Giáo viên hướng dẫn : tskh. Lê Văn Hoàng Nhóm thực hiện: Đỗ Thị Thu Hà Vũ Thanh Huy Nguyễn Văn Hùng Hoàng Văn Hưng

II.4.2.Hạt nhân của thuyết điện động lực học lượng tử (QED)

tải về 325.08 Kb.

trang	7/8
Chuyển đổi dữ liệu	05.08.2016
Kích	325.08 Kb.
	#13701

1 2 3 4 5 6 7 8

II.4.2.2.Chân không lượng tử
II.4.2.2.2Vậy chân không lượng tử là gì

II.4.2.Hạt nhân của thuyết điện động lực học lượng tử (QED)

II.4.2.1.Khái niệm trường lượng tử

Khi nghiên cứu thế giới vi mô, do không thể áp dụng được cơ học cổ điển Newton nên chúng ta phải sử dụng công cụ lý thuyết mới đó là cơ học lượng tử

Mặc dù có những thành công rực rỡ nhưng cơ lượng tử không thể áp dụng đối với các quá trình vật lý xảy ra ở vùng năng lượng lớn, khi tốc độ hạt không còn bé so với tốc độ ánh sáng. Ngoài ra hàm sóng trong cơ học lượng tử là một hàm thông thường nên không thể được áp dụng cho các quá trình trong đó các hạt có thể chuyển hóa lẫn nhau.

Để khắc phục những khó khăn này, cần phải có một lý thuyết tổng quát hơn, đó là lý thuyết trường lượng tử. Với một ý nghĩa bào đó có thể nói rằng lý , thuyết trường lượng tử là sự tổng hợp của cơ lượng tử và lý thuyết tương đối.

Năm 1924 De Broglie đã phát biểu một tiên đề cho một nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử về tính đỗi ngẫu của vật chất: một vật đều có 2 tính chất hạt và sóng.

Hạt photon tương ứng với trường điện từ, các lượng tử của trường điện từ là các hạt photon. Cũng hoàn toàn tương tự, bất kỳ một hạt nào cũng tương ứng với một trường và các lượng tử của trường này chính là các hạt đó. Như vậy lý thuyết trường lượng tử chính là lý thuyết tương tác của các hạt.

Như ta đã biết theo điện động lực học cổ điển, các electron khi chuyển động quanh hạt nhân trên các quỹ dạo có gia tốc sẽ bức xạ điện từ, năng lượng giảm iên tục nên cuối cùng rơi vào hạt nhân. Nhưng nguyên tử vẫn tồn tại. Và theo thực nghiệm nguyên tử phát ra các quang phổ từ sự nhày mức năng lượng, biểu thị tính gián đoạn của các trạng thái năng lượng của nguyên tử. Những hiện tượng vật lý này vật lý cổ điển không giải thích được. Theo De Broglie một vật đều có 2 tính chất hạt và sóng. Trong thế giới vi mô sóng hạt không loại trừ nhau mà thống nhất với nhau trong cùng một vi hạt. Vật lý lượng tử ra đời cơ học lượng tử thay thế cơ học cổ điển. Việc chuyển từ hạt sang sóng chính là sự lượng tử hóa lần thứ nhất. Như vậy, lượng tử hóa lần thứ nhất là bước chuyển từ hạt sang sóng, nghĩa là thay thế các đại lượng vật lý thành các toán tử liên hợp thõa mản hệ thức bất định. Các trạng thái của hạt được mô tả bằng hàm sóng và tuân theo phương trình Schrodinger.

Tuy nhiên, phương trình Schrodinger là phương trình sóng diễn tả quy luật sóng nhưng lại chưa nêu được tính chất hạt của sóng. Để khắc phục điều này M. Born đã đưa tính chất hạt vào cơ học lượng tử bằng cách cho rằng bình phương hàm sóng tại một điểm tỷ lệ với xác suất tìm thấy hạt tại điểm đó. Tuy nhiên điều này cũng chỉ cho ta biết xác suất tìm thấy hạt tại một điểm nào đó trong không gian. Vì vậy, vấn đề là tìm cách xây dựng một lý thuyết diễn tả được đồng thòi tính chất sóng của hạt và tính chất hạt của sóng. Điều này dẫn đến bước chuyển tiếp thứ hai là bước chuyển tiếp từ sóng sang hạt đây chính là sự lượng tử hóa lần 2. Đây là sự lượng tử hóa của trường, mô tả hệ có số hạt thay đổi. Ánh sáng là sóng điện từ, cũng là dòng các hạt photon. Hạt photon tương ứng với trường điện từ, các lượng tử của trường điện từ là các hạt photon. Cũng hoàn toàn tương tự, bất kỳ một hạt nào cũng tương ứng với một trường và các lượng tử của trường này chính là các hạt đó

II.4.2.2.Chân không lượng tử

II.4.2.2.1Chân không là gì ?

Từ 2500 nay, định nghĩa chân không không ngừng thay đổi.

Vào thế kỷ thứ V trước công nguyên, Democrite coi rằng chân không là “trống rỗng”.

Một thế kỷ sau, Aristote phủ nhân chân không và không gian chứa đầy ête, một chất “tinh túy tuyệt vời” thâm nhập mọi nơi, mọi chốn.

Khoa học thực nghiệm của Galile (1564-1642), Pascal (1623-1647) đã chứng minh rằng chân không đồng nghĩa với áp suất thấp, tuy nhiên bản chất vẫn chưa được sáng tỏ.

Đến thể kỷ XIX các nhà Vật Lý nghĩ rằng chỉ cần rút hết vật chất và toàn bộ bức xạ điện từ bằng cách làm lạnh thiết bị thực nghiệm tới 0K là có thể đạt tới chân không.

Tuy nhiên không phải thế! Vẫn còn tiềm tàng một cái gì đó! Cho đến thế kỉ XX, theo vật lý lượng tử, mọi thứ đều có thực một cách tiềm tàng hoặc bí ẩn. Khái niệm chân không lượng tử liên quan đến các trường và được choán đầy một cách tiềm ẩn.

Chính nguyên lý bất định Heisenberg đã hạn chế khả năng hiểu biết của chúng ta và làm tiêu tan ý nghĩ “chân không là không có gì là hư vô” . Theo nguyên lý Heisenberg khi giới hạn được độ bất định về vị trí của hạt thì độ bất định về vận tốc của hạt lại tăng lên. Tương tự, độ bất định về năng lượng của mọi vật đều phụ thuộc độ bất định về thời gian quan sát, nghĩa là phụ thuộc vào chính thời gian quan sát được. Thành thử các vi hạt có thể xuất hiện trong chân không do các thăng giáng năng lượng trong khoảng thời gian cực kỳ ngắn.

Vậy “chân không” không bao giờ trống rỗng! vì các hạt hiện ra và biến mất chẳng biết từ đâu ? điều bí ẩn này không thể tách rời vật lý lượng tử.

Theo nguyên lý Heisenberg, do thăng giáng năng lượng, nên chân không gian bao giờ cũng tràn đầy các hạt ảo vật chất và phản vật chất. Đó là, “trạng thái không kích thích”, trạng thái “tiềm ẩn” của thực tại.

Năm 1920, nhà vật lý người Anh Paul Dirac (1902 - 1984) đã định nghĩa chân không là trạng thái năng lượng cực tiểu của một cấu trúc. Cực tiểu, nhưng không triệt tiêu, vì trường không thể đồng thời tất cả bằng không. Ở nhiệt độ không tuyệt đối, toàn bộ không gian chứa đầy bức xạ “không”. Ý tưởng này gắn liền với các thăng giáng của chân không lượng tử nói ở trên.

II.4.2.2.2Vậy chân không lượng tử là gì?

Chân không lượng tử được định nghĩa như trạng thái cơ bản tận cùng của vạn vật, nó vô hướng, trung hòa, mang năng lượng cực tiểu trong đó vật chất, tức là tất cả các trường lượng tử, bị loại bỏ hết.

Nhưng không phải vì chân không chẳng chứa trường vật chất nào mà năng lượng của nó bằng 0. Theo nguyên lý bất định (nguồn gốc của sự thăng giáng lượng tử), năng lượng của bất cứ trạng thái vi mô nào là chuỗi(1/2)hν, (3/2)hν, (5/2) hν...chứ không phải là 0hν, 1hν, 2hν... Tất nhiên thôi, nguyên lý bất định bảo ta nếu xung lượng |k| được xác định rõ rệt bao nhiêu thì vị trí trong không gian |x| lại mơ hồ rối loạn bấy nhiêu, vậy năng lượng tối thiểu ε = (1/2)hν ≠ 0 chính là một thỏa hiệp tối ưu bình đẳng cho cả hai bên |k| và |x|. Thực thế,nếu ε = 0, |k| = 0, vậy |x| không sao được xác định nổi.

Phản ánh nguyên lý này, thế giới vi mô luôn luôn dao động ngay ở nhiệt độ tuyệt đối thấp nhất (năng lượng cực tiểu) và đó là ý nghĩa của sự thăng giáng lượng tử. Bởi năng lượng tối thiểu khác 0 và vì tần số ν có thể là bất cứ con số nào từ 0 đến vô tận nên chân không có năng lượng phân kỳ khi ta lấy tích phân tất cả các mốt dao động ν. Vấn đề này về sau đã được giải quyết bằng sự tái chuẩn hóa.

Tuy nhiên chính vì vô hướng, trung hòa lại có năng lượng vô hạn, nên cái chân không lượng tử mang ẩn dụ một hư vô mênh mang tĩnh lặng, từ đó do những kích thích nhiễu loạn của năng lượng mà vật chất được tạo thành để rồi chúng tương tác, biến đổi, phân rã rồi trở về với chân không, tiếp nối bao vòng tục lụy! chân không trong lượng tử thực là trạng thái cơ bản, là cội nguồn và chốn trở về cũng như ra đi của vạn vật. Nó không rỗng tuếch chẳng có gì mà là cái thế lắng đọng của tất cả. Chân không - Vật chất - Không gian - Thời gian chẳng sao tách biệt, cái này có là cái kia có, cái này không thì cái kia không. Mặc dầu chân không là trạng thái không sao nắm bắt, chẳng có cái nào của nó mà ta định lượng nổi, nhưng rõ ràng khác với hư không trong công nghệ, về mặt định tính ta có thể kể ba đặc trưng của chân không. Ðó là sự thăng giáng lượng tử, sự tràn đầy hạt và phản hạt kết thành các cặp ảo trong chân không và sự phân cực chân không, gây ra bởi các cặp này.

tải về 325.08 Kb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:

1 2 3 4 5 6 7 8