Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 37)

Chồng chất lượng tử

Khả năng một trạng thái lượng tử có một phân bố kết cục khả dĩ được gọi là sự chồng chất. Hãy nghĩ mỗi kết cục có một hàm sóng riêng của nó, và tất cả các hàm sóng đó chồng lấn hay bị chồng lấn lên nhau. Sự trùng khớp của các hõm và đỉnh làm cho các hõm và đỉnh đó tăng về biên độ, còn các sai khớp làm cho các hàm sóng triệt tiêu nhau. Kiểu giao thoa tăng cường và triệt tiêu như vậy chính là cách hành xử của các sóng thường ngày, ví dụ như sóng âm.

Tuy nhiên, trong các hệ lượng tử, các kiểu chồng chất có phần trừu tượng hơn. Chẳng có sóng vật chất thực sự nào cho biên độ hay cường độ, mà thay vào đó các đỉnh chồng chất làm tăng xác suất để, chẳng hạn, một hạt sẽ có mặt tại một vị trí cho trước. Vì thế, cộng hai hoặc nhiều hàm sóng với nhau có thể tạo ra một trạng thái lượng tử mới. Thí nghiệm hai khe mang lại một ví dụ hay trong thế giới thực cho sự chồng chất lượng tử.

Chồng chất lượng tử

Phương trình sóng Schrödinger

Nhiều khái niệm cơ lượng tử trừu tượng đến mức người ta không hề hi vọng mô tả chúng đầy đủ bằng ngôn từ hay hình họa. Thay vậy, chúng chỉ có thể được lí giải trọn vẹn bằng ngôn ngữ toán học. Mô tả toán học quan trọng nhất hết thảy được đem lại bởi phương trình sóng Schrödinger. Được phát triển bởi nhà vật lí Erwin Schrödinger vào năm 1926, phương trình này ban đầu được dùng để mô tả các trạng thái lượng tử của electron trong nguyên tử. Tuy nhiên, nó có thể được sửa đổi để mô tả các hệ lượng tử trên mọi cấp độ, cho đến kích cỡ bản thân Vũ trụ.

Có hai phiên bản của phương trình này; một hình thức độc lập với thời gian được thể hiện bên dưới (cho các hạt không chuyển động), và một hình thức phụ thuộc thời gian (dùng cho một hạt đang chuyển động với một vị trí cho trước và tại một thời điểm cho trước). Ngự tại trung tâm của phương trình này là khái niệm hàm sóng, nó cũng được phát minh bởi Schrödinger. Phương trình này và, do đó, cách giải thích Copenhagen, nói rằng hàm sóng là mô tả đầy đủ nhất của một hạt.

Phương trình sóng Schrödinger