Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 33)

Dịch chuyển Lamb

Vào thập niên 1930, các nhà vật lí nhận thấy các phép đo về năng lượng liên kết của các electron trong nguyên tử hydrogen hơi sai lệch với các dự đoán lí thuyết. Vấn đề nổi cộm nhất là ở lớp vỏ P kích thích, trong đó lí thuyết chỉ sai lệch 0,00003 phần trăm, song như thế đã đủ khiến các nhà vật lí nguyên tử khiếp đảm.

Hóa ra thủ phạm chính là do không gian trống rỗng. Trong cơ học lượng tử, không gian không bao giờ thật sự trống không, mà nó chứa đầy các trường lượng tử sôi xì xèo với đủ năng lượng để tạo ra vô số hạt ảo xuất hiện và biến mất trong những phần nhỏ của một giây. Trong số các trường lượng tử này là một chồng chất của các trường điện từ ngẫu nhiên, mỗi trường có một photon ảo đi kèm riêng của nó. Các photon này, thoắt ẩn thoắt hiện, làm xô đẩy electron, xô nó đi theo những hướng ngẫu nhiên gây ra một dịch chuyển trong năng lượng liên kết của electron. Dịch chuyển ấy được đặt theo tên của Willis Lamb, người có các thí nghiệm chứng minh lí thuyết này, và cuối cùng đưa đến sự phát triển của điện động lực học lượng tử.

Thí nghiệm năm 1947 của Willis Lamb đo được ba kiểu phân tách vạch phổ phát sinh khi một chùm nguyên tử hydrogen bị chiếu xạ vi sóng trong từ trường.

Năng lượng chân không

Năng lượng tạo ra các hạt ảo phù du là từ đâu mà có? Vũ trụ chứa đầy một năng lượng thô, gọi là năng lượng chân không, được chi phối bởi các hàm sóng cho phép khả năng một phần năng lượng này sẽ tự phát biến đổi thành khối lượng dưới dạng các cặp hạt/phản hạt ảo. Điều này có thể xảy ra do bởi sự nhòe nhoẹt cố hữu của vật lí lượng tử, như nguyên lí bất định Heisenberg nổi tiếng đã mô tả. Nói ngắn gọn, nguyên lí bất định khiến ta không thể biết được năng lượng chính xác của vũ trụ ở một thời điểm bất kì cho trước. Nếu bảng kê năng lượng toàn phần của Vũ trụ vốn dĩ bị xáo trộn, thì không thể bỏ lỡ những lượng tử năng lượng bé xíu được vay mượn bởi các hạt ảo trong một khoảng thời gian ngắn.

Các hạt ảo được tạo ra mọi lúc mọi nơi. Vũ trụ không ngừng nhòe nhoẹt với sự sinh và diệt của chúng. Một số nhà khoa học nói rằng chính điều này làm cho không-thời gian thăng giáng ở những cấp độ nhỏ bé nhất, tạo ra “bọt lượng tử”.

Nguyên lí bất định Heisenberg chỉ ra rằng ở những cấp thời gian đủ nhỏ, năng lượng của không gian trống rỗng có thể biến đổi đáng kể. Điều này cho phép sự ra đời của các cặp hạt-phản hạt ảo tồn tại trong nháy mắt, trước khi gặp lại nhau và “hủy nhau” thành năng lượng trở lại.

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