Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 19)

Bảo toàn năng lượng và động lượng

Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học được xây dựng trên quan niệm rằng năng lượng toàn phần của một hệ được bảo toàn; năng lượng không thể tự sinh hoặc mất đi, mà nó có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác. Ví dụ, khi một cục nước đá nóng lên và thăng hoa, năng lượng nhiệt mà nó nhận vào biến đổi thành động năng ở các phân tử hơi nước.

Năng lượng không phải tính chất duy nhất trong Vũ trụ được bảo toàn; động lượng cũng bảo toàn. Hãy nghĩ tới các quả bi-a trên bàn bi-a. Khi người chơi dùng cây cơ thục vào quả bi-a trắng, cây cơ truyền cho quả bi-a một động lượng nhất định. Khi quả bi-a trắng đập trúng quả bi-a đỏ đứng yên với động lượng zero, một phần động lượng của quả bi-a trắng truyền sang quả bi-a đỏ, và quả bi-a trắng giữ lại phần động lượng còn lại của nó khi nó bật ra xa. Tổng động lượng của quả bi-a trắng và bi-a đỏ sau va chạm bằng với tổng động lượng của hai quả trước va chạm. Mặc dù cục nước đá và bàn bi-a là những ví dụ thường gặp mỗi ngày, nhưng các nguyên lí ẩn sau các quy luật bảo toàn này vẫn đúng trong vật lí hạt.

Các chuyển tiếp bị cấm

Mặc dù tự nhiên khi mô tả bởi cơ học lượng tử vốn bất định và nhập nhằng, nhưng đôi khi ở một vài thứ nó có thể khá cầu kì – nổi bật nhất là sự bảo toàn của các tính chất như năng lượng, động lượng, và các trạng thái lượng tử.

Tuy nhiên, mỗi electron vốn đâu có biết các quy tắc ấy là gì. Khi nó hấp thụ một photon, tự nhiên nó sẽ cố thực hiện một bước nhảy lượng tử lên một trạng thái năng lượng cao hơn, cho dù bước nhảy đó đưa nó sang một trạng thái đã bị chiếm giữ hoặc không bảo toàn các số lượng tử. Khi một electron thực hiện một trong những “chuyển tiếp bị cấm” này, nó buộc lập tức trở về trạng thái ban đầu của nó. Thế nhưng, lúc ấy có khi là quá muộn rồi: electron đã hấp thụ photon nên chúng ta nhìn thấy một vạch tối phổ hấp thụ. Khi trở về trạng thái ban đầu của nó, electron cũng nhả ra photon mang năng lượng thừa, nên tạo ra một vạch phát xạ. Do đó, các vạch phổ hấp thụ và phát xạ vẫn có thể xuất hiện ngay cả khi các định luật vật lí cho biết những chuyển tiếp nhất định không được phép xảy ra.

Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Phần tiếp theo >>