Cơ học lượng tử và cơ học cổ điển: Hai trụ cột của vật lý hiện đại

Vật lý là ngành khoa học tìm cách hiểu các định luật chi phối thế giới chúng ta đang sống. Trong đó, cơ học cổ điển và cơ học lượng tử là hai lý thuyết quan trọng giải thích hai thế giới khác nhau.

1. Sự khác biệt về khái niệm cơ bản

Cơ học cổ điển dựa trên các định luật chuyển động của Newton và giải thích hầu hết các chuyển động mà chúng ta trải nghiệm trong cuộc sống hàng ngày.

Ví dụ, chuyển động khi đạp xe lên hoặc xuống dốc có thể được giải thích bằng cơ học cổ điển.

Ngược lại, cơ học lượng tử giải thích thế giới cực nhỏ. Nó cố gắng hiểu hành vi của các hạt nhỏ bé như nguyên tử hay electron. Cơ học lượng tử có thể giải thích những hiện tượng mà cơ học cổ điển không thể giải thích được.

Ví dụ, cơ học lượng tử có thể giải thích cách electron chuyển động bên trong nguyên tử.

2. Lưỡng tính sóng - hạt

Trong cơ học cổ điển, người ta cho rằng vật thể chỉ có tính chất hạt. Tuy nhiên, trong cơ học lượng tử, vật chất vừa là hạt vừa là sóng. Điều này được gọi là lưỡng tính sóng - hạt.

Ví dụ, ánh sáng theo cơ học cổ điển là hạt, nhưng theo cơ học lượng tử, nó cũng có thể hoạt động như sóng. Hoa văn hình thành khi chiếu ánh sáng qua hai khe nhỏ là một ví dụ về ánh sáng hoạt động như sóng.

Cơ học cổ điển không thể giải thích hoa văn này.

3. Nguyên lý bất định

Nguyên lý bất định là một trong những khái niệm quan trọng của cơ học lượng tử. Nguyên lý này có nghĩa là ta không thể biết chính xác cả vị trí và vận tốc của một hạt cùng một lúc. Trong cơ học cổ điển, ta có thể biết chính xác vị trí và vận tốc của một quả bóng, nhưng trong cơ học lượng tử, ta không thể biết chính xác cả vị trí và vận tốc của electron cùng một lúc.

Ví dụ, nếu ta đo vị trí của electron, thì tại thời điểm đó, ta không thể biết vận tốc của nó.

Đây là một đặc điểm của cơ học lượng tử khác với cơ học cổ điển.

4. Hiện tượng vướng víu lượng tử

Hiện tượng vướng víu lượng tử là hiện tượng hai hay nhiều hạt chia sẻ trạng thái với nhau ngay cả khi chúng ở xa nhau. Điều này có nghĩa là nếu một hạt thay đổi thì hạt kia cũng thay đổi ngay lập tức. Đây là hiện tượng không thể giải thích được bằng cơ học cổ điển.

Ví dụ, nếu ta đo trạng thái của một trong hai electron vướng víu, thì trạng thái của electron kia sẽ được xác định ngay lập tức.

5. Hiệu ứng đường hầm lượng tử

Đường hầm lượng tử là hiện tượng một hạt có thể xuyên qua một bức tường năng lượng ngay cả khi nó không đủ năng lượng. Trong cơ học cổ điển, điều này là không thể, nhưng trong cơ học lượng tử, người ta cho rằng hạt có xác suất xuyên qua bức tường.

Ví dụ, hiện tượng electron vượt qua hàng rào năng lượng để di chuyển điện tích trong kim loại là hiện tượng đường hầm lượng tử. Đây là hiện tượng không thể giải thích được bằng cơ học cổ điển.

Lời kết

Tôi hy vọng bây giờ các bạn đã hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa cơ học cổ điển và cơ học lượng tử. Hai lý thuyết vật lý này đóng vai trò riêng của chúng và giúp chúng ta hiểu được nhiều hiện tượng tự nhiên khác nhau.