Cơ lượng tử: Nguyên lý bất định

Nguyên lý Bất định Heisenberg, mô tả một giới hạn của độ chính xác mà một cặp đại lượng vật lý. Thường được biết đến nhiều nhất là công thức:

Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta ít thấy sự ảnh hưởng của nguyên lý bất định. Giả sử, xét một quả bóng nặng 1 kg, sử dụng một thước để đo vị trí với độ chia nhỏ nhất là 1mm. Độ chính xác về vị trí của thước này là 0.5mm. Loại trừ những sai lệch do quá trình đo, có thể xem độ lệch của thước là 0.5mm. Thử tính toán.

Có thể thấy, ảnh hưởng của Nguyên lý bất định trong cuộc sống hằng ngày là không nhiều. Tuy nhiên, ở một phạm vi nhỏ hơn, cỡ nguyên tử, Khi mà các đối tượng chỉ là các electron, hạt nhân, với khối lượng cực kỳ nhỏ.

Sự bất định về vận tốc này là cực kỳ lớn, vì thế, Nguyên lý bất định có vai trò vô cùng quan trọng trong Cơ học lượng tử.

Nhiều người cho rằng, sự bất định này do sự yếu kém về năng lực của các thiết bị hay của chính người thực hiện phép đo chứ không phải bản chất của đại lượng là bất định. Tuy nhiên, đã có những chứng minh toán học sử dụng cơ học sóng hay cơ học ma trận để giải thích cho sự bất định này. Do vậy, "Nguyên lý bất định thực sự phát biểu một tính chất của hệ lượng tử chứ không phải là tuyên bố về sự thành công của công nghệ hiện tại".

Một ví dụ trực quan giúp ta quan sát được ảnh hưởng của Nguyên lý bất định: Năm 1999 Giáo sư Walter Lewin, Viện Công nghệ Masachusetts (MIT) trong bài giảng Vật lý I: Cơ học cổ điển.

Trong thí nghiệm, giáo sư cho một nguồn laser qua một khe hẹp với chiều rộng khe hẹp có thể thay đổi được. Một cách thông thường, khi khe hẹp thu lại càng nhỏ, ánh sáng thu được trên màn sẽ càng hẹp. Nhưng khi thu hẹp đến một khoảng cách nhất định, ánh sáng bắt đầu lan rộng ra hơn. Và điều này khó có thể gaiir thcihs được bằng cơ học cổ điển, nó chỉ được giải thích hợp lý qua cơ học lượng tử hay Nguyên lý bất định Heisenberg.

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học, Nguyên lý bất định hay rộng hơn là Cơ học lượng tử ngày một đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Từ khám phá thế giới vi mô như các hạt cấp nguyên tử và hạ nguyên tử, cho đến thế giới vĩ mô, sự vận hành và hoạt động của các sao. Trong ngành công nghệ, khi máy tính ngày càng tinh vi, yêu cầu những thiết bị ngày càng nhỏ, nơi mà cơ học lượng tử gâp ra những ảnh hưởng áp đảo so với cơ học cổ điển. Hay những công nghệ cho tương lai, thông tin lượng tử, máy tính lượng tử,...

Không giống như Cơ cổ điển, trực quan, dễ dàng nắm bắt, Cơ lượng tử là thứ gì đó khá xa lạ, nó cần một cơ sở toán học đủ vững chắc và sự nhạy bén với vật lý để cảm nhận được vì rất khó có thể quan sát được những hiện tượng lượng tử. Nhưng thế giới lượng tử là một thế giới vô cùng đẹp đẽ với những vùng trời mới đang dần dần được khai phá. Biết về lượng tử trong thời đại ngày nay không chỉ dành cho những người thcihs vật lý, mà nên dành cho mọi người, như người ta biết về 3 định luật Newton, những kiến thức cơ bản của Cơ học lượng tử cũng nên được phổ cập như thế. Mở ra cánh cửa của lượng tử sẽ giúp người ta có những góc nhìn rất khác về thế giới, những cách quan sát, cách vận động mới lạ hơn.