Trong ghế nhà trường chúng ta đã được học về vật lý lượng tử ở lớp 12. Và bài viết này mình sẽ tổng hợp lại cho các bạn khái niệm về vật lý lượng tử? Và ví dụ về lượng tử nhé.
1. Vật lý lượng tử là gì?
Vật lý lượng tử là một lĩnh vực trong vật lý nghiên cứu về các hiện tượng ở mức độ vô cực nhỏ, tức là ở mức độ phân tử, nguyên tử, và các hạt cơ bản như quarks và lepton.
Nói một cách đơn giản, chính vật lý học giải thích cách mọi thứ hoạt động: mô tả tốt nhất về bản chất của các hạt tạo nên vật chất và các lực mà chúng tương tác.
Nói chung Thuyết Lượng Tử rất rộng nhưng mình sẽ tóm tắt về sự ra đời của của nó như sau:
Vào ngày này năm 1900, nhà vật lý học người Đức Max Planck công bố nghiên cứu đột phá của ông về ảnh hưởng của bức xạ đối với một vật đen (blackbody), và thuyết lượng tử của vật lý hiện đại đã ra đời.
Thông qua các thí nghiệm vật lý, Planck đã chứng minh rằng năng lượng, trong một số tình huống nhất định, có thể thể hiện các đặc tính của vật chất. Theo các lý thuyết của vật lý cổ điển, năng lượng chỉ là một hiện tượng giống như sóng liên tục, không phụ thuộc vào đặc tính của vật chất. Lý thuyết Planck, cho rằng năng lượng bức xạ được tạo thành từ các thành phần giống như hạt, được gọi là quanta.
Lý thuyết mới này đã giúp giải quyết các hiện tượng tự nhiên không giải thích được trước đây, như biểu hiện của nhiệt trong chất rắn và bản chất của sự hấp thụ ánh sáng ở mức độ nguyên tử. Năm 1918, Planck đã được trao giải Nobel Vật lý cho công trình nghiên cứu về bức xạ vật đen.
Các nhà khoa học khác, chẳng hạn như Albert Einstein, Niels Bohr, Louis de Broglie, Erwin Schrodinger và Paul M. Dirac, đã đào sâu lý thuyết của Planck và phát triển cơ học lượng tử – một ứng dụng toán học của lý thuyết lượng tử trong đó năng lượng được xét là hạt hay sóng, tùy thuộc vào các biến nhất định. Do đó, cơ học lượng tử xem xét tự nhiên theo góc nhìn biến đổi, tương phản rõ rệt với cơ học cổ điển, trong đó tất cả các tính chất chính xác của các vật thể, về nguyên tắc, đều có thể tính toán được. Ngày nay, sự kết hợp của cơ học lượng tử với thuyết tương đối của Einstein là nền tảng của vật lý hiện đại.
2. Ví dụ về lượng tử?
Ví dụ về hiện tượng và ứng dụng của lượng tử trong thế giới thực:
Laser và quang học lượng tử:
- Các thiết bị quang học lượng tử như laser là kết quả của sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất ở mức độ nguyên tử và phân tử. Trong laser, ánh sáng được tạo ra thông qua quá trình kích thích từ các nguyên tử ở mức năng lượng thức tỉnh về mức năng lượng thấp hơn.
Thuật toán lượng tử trên máy tính lượng tử:
- Thuật toán như thuật toán Grover có thể được sử dụng trên máy tính lượng tử để tìm kiếm một dữ liệu không có cấu trúc với độ phức tạp bậc căn vuông nhanh hơn so với bất kỳ thuật toán cổ điển nào.
