Nguyên lý bất định trong cơ học lượng tử

Vietsciences-Gs Trịnh Xuân Thuận              15/11/2004
 

Sự ngẫu nhiên và mờ ảo cai trị thế giới các nguyên tử. Tôi không thể miêu tả sự chuyển động của một electron trong một nguyên tử  như tôi đã miêu tả đường đạo của một trái banh mà người ta ném lên không, hay cuộc hành trình của chiếc tàu rẽ nước đại dương. Tôi không nắm được sự chuyển động của electron vì không thể đo ở mỗi thời điểm cùng một lúc vị trí và vận tốc của nó như tôi có thể làm việc này cho trái banh hay chiếc tàu.  Sự không chính xác, hay bất định, không thể trừ khử được cho dù dụng cụ đo đạc có cầu kỳ thế nào đi chăng nữa. Nó gắn liền với hành động đo. Thí dụ lúc đo vị trí một electron, tôi phải chiếu sáng nó, khi làm vậy, tôi gởi tới đó những hạt ánh sáng sẽ gây nhiễu loạn vận tốc của electron đó. Nhà vật lý học Đức Werner Heisenberg đã diễn tả sự bất định trong thế giới nguyên tử  chỉ bằng một bất đẳng thức. Nếu Dx là sự bất định của phép đo vị trí x  và  Dv là sự bất định của phép đo vận tốc v, tích số của chúng sẽ luôn luôn lớn hơn một số rất nhỏ, bằng h/2p (trong đó h = hằng số Planck = 6,63.10-27 erg giây):

Dx.Dv ³

  
  2p

Vậy nếu chúng ta làm giảm sự bất định về vị trí (Dx gần zero) thì sự bất định sẽ trở nên vô cùng lớn để bù trừ, làm thế nào để cho tích Dx.Dv luôn lớn hơn h/2p

Tôi không thể làm giảm cùng  một lúc Dx và Dv

Một bất đẳng thức tương tự nối liền sự bất định DE về năng lượng  của một hạt sơ cấp với sự bất định Dt về thời gian sống  là:

DE.Dt ³

  
  2p

Thời gian sống của một hạt tử càng ngắn thì năng lượng của nó càng  bất định. Chính quy tắc này cho phép ngành cơ học lượng tử vi phạm  định luật bảo toàng năng lượng ngự trị trong thế giới vĩ mô để sinh ra các hạt ma hay hạt ảo.  Bởi vì hạt ảo có đi sống vô cùng ngắn nên nó có thể mượn một năng lượng DE của nhà băng Thiên nhiên để xuất hiện trong một khoảnh khắc. Thường thường thiên nhiên lấy lại ngay năng  lượng của nó và hạt ảo sẽ biến mất sau một thời gian Dt. Tình cờ hạt ảo tìm được một ân nhân rộng rãi giúp nó trả món nợ năng lượng cho nhà băng Thiên nhiên, và bước  vào thế giới thực. Lực hấp dẫn có năng lượng để bán lại, và vì vậy cho nên  các hạt ảo có thể được vật chất hóa trong một trường hấp dẫn to lớn, như trường hấp dẫn hiện diện gần bên hố đen, bên ngoài bán kính không trở lại của nó. Tương tự, chính cái mờ ảo của năng lượng đã cho phép toàn thể vũ trụ phun ra từ một chân không bên trong nguyên tử (vide subatomique)

 

© http://vietsciences.free.fr  Võ Thị Diệu Hằng dịch