Nguyên lý bất định là gì?

Nguyên lý bất định nghĩa là ta không thể đồng thời đo chính xác vị trí và động lượng (tích của vận tốc và khối lượng) của một hạt rất nhỏ.

Hiểu nguyên lý bất định một cách dễ dàng

1. Vị trí và vận tốc trong bể bơi

Hãy tưởng tượng một người đang bơi trong bể bơi. Nếu muốn đo chính xác vị trí của người đó, sẽ rất khó để đo vận tốc (động lượng) của họ trong nước. Ngược lại, nếu cố gắng đo chính xác vận tốc của họ, sẽ rất khó để đo chính xác vị trí của họ. Nguyên lý bất định cũng tương tự như vậy, nó có nghĩa là ta không thể đồng thời biết chính xác vị trí và động lượng của một hạt.

2. Quả bóng chày và đèn flash

Giả sử ta ném một quả bóng chày trong một căn phòng tối. Để xác định vị trí của quả bóng, ta bật đèn flash để chiếu sáng quả bóng, thì ánh sáng của đèn flash sẽ va chạm vào quả bóng và ảnh hưởng đến vận tốc (động lượng) của nó. Tức là, trong quá trình đo chính xác vị trí của quả bóng, động lượng của nó sẽ thay đổi. Nguyên lý bất định như vậy giải thích sự không chắc chắn phát sinh trong quá trình đo lường.

Ứng dụng nguyên lý bất định trong đời sống thực tiễn

1. Kính hiển vi điện tử

Kính hiển vi điện tử là một công cụ có thể quan sát các hạt rất nhỏ. Khi sử dụng chùm tia điện tử để quan sát các hạt nhỏ, chùm tia điện tử sẽ va chạm vào hạt và ảnh hưởng đến động lượng của hạt. Đây là bằng chứng của nguyên lý bất định, rằng ta không thể đồng thời biết chính xác vị trí và động lượng của hạt.

2. Công nghệ bán dẫn

Bán dẫn là bộ phận cốt lõi của nhiều thiết bị điện tử như điện thoại thông minh, máy tính… Bán dẫn sử dụng đặc tính di chuyển của electron, và vị trí cũng như động lượng của electron bị ảnh hưởng bởi nguyên lý bất định. Vì vậy, nguyên lý bất định đóng vai trò quan trọng trong nguyên lý hoạt động của bán dẫn.

3. Máy tính lượng tử

Khác với máy tính truyền thống, máy tính lượng tử sử dụng các qubit (quantum bit) để xử lý thông tin. Qubit có thể có nhiều trạng thái cùng một lúc, điều này là có thể nhờ nguyên lý bất định. Máy tính lượng tử có thể thực hiện các phép tính phức tạp với tốc độ rất nhanh, vì vậy nó hứa hẹn mang lại những thay đổi mang tính cách mạng trong nhiều lĩnh vực như mật mã học, phát triển thuốc,…

Lời kết

Nguyên lý bất định là nguyên lý cho rằng ta không thể biết chính xác vị trí và động lượng của một hạt cùng một lúc, nó giải thích sự không chắc chắn cơ bản của tự nhiên. Nguyên lý này có ảnh hưởng sâu sắc đến cuộc sống hàng ngày và công nghệ hiện đại, và đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như kính hiển vi điện tử, bán dẫn, máy tính lượng tử…