Tip:
Highlight text to annotate it
X
Vật lý lượng tử bắt nguồn từ đâu?
Nguồn gốc của nó không phải là một ý tưởng điên rồ, mà là một bóng đèn. Trong những năm đầu 90s Cục Tiêu chuẩn Đức
hỏi Max Planck làm thế nào để bóng đèn trở nên hiệu quả hơn và
phát ra nhiều năng lượng nhất và tốn ít năng lượng nhất.
Công việc đầu tiên của Planck là dự đoán lượng nhiệt một sợi dây được nung nóng sẽ phát ra
Ông đã biết rằng bản chất của ánh sáng là sóng điện từ, với những màu sắc khác nhau của ánh sáng
mang bởi những tần số khác nhau. Vấn đề ở đây là làm sao cho sóng được phát ra
có tần số năm trong khoảng nhìn thấy được, chứ không phải hồng ngoại hay cực tím.
Ông đã cố gắng nghiên cứu màu sắc ánh sáng một vật nóng phát ra, nhưng những dự đoán của ông,
dựa vào thuyết điện từ, không đúng với thí nghiệm.
Thay vào đó, trong sự tuyệt vọng, ông ném lý thuyết đang có
ra ngoài cửa sổ và tính toán ngược lại từ kết quả thí nghiệm. Những kết quả chỉ ông đến
một định luật mới của Vật lý: sóng mang năng lượng trong nhưng gói nhất định, với sóng tần số cao
nằm trong gói chứa nhiều năng lượng, và sóng tần số thấp nằm trong những gói
chứa ít năng lượng.
Ý tưởng ánh sáng chỉ mang một số năng lượng nhất định, hay ánh sáng được "định lượng" nghe có vẻ điên rồ,
Nhưng sau đó Einstein đã liên hệ đến một bài toán quen thuộc hơn: chia bánh.
Nếu bạn muốn làm một đứa trẻ vui... cho nó một cái bánh! Nhưng neus có hai đứa trẻ và bạn
chỉ có một cái bánh...bạn chỉ có thể làm chúng vui bằng một nửa ban đầu. Tương tự, nếu có
4, 8 hay 1,600,000 đứa trẻ, bạn sẽ chả làm chúng vui hơn gì cả
nếu chúng phải chia sẻ chỉ 1 cái bánh.
Nếu bạn có một căn phòng với vô hạn đứa trẻ mà không phải vô hạn cái bánh
và nếu bạn chia đều bánh, mỗi đứa sẽ chỉ có một vụn bánh cực nhỏ, và
không đứa nào vui cả. Nhưng chúng vẫn ăn hết bánh!
Sự khác nhau giữa ánh sáng và những đứa trẻ là bạn không thể có vô hạn đứa trẻ
ngoài đời, nhưng vì ánh sáng mang tất cả các kích thước, bạn có thể có tần số
nhỏ bất cứ thế nào, và bạn có thể có vô hạn tần số khác nhau trong một căn phòng. Và sau đó ánh sáng sẽ ăn hết
bánh...ý tôi là năng lượng.
Thậm chí là ánh sáng như thế này có khả năng tiêu thụ vô hạn năng lượng.
Chúng sẽ hút hết nhiệt từ bất kì vật gì bạn cho vào trong phòng và ngay lập tức
làm đóng băng cốc trà, mặt trời, hay thậm chí là một vụ nổ supernova.
May mắn là, ánh sáng không hoàn toàn như thế. Theo như Max Planck đoán, những sóng với tần số cao
chỉ có thể mang năng lượng trong những gói lớn. Nó như kiểu một đứa trẻ kén chọn không thèm nhận chi 1 cái bánh
mà đòi đúng 37 cái bánh, hay 162,000 cái,
không hơn, không kém. Vì chúng quá kén chọn, chúng không được nhận gì cả
và phần lớn năng lượng được mang bởi những gói với tần số nhỏ hơn, những người có thể nhận những phần
đều nhau. Năng lượng trung bình mà mỗi gói mang, chính là cái chúng ta gọi là
"Nhiệt độ."
Như vậy nhiệt độ cao hơn tức là năng lượng trung bình cao hơn, và theo định luật của Max Planck,
ánh sáng với tần số cao hơn phát ra. Đó là lý do vì sao khi nung nóng một vật, đầu tiên chúng phát ra
đầu tiên là hồng ngoại, rồi đỏ, vàng, trắng; nóng thêm trở thành xanh, tím, cực tím...
vân vân và vân vân.
Cụ thể là, lý thuyết của Max Planck nói rằng sợi dây tóc bóng đèn
nên được nung nóng tơi 3200 độ K để đảm bảo phần lớn nhất ánh sáng
nằm trong khoảng nhìn thấy được - nóng thêm nữa, và ta bắt đầu tắm nằng bằng tia cực tím
Thực ra, vật lý lượng tử đã bắt đầu xuất hiện từ trước bóng đèn
giường tắm nắng; con người đã tạo ra lửa từ hàng thiên niên kỉ trước, với màu sắc
của lửa đánh vần ra chữ "lượng tử."