19 hiện tượng của vật lý lượng tử
Nguồn tin và chi tiết: https://discoverwildscience.
HCD : Máy tóm tắt nội dung bài báo (có thể còn sót những « tiếng mới » khó hiểu khó nghe)
Bài viết giới thiệu 19 hiện tượng của vật lý lượng tử, một ngành học về thế giới vô cùng nhỏ bé (nguyên tử, hạt hạ nguyên tử). Những hiện tượng nầy trái ngược hoàn toàn với những gì ta thấy hằng ngày. Dưới đây là tóm lược từng điểm:
1. Hạt có thể xuyên qua rào cản đặc
Như quả banh ném vào tường, trong thế giới lượng tử, hạt có lúc tự nhiên xuất hiện ở phía bên kia mà không cần leo qua. Hiện tượng nầy gọi là "xuyên hầm lượng tử", giải thích tại sao mặt trời có thể đốt cháy và phóng xạ tự nhiên xảy ra.
2. Einstein gọi là "hành động ma quái ở xa"
Hai hạt có thể "vướng" vào nhau: đo đạc một hạt, ta liền biết trạng thái của hạt kia dù chúng cách nhau nửa vòm trời. Einstein không tin điều nầy vì trái với nguyên lý không gì nhanh hơn ánh sáng, nhưng thí nghiệm đã chứng minh là đúng.
3. Cha con cùng đoạt giải Nobel cho hai điều trái ngược
Năm 1906, J.J. Thomson được giải vì chứng minh điện tử là hạt. Năm 1937, con ông là George được giải vì chứng minh điện tử là sóng. Cả hai đều đúng – đó gọi là "lưỡng tính sóng-hạt".
4. Không gian trống thực ra không trống
Trong chân không, từ năng lượng tự nhiên sinh ra cặp hạt – phản hạt, chúng hiện ra, gặp nhau, rồi triệt tiêu lẫn nhau trong chớp mắt. Không gian thực chất là một mớ sôi sục của các hạt thoáng qua.
5. Sự nhìn ngắm làm thay đổi thực tại
Khi đo đạc một hạt lượng tử, ta buộc nó phải chọn một trạng thái duy nhất trong nhiều trạng thái có thể. Trước khi nhìn, nó tồn tại trong nhiều trạng thái cùng lúc. Nhìn vào thì thực tại liền "đông đặc" lại.
6. Con mèo của Schrödinger vừa sống vừa chết
Nhà bác học Schrödinger đưa ra thí nghiệm tưởng tượng: một con mèo trong hộp kín, gắn với chất phóng xạ có thể giết nó. Theo lý thuyết, trước khi mở hộp, con mèo vừa sống vừa chết. Ông đưa ra nghịch lý nầy để chỉ ra sự phi lý của lượng tử nếu áp cho vật to lớn.
7. Năng lượng chỉ có theo từng gói nhất định
Năng lượng không tuôn chảy liên tục mà đến theo từng đơn vị nhỏ gọi là "lượng tử", như giày chỉ bán theo từng cỡ, không có cỡ lẻ tùy ý.
8. Hạt không có tính chất cố định trước khi đo
Ví dụ: một điện tử chưa có hướng "lên" hay "xuống" cho đến khi ta đo nó. Trước đó, nó tồn tại trong nhiều hướng cùng lúc, mỗi hướng có khả năng xảy ra (theo xác suất). Vật lý lượng tử dựa trên xác suất, không phải chắc chắn.
9. Một hạt photon có thể giao thoa với chính nó
Trong thí nghiệm hai khe, bắn từng hạt photon một, theo thời gian chúng vẫn tạo ra hình ảnh giao thoa như sóng, nghĩa là mỗi hạt đồng thời đi qua cả hai khe. Hạt "biết" được cả hai khe có mở hay không.
10. Những thăng giáng lượng tử tạo ra cả vũ trụ
Những xáo động nhỏ trong chân không ở giây đầu tiên sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang) đã tạo ra chỗ đậm chỗ nhạt của vật chất, từ đó hình thành các thiên hà và mọi cấu trúc trong vũ trụ ngày nay.
11. Sự sụp đổ trạng thái không do ý thức con người
Nhiều người lầm tưởng rằng chỉ cần có người nhìn vào thì trạng thái lượng tử mới sụp đổ. Thực ra, sự tác động qua lại với môi trường xung quanh đã đủ gây ra điều nầy, không cần có mắt người.
12. Vũ trụ có thể không "thực tại địa phương"
Giải Nobel Vật lý 2022 xác nhận: vũ trụ không "địa phương" (vật chỉ bị ảnh hưởng bởi lân cận) và không "thực tại" (vật có tính chất cố định dù không ai nhìn). Lượng tử đã phá vỡ cả hai quan niệm đó.
13. Nguyên tử có thể ở hai nơi cùng một lúc
Các nhà vật lý đã tạo ra trạng thái mờ ảo trong đó cụm chừng 7.000 nguyên tử natri cùng lúc ở nhiều vị trí khác nhau. Những "cục" vật chất lớn nầy cũng có biểu hiện sóng như hạt.
14. "Ngữ cảnh" còn lạ hơn "vướng lượng tử"
Tính chất của một hạt tùy thuộc vào cách ta đo nó. Chọn đo cái nầy hay cái kia sẽ làm hạt có tính chất khác nhau. Điều nầy chứng tỏ hạt không có tính chất cố định tiềm ẩn.
15. "Spin" lượng tử không phải là xoay thực sự
Các hạt như điện tử mang tính chất gọi là "spin" nhưng chúng không xoay tròn như con quay (vì nếu xoay thì tốc độ phải nhanh hơn ánh sáng). Các nhà khoa học diễn tả được bằng toán học nhưng không ai biết thực chất nó là gì.
16. Hạt nhẹ xuyên hầm dễ hơn hạt nặng
Điện tử xuyên qua rào cản dễ dàng hơn proton. Bề dày của rào cản tăng một chút cũng làm giảm khả năng xuyên hầm đáng kể. Tính chất nầy được dùng trong kính hiển vi quét xuyên hầm để chụp ảnh từng nguyên tử.
17. Có nhiều cách giải thích vật lý lượng tử
Trường phái Copenhagen nói sự quan sát làm sụp đổ trạng thái. Trường phái "đa thế giới" nói mỗi khi đo, vũ trụ tách ra thành nhiều nhánh song song. Các nhà bác học vẫn chưa đồng ý với nhau về ý nghĩa thực sự.
18. Lưỡng tính sóng-hạt cũng đúng cho phân tử lớn
Đã có thí nghiệm với phân tử gồm 2.000 nguyên tử (năm 2019) – một cấu trúc phức tạp – nhưng vẫn có tính chất sóng. Điều nầy gợi ý không có ranh giới rõ ràng giữa thế giới lượng tử và thế giới hằng ngày.
19. Thí nghiệm "chọn sau" có thể ảnh hưởng đến quá khứ
Trong thí nghiệm hai khe, nếu quyết định ghi nhận hạt đã đi qua khe nào sau khi hạt đã chạm màn chắn, thì kết quả hiện ra như thể hạt đã "biết" trước quyết định của ta ở tương lai. Điều nầy làm đảo lộn khái niệm nhân-quả, nhưng đã được kiểm chứng.
--- ⁕ ---
Kết Luận:
Vật lý lượng tử buộc ta phải bỏ gần như mọi giả định về thực tại. Hạt cũng là sóng. Chân không đầy năng lượng. Sự nhìn ngắm tạo ra thực tại. Những điều nầy không phải là chuyện bịa hay toán học suông – chúng đã được thí nghiệm chứng minh. Bộ óc loài người, vốn được tạo hóa rèn giũa qua hàng trăm ngàn năm để sống trong thế giới to lớn, khó mà hiểu thấu những điều nầy. Nhưng chính vì thế mà chúng thật hấp dẫn. Vũ trụ thực ra kỳ lạ hơn ta tưởng rất nhiều.
Comments
Post a Comment