệ chụp MRI (Magnetic Resonance Imaging – “cộng hưởng trọn từ”) hay công nghệ đồ dùng liệu và quang học tập lượng tử…
Vật lý lượng tử rõ ràng đã và đang chứng minh được tính thực tiễn và tầm quan tiền trọng của chính mình đối với sự cải cách và phát triển của làng mạc hội. Thậm chí, những nhà nghiên cứu tin rằng nghành nghề này đó là chìa khóa để con người có thể phát triển những các loại hình technology vượt trội không chỉ có vậy như máy tính lượng tử (quantum computer), hoặc cỗ thiết bị thời gian (time machine) vào tương lai.
Ball, p (2017): The strange liên kết between the human mind & quantum physics (BBC Earth).
Jones, A. Z. (2018): Quantum physics overview (thoughtco).
Xem thêm: Axit Glycolic Acid Là Gì ? Mẹo Trị Mụn Trứng Cá Đỉnh Cao Liệu Bạn Đã Biết?
O’Connell, C. (2016): Quantum physics for the terminally confused (Cosmo Magazine).