[Agate]

Thấy dân Vật lý hiểu cái này rất rõ, chẳng hiểu sao dân Hóa mình cứ mù mờ nhỉ.

Ánh sáng-Sóng và Hạt:
Trước tiên là bàn chút về sóng. Sóng cơ học như sóng âm hay sóng nước... và cái "sóng" trong định nghĩa sóng-hạt của CHLT là khác nhau đấy. Sóng cơ là thứ lan truyền trong môi trường truyền sóng (nước, không khí). Nghĩa là không có môi trường truyền sóng thì không có sóng cơ. Còn sóng điện từ (ánh sáng thuộc loại này) thì chẳng cần môi trường vẫn lan truyền được. Lúc đầu người ta giả thuyết chân không là môi trường đặc biệt gọi là ete, nhưng sau rồi cái giả thuyết đó sai. Túm lại là sóng điện từ không cần môi trường vẫn lan truyền được. Tại sao cả hai cái đều gọi là sóng?. Vì cả hai cái đều được mô tả bằng hàm sóng có dạng tuần hoàn A.Sin hoặc A.Cos(ω.t+φ). A là biên độ sóng, φ là pha ban đầu tại điểm phát sóng, ω là tần số góc, t là thời gian. Trong trường số phức ta dùng hàm sóng dạng A.exp[i(ω.t+φ)]

Tính chất sóng và hạt (hay lưỡng tính sóng hạt) đầu tiên là sự cãi nhau xem ánh sáng (nói chung là sóng điện từ) là sóng hay là hạt. Nếu là sóng, tại sao nó truyền đi mà không cần môi trường truyền sóng, tại sao trong hiệu ứng quang điện không làm bật được electron với ánh sáng có bước sóng dài cho dù cường độ có lớn đến đâu (người ta còn nhắc tới nghịch lý vật đen tuyệt đối, nhưng mình không khoái cái đó lắm). Còn nếu là hạt, tại sao ánh sáng lại giao thoa, nhiễu xạ...

Broglie đã thay đổi quan điểm, nếu không nhìn nhận ánh sáng với "con mắt" hiện tượng. Tức là do có hiện tượng giao thoa -> as là sóng. Do có hiện tượng hiệu ứng quang điện -> as là hạt. Mà nhìn nhận as dưới con mắt bản chất, as mang cả tính chất sóng và hạt, nói tóm lại không có sóng hay hạt mà chỉ có một tính chất chung là sóng-hạt. Tính chất này thể hiện tất cả những hiện tượng trên. Ai phản đối nào?.

Broglie không Stupid tí nào với as. Chấp nhận E=h.c/λ (Planck) {chú ý tí: vận tốc truyền as là c nên tần số góc ω=2π.c/λ hay công thức Planck là E=(h/2π).ω, cái "h/2π" là "h ngang" hay là ħ} túm lại E=ħ.ω hoặc là ω=E/ħ. (*)

Lại có E=mc^2 (theo thuyết tương đối hẹp Enistein). Nhớ rằng as có khối lượng nghỉ bằng 0, tức là khối lượng mà as có được khi chuyển động toàn bộ là do động năng mang lại. Vậy hai cái E của Plank và Enistein bằng nhau. -> mc^2=h.c/λ -> p=mc=h/λ. gọi giá trị 2π/λ=k là vector sóng ta có p=ħ.k . Từ đây thấy là nếu nguồn sáng phát đi ở vị trí x thì tích p.x=ħ.k.x=ħ.φ (chú ý tí là k.x=2π.x/λ chính là pha ban đầu φ của quá trình phát sóng tại nguồn phát đặt tại x) hay φ=p.x/ħ. (**)

Bây giờ mô tả sóng của photon (gọi là hàm sóng ψ-Psi) dưới dạng hàm sóng A.exp[i(φ+ω.t)] bằng cách lắp hai cái (*) và (**) tớ đã đề cập thì ta có: ψ=A.exp{i/ħ[(p.x-E.t)}, (ở đây là -E.t mà không phải là +E.t là do đặt hệ quy chiếu thôi)

Cái quan trong nhất của Broglie là cái trên đó ψ=A.exp{i/ħ[(p.x-E.t)]}. thì khi học lại không nhắc đến hoặc nhắc đến hời hợt không phân tích. Sau đây là một số ý nghĩa mình thấy về nó:
1. Là hàm mô tả cụ thể trạng thái sóng của hạt photon, cụ thể hóa ý tưởng tính sóng-hạt của as (sóng điện từ).
2. Thể hiện trong hàm sóng nó cả tính chất hạt khi có chứa giá trị xung lượng p. Một lần nữa cho thấy sóng và hạt là không tách rời.
3. Hàm sóng được gọi là hàm trạng thái vì trong mình nó chứa đựng sự liên hệ của xung lượng p, năng lượng E theo tọa độ x và thời gian t. Tất cả các hệ kể cả lượng tử hay cổ điển nếu xác định được xung lượng và năng lượng theo thời gian và không gian thì hoàn toàn là xác định.

Bây giờ mới nói đến cái Stupid đáng ngưỡng mộ của Broglie. Broglie thiết lập cái hàm sóng đó cho photon. Thứ mà chuyển động với vận tốc c, chịu sự áp đặt chặt chẽ của thuyết tương đối hẹp. Broglie mặc kệ, coi rằng tất cả các hạt đều thế cả. Một hạt nào đó có khối lượng m chuyển động với vận tốc v cũng đều liên hệ với một sóng đơn sắc y như ánh sáng.
Trong đó năng lượng của hạt E=ħ.ω
Xung lượng của hạt P=mv=ħ.k
Hàm sóng liên đới ψ=A.exp{i/ħ[(p.x-E.t)]}

Sao lại Stupid?: bởi vì hạt có khối lượng m và vận tốc v nhỏ hơn c. Nghĩa là cái cách mà chúng ta đã dùng để thiết lập hàm sóng cho photon không thể áp dụng trong trường hợp này. Năng lượng của hạt có được nhờ trường thế và chuyển động chỉ tạo nên một sự gia tăng nhỏ về khối lượng so với khối lượng ban đầu. Vì thế E=ħ.ω nhỏ hơn nhiều E=m.c^2 Từ điều này có thể thấy P=mv=ħ.k trở thành công thức rất "trời ơi" khi không được suy diễn logic. Đối với photon E=m.c^2=p.c, còn với trường hợp trên E và P có mối liên hệ E=(P^2/2m)+V. Trong đó V là thế năng của trường thế. Từ E tính được ω, từ P tính được vector sóng k !!!.

Vì vậy tính sóng-hạt với các hạt vi mô được gọi là giả thuyết Broglie!?.
(Sorry tiền bối Broglie rất nhiều vì đã dùng từ Stupid (hì, nhưng mà mượn của thuydung ))

Buồn ngủ quá, để hôm sau xin viết tiếp về bất định Hesenber và Phương trình sóng Schrodinger. Nhưng mà lại cần đề cập qua thuyết tương đối hẹp của Enistein... nên định viết tiếp nhưng thui...