Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 41)

Sự chui hầm lượng tử

Có hai cách chiến thắng rào thế Coulomb xung quanh một hạt nhân nguyên tử. Cách thứ nhất là thông qua năng lượng tuyệt đối, song để một hạt thu được động năng lớn hơn năng lượng của rào thế Coulomb sẽ cần nhiệt độ hết sức cao (hàng chục tỉ độ). Những nhiệt độ như thế thậm chí không tồn tại trong tâm của một số sao khối lượng thấp, thế nhưng các hạt nhân hydrogen vẫn hợp nhất thành hạt nhân helium và phát năng lượng làm các sao tỏa sáng.

Thay vậy, khả năng cao hơn là các hạt tự sắp xếp lại theo cách thứ hai để chiến thắng rào thế Coulomb. Nói ví dụ, hàm sóng của một hạt alpha hoặc hai hạt nhân nguyên tử cố gắng hợp nhất có thể trải ra quá rào thế Coulomb, nghĩa là có một xác suất nhỏ để một hạt có thể xuất hiện ở bên ngoài (hay đi xuyên qua) rào thế. Cỡ của rào thế Coulomb là khác nhau đối với mỗi hạt nhân nguyên tử cho nên, tùy thuộc vào hạt nhân nào đang phân rã, có thể tốn từ vài phần triệu của một giây cho đến nhiều tỉ năm để một hạt alpha thoát ra ngoài.

Nguyên lí bất định Heisenberg

Sự nhập nhằng của vật lí lượng tử không chỉ tìm thấy ở hàm sóng, mà nó còn biểu hiện ở những tính chất mà chúng ta có thể đo ở một hạt. Werner Heisenberg vướng phải vấn đề này, ông nhận thấy không thể nào biết chắc chắn cả động lượng và vị trí của một hạt tại một thời điểm bất kì: chúng ta biết giá trị của một trong hai tính chất này càng chính xác, thì chúng ta biết tính chất kia càng kém chính xác. Heisenberg gọi đây là ‘nguyên lí bất định’. Nó chẳng liên quan gì đến các sai số trong thiết bị thí nghiệm hay phương pháp tiến hành mà thay vào đó, nó là một kết quả nảy sinh từ hành trạng của hàm sóng của một hạt. Bạn càng ấn định rõ vị trí của một hạt, thì hàm sóng càng bị bó chặt lại (xác định vị trí của hạt). Tuy nhiên, điều này có hệ quả là khiến cho bước sóng của hàm sóng (xác định động lượng của hạt) kém chính xác. Ngược lại, bước sóng được biết càng chính xác, thì hàm sóng phân bố càng rộng, nghĩa là hạt có xác suất lớn hơn để tồn tại ở nhiều nơi khác nhau.

Nguyên lí bất định phát nói rằng các cặp tính chất lượng tử bổ sung nhất định (vị trí và động lượng, hay năng lượng và thời gian) không thể được xác định đồng thời với độ chuẩn xác hoàn hảo trong cùng một phép đo.

Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Bản dịch của Thuvienvatly.com
Phần tiếp theo >>

Bài trước | Bài kế tiếp