Xem Nhiều 12/2022 #️ Vật Lý Lượng Tử 2022: 12 Thí Nghiệm Kinh Ngạc Nhất / 2023 # Top 17 Trend | Lienminhchienthan.com

Xem Nhiều 12/2022 # Vật Lý Lượng Tử 2022: 12 Thí Nghiệm Kinh Ngạc Nhất / 2023 # Top 17 Trend

Cập nhật thông tin chi tiết về Vật Lý Lượng Tử 2022: 12 Thí Nghiệm Kinh Ngạc Nhất / 2023 mới nhất trên website Lienminhchienthan.com. Hy vọng nội dung bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu của bạn, chúng tôi sẽ thường xuyên cập nhật mới nội dung để bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất.

Khoa học và Công nghệ

-

1. Google tuyên bố “uy quyền lượng tử”

Tuyên bố đã đạt được uy quyền lượng tử của Google, nếu là đúng, sẽ đánh dấu một bước ngoặt trong lịch sử tính toán. Máy tính lượng tử dựa vào các đặc tính vật lý kỳ lạ ở quy mô nhỏ, như rối lượng tử (quantum entanglement) và tính bất định (uncertainty) trong thế giới vi mô, để thực hiện các phép tính. Về lý thuyết, các đặc tính lượng tử đó mang lại cho các máy tính lượng tử những lợi thế nhất định so với máy tính cổ điển thông thường. Máy tính lượng tử có thể dễ dàng phá vỡ các hệ thống mã hóa cổ điển, truyền tin được mã hóa một cách hoàn hảo, thực hiện các bài toán mô phỏng nhanh hơn hẳn máy tính cổ điển và giải quyết được các vấn đề có độ phức tạp cao một cách dễ dàng. Vấn đề là chưa từng có ai tạo ra được một máy tính lượng tử thực thụ, đủ nhanh để tận dụng triệt để những lợi thế lý thuyết đó, ít nhất là cho đến thời điểm trước khi Google tuyên bố đã đạt được uy quyền lượng tử trong năm nay.

Tuy nhiên vẫn còn nhiều tranh cãi xung quanh tuyên bố này của Google, một số hoài nghi có thể tham khảo trong bài viết đăng trong LiveScience dưới nhan đề “Google’s Quantum Computer Just Aced an ‘Impossible’” [https://www.livescience.com/google-hits-quantum-supremacy.html]. 

2. Kilôgam lượng tử

Kilôgam cũ (như vừa nói ở trên) là khá tốt, hầu như không thay đổi khối lượng trong nhiều thập kỷ. Nhưng Kilôgam mới, gọi là Kilôgam lượng tử, thì hoàn hảo: Dựa trên mối liên hệ cơ bản giữa khối lượng và năng lượng, cũng như hành vi kỳ lạ của năng lượng ở quy mô lượng tử, các nhà vật lý đã có thể đưa ra một định nghĩa về Kilôgam, hoàn toàn bất biến kể từ năm nay đến lúc kết thúc vũ trụ. Chi tiết hơn về Kilôgam lượng tử có thể xem trong bài viết đăng trong LiveScience dưới nhan đề “There’s a Brand-New Kilogram, And It’s Based on Quantum Physics” [https://www.livescience.com/65522-new-kilogram.html].

3. Sự thật có tính chủ quan

Một nhóm các nhà vật lý đã thiết kế một thí nghiệm lượng tử cho thấy các sự kiện thực sự xảy ra như thế nào là tùy theo cách nhận biết sự kiện đó của riêng bạn. Các nhà vật lý đã thực hiện một kiểu “tung đồng xu” bằng cách sử dụng các photon trong một máy tính lượng tử tí hon và phát hiện ra rằng các kết quả là khác nhau ở các máy dò khác nhau, tùy thuộc vào cách quan sát. 

“Chúng tôi cho thấy rằng, do các nguyên tử và các hạt cơ bản trong thế giới vi mô bị “cai trị” bởi các quy tắc kỳ lạ khác thường của cơ học lượng tử, nên hai nhà quan sát khác nhau sẽ nhận được các kết quả khác nhau. Nói cách khác, theo lý thuyết tốt nhất hiện nay của chúng ta về thế giới tự nhiên, sự thật thực ra có thể mang tính chủ quan,” các nhà thực nghiệm đã viết như thế trong một bài báo đăng trong LiveScience dưới nhan đề “Objective Reality Doesn’t Exist, Quantum Experiment Shows” [https://www.livescience.com/objective-reality-not-exist-quantum-physicists.html].

4. Rối lượng tử đã có sự quyến rũ của nó

Lần đầu tiên các nhà vật lý đã chụp được ảnh của rối lượng tử.

Lần đầu tiên, các nhà vật lý đã chụp được một bức ảnh về hiện tượng mà Albert Einstein đã mô tả như “tác động ma quỷ bất chấp khoảng cách” (“spooky action at a distance”), khi hai hạt vẫn duy trì mối tương quan vật lý với nhau cho dù đặt cách xa nhau bao nhiêu cũng được. Đặc tính này của thế giới lượng tử đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm từ lâu, nhưng đây là lần đầu tiên người ta đã có thể nhìn thấy nó. Chi tiết hơn về sự quyến rũ này có thể xem trong bài viết đăng trong LiveScience dưới nhan đề “Spooky’ Quantum Entanglement Finally Captured in Stunning Photo” [https://www.livescience.com/65969-quantum-entanglement-photo.html].

5. Hai nghìn nguyên tử tồn tại ở hai nơi cùng một lúc

Theo một cách nào đó, ngược về mặt khái niệm với rối lượng tử, chồng chập lượng tử (quantum superposition) lại cho phép một vật thể có thể ở cả hai (hoặc nhiều hơn hai) vị trí cùng một lúc, một hệ quả của việc vật chất tồn tại đồng thời cả ở dạng hạt và cả ở dạng sóng. Thông thường, điều này đạt được với các hạt rất nhỏ như các điện tử.  Một minh họa cho thấy hành vi lượng tử của các phân tử lớn, phức tạp: chúng đang lan ra như những gợn sóng trong không gian.

Tuy nhiên trong một thí nghiệm lượng tử của năm 2019, các nhà vật lý đã thành công trong việc tạo ra một sự chồng chập lượng tử ở quy mô lớn chưa từng có từ trước đến nay đối với các phân tử lớn cấu tạo từ hai nghìn nguyên tử (các phân tử này trong lĩnh vực y học được gọi là “oligo-tetraphenylporphyrin được làm giàu bởi các  chuỗi fluoroalkylsulfanyl.” Chi tiết hơn về thành tựu chồng chập lượng tử ở cấp độ vĩ mô này có thể xem bài đăng trong LiveScience dưới nhan đề “2,000 Atoms Exist in Two Places at Once in Unprecedented Quantum Experiment” [https://www.livescience.com/2000-atoms-in-two-places-at-once.html].

6. Nhiệt truyền xuyên qua chân không

Bình thường nhiệt chỉ có thể truyền qua chân không thông qua bức xạ ánh sáng. (Đó là những gì bạn cảm nhận được trong những ngày hè khi các tia nắng từ Mặt trời xuyên qua không gian và rọi vào mặt bạn.) Trong các trường hợp khác, theo các mô hình vật lý tiêu chuẩn, nhiệt truyền theo hai cách. Cách thứ nhất, các hạt có năng lượng có thể va đập vào các hạt khác và truyền năng lượng của chúng cho các hạt này. (Hãy quấn tay quanh một tách trà ấm để cảm nhận hiệu ứng này.) Cách thứ hai, một chất lỏng ấm có thể thay thế vị trí của một chất lỏng lạnh hơn. (Đó là những gì xảy ra khi bạn bật máy sưởi trong xe, làm không khí trong xe ấm dần lên.) Vì vậy, nếu không có bức xạ ánh sáng, nhiệt không thể truyền xuyên qua chân không. Một bức ảnh của thiết bị thực nghiệm cho phép nhiệt truyền qua không gian trống rỗng.

Vật lý lượng tử, như vẫn thấy, lại phá vỡ các quy tắc truyền nhiệt nói trên. Trong một thí nghiệm lượng tử của năm 2019, các nhà vật lý đã vận dụng một tính chất thực tế của chân không ở quy mô lượng tử: chân không không thực sự trống rỗng mà chứa đầy những thăng giáng nhỏ (gọi là thăng giáng lượng tử), xuất hiện và biến mất một cách ngẫu nhiên. Ở quy mô đủ nhỏ, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng nhiệt có thể truyền xuyên qua chân không bằng cách nhảy từ thăng giáng này sang thăng giáng tiếp theo xuyên qua một không gian trống rỗng (mà không hề có bức xạ ánh sáng). Có thể tìm hiểu thêm về sự “nhảy nhiệt” này qua bài viết đăng trong LiveScience dưới nhan đề “Physicists Use Bubbling Quantum Vacuum to Hopscotch Heat Across Empty Space” [https://www.livescience.com/quantum-vacuum-sends-heat.html].

7. Thứ tự nhân quả có thể bị đảo ngược

Phát hiện tiếp theo của năm 2019 là một phát hiện còn xa để có thể xem như một khám phá được kiểm chứng bằng thực nghiệm và thậm chí nó còn nằm ngoài “địa hạt” của vật lý lượng tử truyền thống. Nhưng các nhà nghiên cứu làm việc trong lĩnh vực hấp dẫn lượng tử (quantum gravity) – một cấu trúc lý thuyết được thiết kế để thống nhất cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng của Einstein – đã chỉ ra rằng, trong một số trường hợp, một sự kiện ở thời hiện tại có thể gây ra một hiệu ứng ở thời quá khứ. 

Theo thuyết tương đối rộng, một số vật thể siêu nặng có thể ảnh hưởng đến dòng thời gian trong vùng lân cận trực tiếp với chúng. Chúng ta biết điều này là đúng. Và sự chồng chập lượng tử cho phép các vật thể có thể ở nhiều nơi cùng một lúc. Các nhà nghiên cứu đã viết trong một bài đăng trong LiveScience dưới nhan đề “Quantum Gravity Could Reverse Cause and Effect”  [https://www.livescience.com/quantum-gravity-could-scramble-cause-and-effect.html] rằng, nếu đặt một vật thể rất nặng (như một hành tinh lớn chẳng hạn) vào một trạng thái chồng chập lượng tử, thì có thể thiết kế các kịch bản mà trong đó nguyên nhân và kết quả diễn ra không đúng theo thứ tự “nhân” trước “quả” sau như chúng ta vẫn hình dung, mà có sự đảo ngược theo thời gian của “nhân” và “quả”, tức là theo thứ tự “quả” trước “nhân” sau!

8. Chui hầm lượng tử được “bẻ khóa”

Các nhà vật lý đã làm được một thí nghiệm cho thấy tốc độ của một hạt có thể chui qua một rào cản, giải mã được một bí ẩn kéo dài hàng thập kỷ qua. 

Các nhà vật lý từ lâu đã biết về một hiệu ứng kỳ lạ được gọi là “chui hầm lượng tử”, trong đó các hạt dường như chui qua được các rào cản dường như không thể vượt qua. Trong năm 2019, một thí nghiệm lượng tử đã cho thấy điều này thực sự xảy ra như thế nào.

Theo vật lý lượng tử, các hạt đồng thời cũng là sóng và bạn có thể nghĩ về các sóng đó như là các dự đoán xác suất cho vị trí của hạt. Nhưng chúng vẫn là sóng. Nếu một làn sóng nước đập vào một rào cản trong đại dương, làn sóng đó sẽ mất một chút năng lượng, nhưng một làn sóng nhỏ hơn sẽ xuất hiện ở phía bên kia rào cản. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một hiệu ứng tương tự xảy ra trong thế giới lượng tử. Và, miễn là có một chút xác suất để có thể xuất hiện ở phía bên kia của rào cản, hạt sẽ có cơ hội vượt qua rào cản, giống như chui qua một không gian nơi dường như không có “lối đi” nào. Chi tiết giải mã về hiệu ứng chui hầm lượng tử kỳ lạ này có thể xem trong bài viết đăng trong LiveScience dưới nhan đề “Truly Spooky: How Ghostly Quantum Particles Fly Through Barriers Almost Instantly” [https://www.livescience.com/65043-tunneling-quantum-particles.html].

9. Kim loại hydro có thể đã xuất hiện trên Trái đất

 Các nhà khoa học nghi ngờ những đám mây bên ngoài của sao Mộc đang che giấu những hồ kim loại hydro chịu áp suất lớn.

2019 cũng là một năm thành công lớn đối với vật lý siêu cao áp. Và một trong những tuyên bố táo bạo nhất là tuyên bố từ một phòng thí nghiệm của Pháp. Họ tuyên bố đã tạo ra được một chất thánh (holy grail substance) cho khoa học vật liệu: kim loại hydro (metallic hydrogen). Dưới áp lực đủ cao, chẳng hạn như áp lực được cho là tồn tại ở lõi của sao Mộc, các nguyên tử hydro đơn proton được cho là hoạt động như một kim loại kiềm. Nhưng từ trước tới nay chưa từng có ai tạo ra được áp lực đủ cao để có thể chứng minh cho hiệu ứng này trong phòng thí nghiệm. Trong năm 2019, nhóm nghiên cứu cho biết họ đã quan sát thấy nó, kim loại hydro, ở áp suất 425 gigapascal (gấp 4.2 triệu lần áp suất khí quyển của Trái đất ở mực nước biển). Để tìm hiểu thêm về kim loại hydro xem bài đăng trong LiveScience dưới nhan đề “After Decades of Hunting, Physicists Claim They’ve Made Quantum Material from Depths of Jupiter” [https://www.livescience.com/65827-metallic-hydrogen-claim.html].

10. Rùa lượng tử

Tác động từ trường lên một khối nguyên tử siêu lạnh và bạn sẽ thấy “pháo hoa lượng tử” (“quantum fireworks”): các tia nguyên tử bắn ra một cách rõ ràng theo các hướng ngẫu nhiên. Các nhà nghiên cứu nghi ngờ có thể có một mẫu hoa văn (pattern) trong đám pháo hoa, nhưng điều đó không hiển nhiên nếu chi đơn thuần là nhìn vào các đám pháo hoa. Với sự trợ giúp của máy tính, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một hình dạng hoa văn trong hiệu ứng pháo hoa lượng tử: hoa văn có dạng một con rùa, gọi là rùa lượng tử. Tuy nhiên, vẫn còn chưa ai biết chắc chắn là tại sao nó, hình hoa văn, lại có dạng đó, dạng một con rùa. Để biết thêm về rùa lượng tử xem bài đăng trong LiveScience dưới nhan đề “A Computer Spotted a Turtle Hiding Out in a Cloud of ‘Quantum Fireworks’” [https://www.livescience.com/64744-quantum-fireworks-turtle-artificial-intelligence.html].

11. Một máy tính lượng tử tí hon đảo ngược thời gian

Thời gian được cho là chỉ trôi theo một hướng: về phía trước, về tương lai. Đổ một ít sữa trong cốc xuống đất, sẽ không có cách nào để làm khô hoàn toàn bụi bẩn và trả lại sữa sạch vào cốc. Hàm sóng lượng tử đã lan ra không thu lại được như lúc ban đầu.

Tuy vậy, sử dụng một máy tính lượng tử tí hon gồm hai qubit (quantum bit), các nhà vật lý đã có thể viết một thuật giải lượng tử (quantum algorithm) cho phép dựng lại từng gợn sóng của hạt đã tạo ra nó – tức là dựng lại sự kiện và quay ngược mũi tên thời gian một cách hiệu quả. Thông tin thêm về đảo ngược mũi tên thời gian có thể xem bài đăng trong LiveScience dưới nhan đề “Physicists Reverse Time for Tiny Particles Inside a Quantum Computer” [https://www.livescience.com/65000-quantum-computer-turns-back-time.html].

12. Một máy tính lượng tử khác nhìn thấy 16 tương lai

Các hạt ánh sáng nhỏ bé, các photon, có thể di chuyển đồng thời trong một chồng chập của nhiều trạng thái khác nhau. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng tính năng lượng tử kỳ lạ này để thiết kế một máy tính nguyên mẫu có thể dự đoán 16 tương lai khác nhau cùng một lúc.

Nguyễn Bá Ân dịch Nguồn: https://www.livescience.com/most-important-surprising-quantum-physics-of-2019.html 

Cơ Học Lượng Tử &Amp; Vật Lý Nguyên Tử – Vật Lý Mô Phỏng / 2023

Chương 1:

Những tính chất lượng tử của bức xạ điện từ

textS 1.1

 Hiệu ứng quang điện 

textS 1.2

 Hiệu ứng Compton

textS 1.3

 Quang phổ vạch

Chương 2:

Mẫu nguyên tử cổ điển

Năm 1911, Rutherford cùng hai trợ lý Geiger và Marsden đã tiến hành thí nghiệm tán xạ tia alpha trên nguyên tử vàng. Sơ đồ nguyên lý của thí nghiệm mô tả trên hình 1, với chùm tia alpha phát ra từ phân rã phóng xạ, bắn vào lá vàng mỏng. Mỗi hạt alpha có điện tích bằng +2e và khối lượng bằng 4 đvC. Thí nghiệm cho thấy, hạt alpha bị lệch những góc đáng kể khi đi xuyên qua lá vàng. Đặc biệt, có tỉ lệ khoảng 1/8000 số hạt alpha bị lệch những góc lớn hơn 90 độ.

… đọc tiếp

textS 2.2

 Mẫu nguyên tử Bohr

Chương bổ sung:

Hình học của số phức

Có lẽ trong chúng ta, khi đọc bài này, hầu như ai cũng từng học qua số phức. Và cũng có lẽ số phức phần nào để lại những bí ẩn khó hiểu. Bài viết này ra đời với mong muốn góp phần làm sáng tỏ vấn đề số phức, giúp sinh viên các ngành kĩ thuật vận dụng tốt hơn, thấu hiểu hơn về bản chất của các biểu diễn phức.

j

– “đơn vị ảo”

Số phức theo định nghĩa thông thường được biểu diễn dưới dạng z = a+jb gồm hai thành phần: phần thực a và phần ảo b. “Phức” ở đây có nghĩa là sự pha trộn giữa “thực” và “ảo”. j được gọi là “đơn vị ảo” và có tính chất vô cùng độc đáo:

j^2 = -1.

… đọc tiếp

Chương 3:

Lưỡng tính sóng hạt

Sóng là quá trình lan truyền xung động. Một sóng phẳng lan truyền theo chiều dương của trục x và không suy giảm theo thời gian có dạng:

psi(x,t)=psi(x-vt),tag{1}

trong đó v – tốc độ truyền sóng. Tại thời điểm t=0, sóng có dạng hàm psi=psi(x,0). Khi thời gian trôi qua, tại thời điểm t sau mốc t=0 hàm sóng vẫn giữ nguyên hình dạng psi(x,0), nhưng bị kéo sang phải một đoạn đường bằng vt, trở thành dạng (1).

… đọc tiếp

Vào năm 1924, nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie (phát âm ) đã đưa ra một giả thuyết về lưỡng tính sóng hạt. Từ suy nghĩ cho rằng các lượng tử ánh sáng, hay photon, vừa mang tính chất sóng, vừa mang tính chất hạt, de Broglie cho rằng các hạt thông thường cũng mang tính chất sóng.

Theo lý thuyết de Broglie, một chùm các hạt tự do, chuyển động cùng hướng với cùng một vận tốc sẽ hoàn toàn tương đương với một sóng hình sin:

psi(x,t)=Ce^{i(kx-omega t)},

với số sóng k và tần số omega có mối liên hệ trực tiếp với xung lượng và năng lượng:

k=frac{p}{hbar},qquadomega=frac{E}{hbar},

… đọc tiếp

Sự xác định và bất định của sóng de-Broglie

Trong mục textS 3.2 ta đã đề cập đến sóng de-Broglie, sóng phẳng hình sin đại diện cho chùm hạt tự do:

psi_p(x,t)=Ce^{i(frac{p}{hbar}x-frac{E}{hbar}t)}.

Chùm hạt tự do có các hạt chuyển động cùng hướng, cùng vận tốc. Một mặt, tất cả các hạt đều có chung một vector xung lượng p, có hướng trùng với hướng truyền sóng de-Broglie. Ta nói rằng chùm hạt tự do có chung một giá trị xung lượng duy nhất.

… đọc tiếp

Trong cơ học lượng tử, trạng thái của hạt được miêu tả qua hàm sóng psi(x,t) luôn biến chuyển theo thời gian. Để tiên đoán trạng thái tương lai, ta cũng cần một phương trình cơ bản, tương tự như phương trình Newton trong cơ học cổ điển.

Trong trường hợp tổng quát khi hạt chuyển động trong trường thế U(x):

ihbarfrac{partial}{partial t}psi(x,t)=left(-frac{hbar^2}{2m}frac{partial^2}{partial x^2}+U(x)right)psi(x,t).tag{1}

Vế trái của phương trình (1) chứa đạo hàm của trạng thái theo thời gian, có nghĩa rằng, từ trạng thái psi(x,t) của hiện tại có thể dự đoán trạng thái tại mọi thời điểm sau đó thông qua việc giải phương trình vi phân.

Phương trình (1) do Schrodinger đề xuất vào năm 1926, đóng vai trò chủ đạo trong cơ học lượng tử. Tuy vừa được suy ra theo logic từ tính chất mặc nhiên của sóng de-Broglie, nhưng phương trình Schrodinger được xem như một tiên đề, không chứng minh, xem như đúng với mọi loại hàm sóng psi(x,t). Thực nghiệm đã thừa nhận tính đúng đắn của phương trình Schrodinger trong cơ học lượng tử.

… đọc tiếp

… đọc tiếp

Từ bài textS 3.2 về sự tương tác của sóng de-Broglie với rào thế bậc thang, có thể hiểu rằng đó là tương tác giữa một chùm hạt đồng nhất lên rào thế. Để hiểu rõ ý nghĩa của tương tác này, ta sẽ đi xây dựng mô hình bó sóng với rào thế bậc thang, đặc trưng cho một hạt lao về phía rào thế.

Hãy khảo sát một bó sóng hình chuông, đặc trưng cho một hạt đang chuyển động với năng lượng E và xung lượng p=sqrt{2mE}. Tại thời điểm ban đầu t=0 sóng có dạng hàm:

psi(x,0)=Ae^{-x^2/4sigma_x^2}e^{i(frac{p}{hbar}x-frac{E}{hbar}0)}.tag{1}

Hàm sóng (1) được diễn tả như hình 1, với độ bất định vị trí sigma_x=10,mathrm{A}. Mật độ của hạt lúc t=0

psi(x,0)^*psi(x,0)=Ae^{-x^2/2sigma_x^2}tag{2}

có dạng của phân bố Gauss với độ lệch chuẩn bằng sigma_x, diễn tả qua đường màu cam trên hình 1. Như vậy, hàm sóng (1) diễn tả một “đám mây” hạt mà có đến 70,% khối lượng của nó hội tụ quanh vị trí x=x_0 trong vòng bán kính sigma_x.

… đọc tiếp

Chương 4:

Trạng thái dừng và sự lượng tử hoá

Trong bài “Sóng de-Broglie với rào thế bậc thang” chúng ta đã đi đến kết luận, rằng khi năng lượng E thấp hơn chiều cao của rào thế sóng sẽ bị phản xạ toàn phần. Khi ấy sóng phản xạ sẽ giao thoa với sóng tới và hình thành sóng dừng. Câu hỏi đặt ra: chuyện gì xảy ra nếu ta đặt vào bên trái cũng một rào thế như trước, đối xứng và tạo nên một hố thế? Có thể hình dung trước cảnh tượng như sau. Thoạt tiên sóng sẽ phản xạ toàn phần trên rào thế bên phải, sóng tới bị dội ngược trên rào thế và trở thành sóng phản xạ. Tiếp theo sóng phản xạ di chuyển về bên trái với tư cách như một sóng tới, bắt gặp rào thế bên trái và cũng phản xạ toàn phần một lần nữa, hất ngược toàn bộ sóng về phía bên phải. Cứ như thế, sóng de-Broglie phản xạ qua về lặp đi lặp lại không ngừng nghỉ.

… đọc tiếp

Trong bài “Sự hình thành trạng thái dừng“, ta đã đi đến kết luận rằng, chỉ khi năng lượng có giá trị cụ thể ở một vài mức nhất định, rời rạc, sóng trong hố thế mới ổn định và đạt đến trạng thái dừng. Khi ấy, tại mỗi điểm trong không gian, sóng chỉ dao động tại chỗ, không di chuyển. Hàm sóng đặc trưng cho trạng thái phải có dạng:

psi_E(x,t)=Psi(x)e^{-i(E/hbar)t}.

Chỉ số E kí hiệu ở đây ý nói rằng psi_E(x,t) là hàm tương ứng với trạng thái dừng, có mức năng lượng E xác định. Hàm Psi(x) chỉ phụ thuộc vào toạ độ, không phụ thuộc vào thời gian. Nó chỉ ra biên độ dao động của hàm sóng tại mỗi điểm trong không gian. Tại mỗi vị trí x, sóng dao động tại chỗ với biên độ Psi(x) và tần số omega=E/hbar. Bản thân hàm Psi(x) được gọi là hàm biên độ. Trong nhiều tài liệu khác, Psi(x) cũng được gọi một cách chưa chính xác là hàm sóng, bởi vì psi_E(x,t)=Psi(x)e^{-i(E/hbar)t} với sự vận động theo thời gian mới thực sự là sóng.

Một trong những bài toán cơ bản của cơ học lượng tử là đi tìm dạng của hàm biên độ Psi(x).

… đọc tiếp

Bài viết này sẽ bàn đến một phương pháp khác giải phương trình Schrodinger:

Psi”(x)=-kleft[E-U(x)right]Psi(x),

với k=dfrac{2m}{hbar^2}. U(x) là hàm thế năng có phương trình phụ thuộc vào hình dạng của hố thế. Khác với phương pháp cũ, ở đây ta cũng dùng phép “bắn tên”, nhưng bắn đồng thời từ hai hướng khác nhau. Ý tưởng mô tả như hình 1.

… đọc tiếp

Áp dụng phương pháp giải phương trình dừng Schrodinger, ta đã có thể xây dựng phổ các mức năng lượng cũng như dạng sóng phù hợp cho mỗi mức năng lượng ấy dành cho dạng hố thế bất kì. Hố thế vuông là trường hợp đơn giản nhất trong số đó.

Tại mỗi điểm trong không gian, sóng chỉ dao động tại chỗ, không di chuyển. Năng lượng của hạt càng lớn sẽ dẫn đến xung lượng càng lớn. Xung lượng càng lớn sẽ dẫn đến bước sóng càng bé đi. Như vậy chỉ có một vài giá trị của năng lượng đảm bảo được rằng, kích thước của sóng “vừa vặn” với hố thế.

… đọc tiếp

Trong thế giới lượng tử ở tầm cỡ kích thước nguyên tử, vi hạt không xác định là một chất điểm dao động qua về quanh hố thế, mà loang ra thành đám mây orbitan. Sóng của đám mây này vận động tuân theo phương trình dừng Schrodinger:

Psi”(x)=-kleft[E-U(x)right]Psi(x),

với thế năng U(x) có dạng bậc hai:

U(x)=frac{1}{2}kx^2.

Sử dụng các phương pháp giải phương trình dừng Schrodinger với sự trợ giúp của máy tính, ta hoàn toàn có thể tìm ra được phổ năng lượng (rời rạc) mà tại những mức năng lượng ấy, sóng đạt trạng thái dừng. Hình 1 miêu tả một trong số những trạng thái dừng ấy.

… đọc tiếp

Để biết được sự vận động của bó sóng theo thời gian, ta cần phân tích bó sóng thành sự chồng chập của các trạng thái dừng:

psi(x,0)=sum_n{C_nPsi_n(x)},

với Psi_n(x) là nghiệm bậc n của phương trình Schrodinger:

Psi”(x)=-frac{2m}{hbar^2}left[E-U(x)right]Psi(x).

… đọc tiếp

Chương 5:

Thiết bị đo và toán tử

Trong cơ học lượng tử, trạng thái của hệ vi hạt hoàn toàn được miêu tả qua hàm sóng. Nếu muốn xác định xem xung lượng của sóng-hạt có giá trị bằng bao nhiêu, ta cần dùng cách tử nhiễu xạ tinh thể như thí nghiệm Davisson-Germer hình 1.

… đọc tiếp

Máy phân tích quang phổ là thiết bị giúp phân tích quang phổ của chùm sáng phát ra từ một khối vật chất nào đó. Vì mỗi loại nguyên tử và phân tử đều bức xạ những tia có hệ bước sóng đặc trưng, nên qua đánh giá quang phổ, ta có thể thu được thông tin về thành phần nguyên tử và phân tử cấu thành nên khối vật chất đó.

Nguồn gốc của quang phổ hình thành do sự dịch chuyển từ trạng thái dừng có mức năng lượng cao xuống trạng thái dừng có mức năng lượng thấp.

… đọc tiếp

Khái niệm về sự xác định của một đại lượng vật lý nghe có vẻ rất khác với cơ học cổ điển. Trong cơ học cổ điển, mọi đại lượng vật lý đều có giá trị xác định của nó. Nhưng với cơ học lượng tử, khi năng lượng xác định thì sóng phải là tổ hợp của nhiều de-Broglie với xung lượng khác nhau.

Nếu trạng thái của hạt trùng với một trong số những sóng de-Broglie:

psi(x,t)=psi_{p_n}(x,t),

hạt sẽ có xung lượng hoàn toàn xác định, đúng bằng p_n.

Nếu trạng thái của hạt trùng với một trong số những trạng thái dừng:

psi(x,t)=psi_{E_n}(x,t),

hạt sẽ có năng lượng hoàn toàn xác định, đúng bằng E_n.

Nhìn chung psi_{p_n}(x,t) và psi_{E_n}(x,t) là hai hàm sóng khác nhau. Hàm sóng de-Broglie psi_{p_n}(x,t) có dạng sin, còn hàm trạng thái dừng psi_{E_n}(x,t) lại có hình dạng đặc biệt, tuỳ vào hố thế. Do vậy nhìn chung, xung lượng và năng lượng của một hạt không thể có giá trị xác định đồng thời.

… đọc tiếp

Toán tử xung lượng hat{p}=-ihbardfrac{partial}{partial x} là hệ quả của lý thuyết de-Broglie về lưỡng tính sóng hạt, gắn liền với sóng de-Broglie. Toán tử động năng hat{T}=-dfrac{hbar}{2m}dfrac{partial^2}{partial x^2}là hệ quả của phương trình Schrodinger. Giữa hai toán tử này lại có mối liên hệ:

hat{T}=frac{hat{p}^2}{2m},

có hình ảnh rất tương tự với mối quan hệ cổ điển:

T=frac{p^2}{2m}.

Điều đó khiến các nhà vật lý nghĩ đến sự mở rộng cho việc định nghĩa các đại lượng mới. Moment động lượng cũng nằm trong số đó.

… đọc tiếp

Chương 6:

Lượng tử hoá trong nguyên tử

Hidro là loại nguyên tử có cấu trúc đơn giản nhất trong tất cả các nguyên tố: chỉ một electron bao quanh hạt nhân cấu thành từ một proton. Hạt nhân proton này tạo ra xung quanh nó một điện trường, có xu hướng hút electron vào gần nó. Electron lúc này không còn chuyển động tự do, mà rơi vào hố thế của trường tĩnh điện Coulomb:

U(r)=-frac{k_ee^2}{r},qquad k_e=frac{1}{4pivarepsilon_0}.

Phương trình Schrodinger trong trường hợp đối xứng cầu:

-frac{hbar^2}{2m}frac{1}{r^2}frac{partial}{partial r}left(r^2frac{partial}{partial r}right)R(r)+U(r)R(r)=ER(r).

… đọc tiếp

Trong mục “Nguyên tử hidro trường hợp đối xứng cầu” ta đã phân tích các trạng thái dừng của nguyên tử hidro mà không xét đến sự quay của đám mây electron. Nói cách khác, ta đã khảo sát nghiêm túc nguyên tử hidro, nhưng chỉ với trường hợp moment quay bằng không. Giờ đây vấn đề nguyên tử hidro cần nhìn nhận lại một cách tổng quát hơn, khi tìm các trạng thái dừng có mức năng lượng xác định của electron trong nguyên tử hidro có tính đến cả sự quay. Các trạng thái dừng này tương ứng với những sóng dừng Psi(x,y,z), thoả mãn phương trình Schrodinger:

-frac{hbar^2}{2m}left(frac{partial^2}{partial x^2}+frac{partial^2}{partial y^2}+frac{partial^2}{partial z^2}right)psi(x,y,z,t)+U(r)psi(x,y,z,t)=Epsi(x,y,z,t),

… đọc tiếp

Tiến Sĩ Vật Lý Nguyễn Đông Hải Chia Sẻ Kinh Nghiệm Học Tiếng Anh / 2023

Ngày 16/12/2018 vừa qua, Tiến sĩ Vật lý Nguyễn Đông Hải đã có buổi chia sẻ kinh nghiệm học Tiếng Anh hết sức bổ ích và thú vị tại Thiền Tôn Phật Quang (Núi Dinh, Bà Rịa – Vũng Tàu). Chương trình đã diễn ra với sự tham dự của gần 200 thanh niên và sinh viên.

Đầu tiên, Tiến sĩ so sánh việc học tiếng anh cũng giống như xây một ngôi nhà. Muốn xây một ngôi nhà chúng ta cần có gạch và trong việc học tiếng Anh thì từ vựng chính là những viên gạch. Bộ não có cơ chế đào thải những dữ liệu không sử dụng đến, nên việc học từ vựng phải đi đôi với việc thực hành, nếu chỉ học và để yên đó không dùng đến thì sẽ không có kết quả. Khi học một từ vựng thì cần kết hợp đủ 3 yếu tố: nghĩa của từ, cách phát âm và ngữ cảnh được sử dụng. Ví dụ: cùng một cách viết là “record” nhưng nghĩa sẽ khác nhau khi phát âm khác nhau. Hoặc có nhiều từ cùng nghĩa nhưng được sử dụng trong ngữ cảnh khác nhau, ví dụ: tell, speak, say.

Một điều cần lưu ý nữa là chúng ta cần học hết từ loại của từ đó. Ví dụ: attract là động từ, danh từ là attraction, tính từ là attractive.

Thứ hai là học ngữ pháp. Trong việc xây nhà, những viên gạch cần được kết dính lại với nhau theo một nguyên tắc nhất định để tạo thành bức tường vững chắc. Trong học tiếng Anh, ngữ pháp chính là nguyên tác sắp xếp từ vựng với nhau thành câu hoàn chỉnh và có nghĩa.

Tiến sĩ chia sẻ rằng, tiếng Anh có 18 thì, nhưng chỉ một nửa số đó được sử dụng thường xuyên, chúng ta chỉ cần học 9 thì cơ bản đã dùng trong giao tiếp hằng ngày. Một điều hết sức thú vị và bất ngờ đó là muốn giỏi ngữ pháp tiếng Anh thì chúng ta phải giỏi ngữ pháp tiếng Việt trước.

Về việc thực hành nói, bổ sung thêm phần chia sẻ ở chùa Xá Lợi lần trước, Tiến sĩ nhấn mạnh rằng việc chuyển từ viết sang nói là một bước rất cao, nên chúng ta cần một bước trung gian đó là đọc lên thành tiếng những câu mình vừa viết hoặc văn bản nào đó và phải đảm bảo là phát âm chuẩn xác từng từ.

Tiến sĩ đưa ra 4 bước cần thực hành: nghĩ ra một ý gì đó; viết ý đó ra bằng tiếng anh; kiểm tra lại ngữ pháp có đúng hay không; đọc câu đó thành tiếng chú ý là phát âm chậm, đúng từng chữ và đặc biệt là không được quên âm cuối.

Về kỹ năng viết, Tiến sĩ khuyên chúng ta nên tập viết nhật ký bằng tiếng Anh mỗi ngày, vừa dễ viết vừa mang lại hiệu quả thông qua việc ôn tập từ vựng và ngữ pháp.

Chúng ta cũng nghe nói đến phương pháp tắm ngôn ngữ – “English shower”, nghĩa là cứ mở tiếng anh lên và nghe mọi lúc mọi nơi và không cần hiểu đoạn tiếng Anh đó. Theo Tiến sĩ phương pháp này sẽ không mang đến kết quả như chúng ta mong muốn. Vì điều gì dễ dàng thì sẽ đưa đến kết quả nhỏ, chỉ có sự rèn luyện siêng năng và chấp nhận khó khăn thì mới có kết quả tốt được. Tiến sĩ gửi gắm một thông điệp vô cùng ý nghĩa là “Chúng ta đừng lãng phí tuổi trẻ để tìm kiếm sự dễ dàng” vì tuổi trẻ là để cống hiến, phụng sự, dũng cảm chấp nhận khó khan, vươn lên tìm kiếm những điều cao thượng trong cuộc sống.

Vậy trong 4 kỹ năng này thì nên học kỹ năng nào trước? Rất nhiều câu trả lời được đưa ra, và Tiến sĩ đúc kết lại rằng chúng ta nên học song song 4 kỹ năng: nghe, nói, đọc, viết, vì chúng sẽ bổ trợ cho nhau để giúp chúng ta hoàn thiện quá trình học tiếng Anh của mình. Một điều quan trọng là mỗi ngày chúng ta phải dành ra từ 1-2 tiếng đồng hồ để học và thực hành tiếng Anh thì mới đạt được kết quả như mong muốn.

Sau phần giải đáp những thắc mắc trong việc học tiếng anh, các bạn thanh niên, sinh viên đã có được một trải nghiệm “du học thực tế” hết sức thú vị qua một bài giảng Vật lý bằng tiếng anh của Tiến sĩ. Thông qua bài giảng, Tiến sĩ đã nhắn gửi một điều đạo lý ý nghĩa đến các bạn thanh niên: “Vạn vật trong vũ trụ luôn muốn di chuyển đến nơi có năng lượng thấp nhất, hay luôn đi về trạng thái không còn gì, điều này thật đúng với mục tiêu tu hành vô ngã (không còn cái ta) của Đạo Phật.”

Bằng câu chuyện minh họa mang tính thực tế, Đại Đức đã chỉ ra rằng trong lương tri của cả nhân loại đều trân trọng, tôn thờ lao động. Tất cả những điều chúng ta đang có cũng nhờ vào sự lao động vất vả, cực nhọc của những kiếp xưa, kiếp này mà đến. Và những điều ở tương lai sẽ đến với chúng ta cũng do lao động tạo ra.

Đại Đức cũng chỉ ra rằng, đa số chúng ta bị đặt vào trách nhiệm cần phải lao động, thật ra bản chất sâu thẳm của mình vẫn chưa yêu thích lao động. Những trở ngại trong việc học tiếng Anh vừa nêu ở trên như chưa tìm thấy động lực, chưa kiên trì học tập… nguyên nhân sâu xa đều là do tâm lý chưa yêu quý lao động. Đại Đức khuyên mỗi người cần rèn luyện tình yêu lao động, làm cho ý nghĩ đó thẩm thấu vào mình, trở thành bản chất của con người mình, thể hiện trong từng suy nghĩ, lời nói, hành động thì thành công mới đến được. Đại Đức nhấn mạnh “Lao động là cái gốc của mọi vấn đề”.

Tiến sĩ Nguyễn Đông Hải cũng có đôi lời nhắn nhủ đến các bạn thanh niên, sinh viên rằng việc học tiếng Anh ngoài mục đích là hội nhập với thế giới, có được nhiều cơ hội việc làm hơn thì với bổn phận là một người Phật tử, chúng ta cần đặt mục tiêu cao hơn nữa, đó là mang những điều đạo lý tốt đẹp mà chúng ta được tiếp nhận lan truyền ra thế giới.

Buổi giao lưu đã khép lại, nhưng những điều mà chúng con học được sẽ theo chúng con mãi. Chúng con càng hiểu thêm rằng nếu giỏi tiếng Anh thì chúng con sẽ có thêm nhiều cơ hội tiếp thu những kiến thức quý báu của nhân loại, làm việc tốt hơn và có cơ hội đóng góp cho cuộc đời nhiều hơn. Ngoài ra, nếu thông thạo tiếng Anh, chúng con còn có cơ hội lan truyền được Chánh Pháp cho bạn bè quốc tế như lời Sư Phụ đã chỉ dạy.

Cơ Học Lượng Tử Là Gì? / 2023

Như đã nhắc ở trên, có một vài lớp hiện tượng xuất hiện trong cơ học lượng tử mà không có sự tương tự với cơ học cổ điển. Chúng được gọi là “hiệu ứng lượng tử”.

Loại thứ nhất của hiệu ứng lượng tử đó là lượng tử hóa các đại lượng vật lý nhất định. Trong ví dụ về hạt mà ta đã xem xét, cả vị trí và xung lượng đều là các quan sát liên tục. Tuy nhiên nếu ta giới hạn hạt đó trong một vùng không gian để hình thành bài toán hạt trong hố thế thì các quan sát đó sẽ trở nên rời rạc. Những quan sát như vậy được gọi là bị lượng tử hóa và nó có vai trò quan trọng trong các hệ vật lý. Ví dụ về các quan sát bị lượng tử hóa bao gồm mô men xung lượng, năng lượng toàn phần của hệ liên kết, và năng lượng mà một sóng điện từ với một tần số đã cho.

Một hiệu ứng nữa là nguyên lý bất định đó là hiện tượng mà các phép đo liên tiếp của hai hay nhiều hơn hai quan sát có thể có các giới hạn cơ bản về độ chính xác. Trong ví dụ về hạt tự do, chúng ta không thể tìm thấy hàm sóng là trạng thái riêng của cả vị trí và xung lượng. Hiệu ứng này có nghĩa là không thể đo đồng thời vị trí và xung lượng với độ chính xác bất kỳ, ngay cả về mặt nguyên tắc: vì khi độ chính xác về vị trí tăng lên thì độ chính xác về xung lượng giảm đi và ngược lại. Các quan sát chịu tác động của nguyên lý này (gồm có xung lượng và vị trí, năng lượng và thời gian) là các biến giao hoán trong vật lý cổ điển.

Hiệu ứng tiếp theo là lưỡng tính sóng hạt. Dưới một số điều kiện thực nghiệm nhất định, các vật thể vi mô như là các nguyên tử hoặc các điện tử có thể hành xử như các “hạt” trong thí nghiệm tán xạ hoặc có thể hành xử như các “sóng” trong thí nghiệm giao thoa. Nhưng chúng ta chỉ có thể quan sát một trong hai tính chất trên vào một thời điểm mà thôi.

Các bài toán chưa có lời giải trong vật lý trong giới hạn tương ứng của cơ học lượng tử: liệu có lời giải thích nào về cơ học lượng tử đúng đắn hơn hay không? Làm thế nào mà các mô tả lượng tử về thực tại gồm các vấn đề như là chồng chất trạng thái hoặc suy sập hàm sóng có thể tái tạo lại thực tại mà chúng ta nhận biết

Hiệu ứng nữa là vướng lượng tử. Trong một số trường hợp, hàm sóng của một hệ được tạo thành từ nhiều hạt mà không thể phân tách thành các hàm sóng độc lập cho mỗi hạt. Trong trường hợp đó, người ta nói các hạt bị “vướng” với nhau. Nếu cơ học lượng tử đúng thì các hạt có thể thể hiện các tính chất khác thường và đặc biệt. Ví dụ, khi tiến hành một phép đo trên một hạt thì nhờ suy sập của hàm sóng toàn phần mà có thể tạo ra các hiệu ứng tức thời với các hạt khác thậm chí ngay cả khi chúng ở xa nhau.

Hiệu ứng đó có vẻ như mâu thuẫn với lý thuyết tương đối hẹp vì theo thuyết tương đối hẹp, không có gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Nhưng ở đây không có sự truyền thông tin nên không yêu cầu phải di chuyển một thực thể vật lý tức thời giữa hai hạt. Hiệu ứng ở đây có nghĩa là, sau khi nghiên cứu các thực thể bị vướng với nhau, hai người nghiên cứu có thể so sánh dữ liệu của họ và thu được các mối tương quan mà các hạt có.

Một hiệu ứng nữa là đệm lượng tử và khóa lượng tử. Để tạo được hiệu ứng này, chúng ta cần một vật liệu bán dẫn (hoặc siêu bán dẫn), một ít ni-tơ lỏng (nhiệt độ -196 °C trong điều kiện áp suất khí quyển) và.

Bạn đang xem bài viết Vật Lý Lượng Tử 2022: 12 Thí Nghiệm Kinh Ngạc Nhất / 2023 trên website Lienminhchienthan.com. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ là hữu ích với bạn. Nếu nội dung hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!