Lưỡng tính sóng–hạt

Phần của loạt bài
Cơ học lượng tử
${\displaystyle i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi (t)\rangle ={\hat {H}}|\psi (t)\rangle }$ Phương trình Schrödinger
Giới thiệu Từ vựng Lịch sử
Nền tảng Cơ học cổ điển Thuyết lượng tử cũ Ký hiệu bra-ket Toán tử Hamilton Giao thoa
Nội dung cơ bản Sự cố kết Sự tách sóng Bù Bậc năng lượng Rối Toán tử Hamilton Bất định Trạng thái cơ bản Giao thoa Đo lường Không định hướng Quan sát được Toán tử Lượng tử Thăng giáng lượng tử Bọt lượng tử Sự bay lên lượng tử Số lượng tử Tiếng ồn lượng tử Địa hạt lượng tử Trạng thái lượng tử Hệ thống lượng tử Viễn tải lượng tử Qubit Spin Chồng chập Đối xứng Phá vỡ tính đối xứng Trạng thái chân không Sự truyền sóng Hàm sóng Suy sụp hàm sóng Lưỡng tính sóng-hạt Sóng vật chất
Hiệu ứng Hiệu ứng Zeeman Hiệu ứng Stark Hiệu ứng Aharonov–Bohm Sự lượng tử hóa Landau Hiệu ứng Hall lượng tử Hiệu ứng Zeno lượng tử Xuyên hầm lượng tử Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng Casimir
Thí nghiệm Afshar Bất đẳng thức Bell Davisson–Germer Khe Young Elitzur–Vaidman Franck–Hertz Bất đẳng thức Leggett–Garg Mach–Zehnder Popper Sự xóa bỏ lượng tử (delayed-choice) Con mèo của Schrödinger Tính tự diệt và bất diệt của lượng tử Stern–Gerlach Lựa chọn bị trì hoãn Wheeler Bạn của Wigner
Hàm số Phát biểu toán học Bức tranh Heisenberg Tương tác Ma trận Pha không gian Schrödinger Sum-over-histories (path-integral) Định lí Hellmann–Feynman
Phương trình Dirac Klein–Gordon Pauli Rydberg Schrödinger
Sự diễn giải Tổng quan Lịch sử nhất quán Copenhagen de Broglie–Bohm Ensemble Hidden-variable Nhiều thế giới Vật chất sụp đổ Bayesian Logic lượng tử Sự quan hệ Ngẫu nhiên Cân tương đối Transactional
Chủ đề chuyên sâu Quantum annealing Lượng tử hỗn loạn Máy tính lượng tử Ma trận mật độ Lý thuyết trường lượng tử Fractional quantum mechanics Hấp dẫn lượng tử Khoa học thông tin lượng tử Học tập máy lượng tử Thuyết xáo trộn (Cơ học lượng tử) Cơ học lượng tử tương đối tính Lý thuyết tán xạ Spontaneous parametric down-conversion Cơ học lượng tử thống kê
Nhà khoa học Aharonov Bell Blackett Bloch Bohm Bohr Born Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Fock Fermi Feynman Glauber Gutzwiller Heisenberg Hilbert Jordan Kramers Pauli Lamb Landau Laue Moseley Millikan Onnes Planck Rabi Raman Rydberg Schrödinger Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger
x t s

Lưỡng tính sóng–hạt là một thuộc tính cơ bản của vật chất, thể hiện ở điểm mọi đối tượng vật chất di chuyển trong không gian đều có tính chất như là sự lan truyền của sóng tương ứng với vật chất đó, đồng thời cũng có tính chất của các hạt chuyển động. Là một khái niệm trung tâm của cơ học lượng tử, lưỡng tính sóng-hạt nhấn mạnh sự thiếu sót của các khái niệm cổ điển như "sóng" và "hạt" trong việc mô tả đầy đủ hành trạng của các thực thể vật chất ở các thang nguyên tử (nguyên tử và phân tử) và hạ nguyên tử (hạt nhân, proton, electron, photon...). Những luận giải chính thống về cơ học lượng tử giải thích điều dường như là một nghịch lý này như là một thuộc tính cơ bản của toàn bộ vật chất trong Vũ trụ, trong khi các luận giải khác giải thích lưỡng tính sóng-hạt như là một hệ quả xuất hiện do những hạn chế khác nhau của người quan sát.

Lịch sử nghiên cứu

Lưỡng tính sóng–hạt là một thuộc tính cơ bản của vật chất, thể hiện ở điểm mọi đối tượng vật chất di chuyển trong không gian đều có tính chất như là sự lan truyền của sóng tương ứng với vật chất đó, đồng thời cũng có tính chất của các hạt chuyển động. Là một khái niệm trung tâm của cơ học lượng tử, lưỡng tính sóng-hạt nhấn mạnh sự thiếu sót của các khái niệm cổ điển như "sóng" và "hạt" trong việc mô tả đầy đủ hành trạng của các thực thể vật chất ở các thang nguyên tử (nguyên tử và phân tử) và hạt nguyên tử (hạt nhân, proton, electron, photon...). Những luận giải chính thống về cơ học lượng tử giải thích điều dường như là một nghịch lý này như là một thuộc tính cơ bản của toàn bộ vật chất trong Vũ trụ, trong khi các luận giải khác giải thích lưỡng tính sóng-hạt như là một hệ quả xuất hiện do những hạn chế khác nhau của người quan sát.

Bản chất

Cụ thể, nếu một vật chất chuyển động giống như một hạt với động lượng p thì sự di chuyển của nó cũng giống như sự lan truyền của một sóng với bước sóng λ là:

${\displaystyle \lambda ={\frac {h}{p}}}$

với:

• h là hằng số Planck

Công thức nêu trên là công thức de Broglie, được đề xuất bởi nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie vào năm 1924, mở rộng ý tưởng trước đó của Albert Einstein về sự tồn tại của các quang tử, và là thành quả nhận thức của loài người sau 4 thế kỷ tranh luận giữa trường phái lý thuyết sóng khởi xướng bởi Christiaan Huygens và trường phái hạt khởi xướng bởi Isaac Newton. Bước sóng trong công thức nêu trên còn được gọi là bước sóng de Broglie^[1].

Vì hằng số Planck có giá trị rất nhỏ, tính chất sóng của vật chất chỉ thể hiện rõ với các hạt có động lượng rất bé, cụ thể là các hạt cơ bản như điện tử, photon, phonon,... Các vật thể trong đời sống thường ngày có bước sóng quá nhỏ và hầu như không thể quan sát được tính chất sóng của chúng.

Quá trình tìm ra công thức ${\displaystyle \lambda =h/p}$

De Broglie đã đưa 2 phương trình của Einstein về năng lượng và vật chất E = mc² và của Max Planck về tính chất của sóng là E = hf với f là tần số

Công thức Einstein:

${\displaystyle E=mC^{2}=(m\times C)C=pC}$

Công thức Planck:

${\displaystyle E=hf}$

Từ 2 công thức trên, ta thấy:

${\displaystyle E=pC=hf}$

${\displaystyle E=pC=h{\frac {C}{\lambda }}}$

${\displaystyle \lambda ={\frac {h}{p}}}$

Xem thêm

• Nguyên lý bất định

Tham khảo

1. Haliday; Resnick (2011). Fundamental of Physics. John Wiley & Sons. tr. 1071.

Liên kết ngoài

• Wave-particle duality (physics) tại Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)
• LƯỠNG TÍNH SÓNG HẠT tại Từ điển bách khoa Việt Nam