Nguyên tử cơ học lượng tử
Bất chấp những nỗ lực tột bậc của Rutherford và Bohr, những phương diện nhất định của cấu trúc nguyên tử vẫn là một thách đố, và mãi cho đến năm 1925 thì những mảnh ghép cuối cùng của trò chơi ghép hình mới lắp khớp vào khoảng trống.
Sự lưỡng tính sóng-hạt bảo ta rằng một electron có thể hành xử vừa là hạt vừa là sóng. Nếu ta tưởng tượng quỹ đạo của các electron là những đường tròn đồng tâm xung quanh hạt nhân (tương tự như quỹ đạo của các hành tinh xung quanh Mặt Trời), thì ta phải biết từng electron ở đâu tại một thời điểm bất kì. Tuy nhiên, nếu sau đó ta chồng sóng xác suất của bước sóng de Broglie lên trên các quỹ đạo electron, thì ta tìm thấy mỗi electron có thể tồn tại ở bất kì điểm nào dọc theo sóng ấy: nói cho đúng hơn, vị trí của nó trở nên “nhòe nhoẹt”. Các nhà vật lí Đức Werner Heisenberg và Erwin Schrodinger, những người đầu tiên nhận ra điều này, đề xuất rằng tốt hơn ta nên xem các quỹ đạo electron là một “đám mây” hay “bầy đoàn” electron. Tuy nhiên, ngày nay chúng có xu hướng được gọi là “orbital”.
Trong mô hình lượng tử của nguyên tử, các electron chiếm giữ các orbital khuếch tán chứ không phải những quỹ đạo cố định.
Thuyết tương đối
Đầu thế kỉ 20 đã chứng kiến những tiến bộ vượt bậc trong vật lí học. Cùng với những thám hiểm về miền đất hạ nguyên tử và lượng tử, có lẽ cuộc cách mạng to lớn nhất đã xảy ra ở đầu kia của cấp độ kích cỡ, với các lí thuyết tương đối hẹp và tương đối rộng của Einstein (công bố tương ứng vào năm 1905 và 1915).
Thật vậy, cả hai lí thuyết đều tỏ ra có những hàm ý quan trọng cho vật lí lượng tử. Sự phát triển thuyết tương đối hẹp (lí thuyết giải thích vật lí học của những vật chuyển động ở gần tốc độ ánh sáng nhưng bỏ qua các tình huống gia tốc) đã đưa Einstein đến với ý tưởng rằng khối lượng và năng lượng là tương đương, một huyệt điểm của vật lí lượng tử và vật lí hạt. Trong khi đó, thuyết tương đối rộng, lí thuyết xét các “hệ quy chiếu” đang gia tốc, cho biết lực hấp dẫn có thể làm biến dạng không gian như thế nào và phát huy tác dụng trên những khoảng cách vũ trụ mênh mông. Tuy nhiên, Einstein muốn có một lí thuyết hoàn chỉnh hơn có thể giải thích lực hấp dẫn tác dụng như thế nào ở những cấp độ rất nhỏ, cũng như ở cấp độ rất lớn, thống nhất thuyết tương đối với thế giới lượng tử.
Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Phần tiếp theo >>
