This spectacular computer image was produced in 1993 at IBM's Almaden Research Center in California. The 48 peaks forming the circles which is about 14 nm in diameter mark the positions of individual atoms of iron on a specially prepared copper surface. The circle is called a quantum corral. Why is it so called? What are the ripples that are trapped within the corral?



QUANTUM NATURE

Content

  • Quantum wavefunctions
  • The Wonderful Quantum World
  • Physical Reality
  • Chemistry: The Molecular Nature of Matter
  • Biochemistry: The Molecular Nature of Life
  • Organic Chemistry: A Quantum Viewpoint

  • "Our imagination is stretched to the utmost, not, as in fiction, to imagine things which are not really there, but just to comprehend those things which are there."
    -Richard Feynman-

    Monday, November 30, 2009

    Sắc tức thị không...Không tức thị sắc...

    Trên diễn đàn Vật Lý Việt Nam có người hỏi: "Trong đạo Phật có câu : "sắc tức thị không, không tức thị sắc". Có tức là không, mà không lại là có. Nghĩa là cái quái gì nhỉ? Tưởng đơn giản mà đau cả đầu. Thế nào là có? Thế nào là không?"
    Trả lời của mabu_com: " Các vật xung quanh ta đều "đặc", thế mà phóng to lên thì chúng lại được tạo thành từ những phân tử, nguyên tử. Sau đó các nhà vật lý tìm ra rằng nguyên tử cũng không "đặc" mà được tạo thành từ các hạt electron tí xíu quay quanh một hạt nhân nho nhỏ. Thế rồi người ta lại thấy rằng hạt nhân là gồm các proton và neutron nằm cách nhau những khoảng nhất định, thế thì hạt nhân là "rỗng" chứ không "đặc" nữa. Tiếp đó, người ta lại tìm được các bằng chứng về các hạt quark nhỏ xíu, liên kết với nhau tạo nên proton và neutron. Vậy thì proton và neutron cũng "rỗng"...
    Cứ như vậy, ta thấy rằng vật chất tưởng "đặc" mà lại hóa ra rỗng! Và trong thế giới vi mô, các hạt được coi như các "bó sóng", mà sóng thì lấy đâu ra mà đặc với không đặc?!
    Thế nhưng xét đi xét lại, giữa các quark là gì? Giữa các proton, neutron, electron là gì? Và giữa các phân tử, nguyên tử là gì? Là khoảng không. Đã gọi là "không" thì tức là chẳng có gì cả. Ấy thế mà có đấy! Có các hạt truyền tương tác mà người ta gọi là "boson", như là photon, gluon, W, Z... Khoảng "chân không" ngoài vũ trụ cũng bị choán đầy bởi các tia bức xạ đủ loại, từ proton, neutron, tia gamma, tia X, ánh sáng,... Và ngay cả khi không có những bức xạ đó thì chân không vẫn có các "photon ảo" sinh ra và hủy ngay tức khắc thành từng cặp, để cho khỏi vi phạm nguyên lý bất định về năng lượng và thời gian...
    Đó, chân không tưởng "rỗng", không có gì, thế mà lại... "có gì"!
    Đang hay thì tự dưng một tên có nick là Atomic King nhảy vào ba hoa khoác lác. Nguyên văn hắn viết như sau:
    "Theo ngu ý của tại hạ thì là thế này: cái mà ta nhận thức được bằng cảm quan là "sắc" còn cái tồn tại trong hiện thực khách quan thì là "không". Thực ra Đức Budda nào nói ra câu này chắc cũng chẳng hiểu được sâu xa như bác mabu đâu. Quả thật chúng ta nhận thức được vật chất là rắn hay đặc chẳng qua là do hạn chế (mà cũng là một điều kì diệu) của chính hệ thống tri giác của chúng ta mà thôi. Nếu chúng ta là những ý thức toàn năng có thể nhìn thấu "bộ mặt thật" (bản chất) của thế giới vật chất thì sẽ thấy đó chẳng qua là một khoảng không đen tối gần như hoàn toàn trống rỗng, không có một cái gì là "physically existing" như chúng ta vẫn đang nhìn thấy xung quanh mình. Còn các hạt thì sao? Cơ học lượng tử đã khẳng định rằng : Một nguyên tử chỉ xuất hiện ở một vị trí nào đó nếu chúng ta "quan sát" nó; nói cách khác, một nguyên tử sẽ trải ra trong toàn không gian với mật độ "vật chất" được mô tả bởi bình phương của một hàm số phức gọi là hàm sóng (tất nhiên với biên độ hàm sóng cao nhất ở xung quanh một khu vực nào đó) cho đến khi có một ai đó "nhòm" vào nó. Tất nhiên "nhòm" ở đây phải được hiểu là quan sát thông qua các thiết bị đo như một detector chẳng hạn chứ không phải bằng mắt! Chính hành động quan sát này đã làm suy sụp hàm sóng (xem: wavefunction collapse) thành một peak cực nhọn trong một vùng không gian đủ nhỏ để có thể ghi nhận như một "hạt", kết quả là ta quan sát thấy một material point particle ở một vị trí nào đó (hoàn toàn là ngẫu nhiên). Xác suất để hàm sóng (hay là bó sóng trong trường hợp hạt tự do) suy sụp tại vị trí đó tỷ lệ với bình phương biên độ hàm sóng và chính bằng "mật độ phân bố vật chất" của "hạt" trong không gian tại điểm đó trước khi bị quan sát. Thực tại khách quan lúc này được hiểu là một khoảng không trong đó có vô số hạt cơ bản đang không ngừng chuyển động hỗn loạn, có thể "hạt" di chuyển theo một quỹ đạo ngẫu nhiên không tiên đoán được một cách tất định hoặc là hạt là một thứ đối tượng thoắt ẩn thoắt hiện, xuất quỷ nhập thần, có thể teleport từ điểm này đến điểm khác một cách tức thời và không theo quy luật nào cả. Hai cách hiểu đó chỉ là nhận định của ta về "hạt" xuất hiện sau khi ta quan sát; trước quan sát không có "hạt" mà chỉ có cái được mô tả bằng hàm sóng do đó không có các khái niệm vị trí, quỹ đạo và vận tốc với một ý nghĩa xác định nên cũng không thể nói về chuyển động được và chuyện quỹ đạo hỗn loạn hay là dịch chuyển tức thời cũng đều vô nghĩa!
    Nói tóm lại chính hành động quan sát đã biến không thành sắc!
    Nói như vậy không có nghĩa là không tồn tại thực tại khách quan trước khi xảy ra hành vi quan sát của con người hay là ủng hộ luận điểm ý thức có trước và tạo ra toàn bộ thế giới vật chất như một số nhà vật lý lượng tử duy tâm vẫn đưa ra để giải thích về ý thức và tự do ý chí. Đồng thời cái gọi là quan sát ở đây cũng không liên quan gì đến ý thức nên có thể nói ý thức không có ảnh hưởng hay tác động gì đến thế giới vật chất cả! Tuy nhiên vì chúng ta cảm nhận vạn vật xung quanh là do liên tục tương tác với thế giới thông qua các giác quan mà trong các tương tác thì chỉ có tính hạt của vật chất được bộc lộ nên chúng ta không nhận thức được bản chất sóng hay cái tính "không" của hiện thực.
    Ngược lại  những người marxist luôn chống lại luận giải Copenhagen về Cơ học lượng tử chính vì nó là chỗ dựa cho một thế giới quan duy tâm, nhưng thay vì cứ khăng khăng bảo vệ cái thế giới toàn hạt là hạt và cho rằng đó mới là "duy vật" (một cách hết sức bảo thủ, xem thêm tại đây), họ nên nhìn thoáng hơn về một thế giới "sắc tức thị không", một thế giới mà chân không trống rỗng vẫn có thể chứa đầy năng lượng, một thế giới mà tất cả được sinh ra từ Big Bang (những cái có gì đó lại sinh ra từ hư vô là cái không là gì cả!).Có thể nói vật chất không phải nằm trong không gian mà chính vật chất là sản phẩm của cấu trúc không gian phản ánh vào ý thức con người!"
    __________________
    “An electron cannot be made of matter. It is rather matter which is made out of electrons.”

    Thursday, November 26, 2009

    The Wave Nature of The Particulate World


     
    "An atom only appears in a particular place if we measure it. In other words, an atom is spreaded out all over the place until we decide to "look" at it."


    The Universe is nothing but in fact a large collection of elementary particles. But an elementary particle is actually not a tiny marble or a material point in space but something non-local and spreading out in the whole universe that we can call a "wave"...


    The picture painted by orthodox quantum mechanics is of a particulate world (classical view-point), with all matter made of and interacting with discrete particles; however, these particles are described by a "wavefunction" giving information about probabilities of finding particles in a particular state (e.g. a well-defined position or a specific momentum). In principle, all of physics could be reduced to the calculations of these probability amplitude waves. This is known as the Copenhagen interpretation of quantum mechanics. But still there are some other interpretation.
    My world-view is deeply affected by the out-of-date interpretation of Erwin Schrodinger who was one of the founders of  quantum mechanics. Inspite of his great contributions to quantum mechanics, this man did not accept the particulate picture of Copenhagen theoreticians. Schrodinger strongly objected it. Instead, he proposed a pure wave picture (some unknown kind of wave) to explain the theory. He always believed that: "What we observe as material bodies and forces are nothing but shapes and variations in the structure of space. Particles are just appearances."
    That is, particles are not in space, but they are spatially extended. According to this picture, the wavefunction is real. It is not just a mathematical tool to describe the behavior of the so-called particle, but the particle itself in its real form of existence! In this way the concept of ''empty space'' loses its meaning and the concept of ''particle'' can only be understood as an infinitely sharp wave which is produced by the collapse of the extended wave by measurement processes. Only when interacting with a detector, the real wave collapses and turns into a particle. Thus the particle in its particulate form only appears in the interaction with something else (such as in the collision with another particle). Our perception of the particle will only occur when we perform an experiment to find it somewhere in space.