Vật lý lượng tử mang lại những đóng góp to lớn trong nhiều lĩnh vực từ xây dựng, y tế đến điện tử và viễn thông,… Vật lý lượng tử là chủ đề phức tạp, được nhiều người quan tâm, tìm hiểu và nghiên cứu. Để hiểu rõ hơn về các kiến thức, ứng dụng của vật lý lượng tử, chúng ta cùng theo dõi trong bài viết chia sẻ dưới đây nhé!
Contents
Giới thiệu về vật lý lượng tử
Thực tế nếu không làm việc, nghiên cứu trong ngành, các kiến thức, chủ đề về vật lý lượng tử tương đối phức tạp. Hiểu đơn giản đây là lĩnh vực tập trung nghiên cứu về các hiện tượng ở mức độ siêu nhỏ. Có thể từ nguyên tử đến các hạt cấu thành.
Sự khác biệt lớn nhất giữa vật lý lượng tử và vật lý cổ điển nằm ở cách tiếp cận vấn đề. Nếu như trong vật lý học cổ điển chúng ta sử dụng các mô hình cơ học để mô tả, phỏng đoán các hiện tượng thì ở vật lý lượng tử, người ta dùng các công thức toán học để mô tả, dự đoán.
Ở thời điểm hiện tại, vật lý học lượng tử đã và đang có những thành tựu và bước tiến lớn. Nó được ứng dụng linh hoạt và hiệu quả cho nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Phổ biến nhất là tạo ra các vật liệu siêu dẫn, tính toán điện tử hay thay đổi cách thức hoạt động của những hệ thống thông tin và tính toán,…
Tham khảo: Máy tính lượng tử – Phát minh vĩ đại mang tính cách mạng của nhân loại
Các thuyết trong vật lý lượng tử
Xuyên suốt quá trình phát triển của vật lý lượng tử, có rất nhiều các học thuyết được chứng minh và công bố. Đây là kết quả của các công trình nghiên cứu, thực nghiệm giúp con người hiểu sâu và rộng hơn về thế giới vật chất xung quanh. Cụ thể dưới đây là 3 thuyết quan trọng của vật lý lượng tử.
Thuyết cơ bản
Thuyết cơ bản được coi là một trong những học thuyết quan trọng nhất của vật lý học lượng tử. Nó giúp giải thích về cách tương tác và di chuyển của các hạt vật chất. Theo thuyết cơ bản, những hạt vật chất có thể mang tính chất sóng. Do vậy chúng ta khó có thể biết vị trí chính xác hay động lượng của chúng cùng một lúc.
Thuyết tương đối – Einstein
Ngay khi được công bố, thuyết tương đối của Einstein đã làm thay đổi cách nhìn nhận thế giới xung quanh của nhiều người. Tại đây Einstein lý giải về sự liên quan giữa không gian và thời gian cũng như làm sao con người có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng.
Thuyết chuỗi
Thuyết chuỗi trong vật lý học lượng tử dùng để giải thích về sự tương tác của các hạt vật chất thông qua quá trình trao đổi hạt. Từ đó lý giải về cách tương tác của ánh sáng và các phân tử hay hiện tượng ánh sáng huỳnh quang.
Ứng dụng của vật lý lượng tử
Kết quả của các công trình nghiên cứu trong vật lý lượng tử đã và đang được ứng dụng hiệu quả trong đa dạng lĩnh vực. Chi tiết chúng ta cùng theo dõi qua một vài ứng dụng dưới đây!
Trong vật liệu
Sự phát triển của vật lý lượng tử được ứng dụng khá rộng trong lĩnh vực sản xuất vật liệu. Dựa vào những nghiên cứu về cấu trúc phân tử, chúng ta có thể tạo ra các vật liệu mới với những đặc tính tối ưu hơn. Ví dụ như:
- Tạo ra các vật liệu có tính chất siêu dẫn với hiệu suất cao, không bị trở kháng, dẫn điện tốt. Chúng được sử dụng hiệu quả trong các thiết bị y tế, điện tử và vi tính.
- Tạo ra các vật liệu mang tính chất từ trường. Chúng được sử dụng cho các loại máy móc từ trường, cảm biến và thiết bị dùng trong y tế với hiệu quả tốt, chính xác hơn rõ rệt.
- Vật lý lượng tử cũng được ứng dụng để chế tạo các vật liệu siêu mỏng. Chúng chỉ có độ dày vài nguyên tử với nhiều tính chất đặc biệt. Loại vật liệu này thường được dùng cho những thiết bị điện tử nhằm tối ưu sự nhỏ gọn và hiệu suất.
- Những vật liệu có tính chất đặc biệt như siêu nhẹ, siêu cứng hay chịu nhiệt tốt cũng là sản phẩm của vật lý điện tử. Nó được dùng trong ngành sản xuất công nghiệp như chế tạo tàu thủy, máy bay, các thiết bị năng lượng.
Trong điện tử
Trong lĩnh vực điện tử, vật lý lượng tử cũng đang được ứng dụng với nhiều thành tựu như:
- Thiết kế, chế tạo sản xuất các loại linh kiện điện tử với kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao. Ví dụ như Transistors Mosfet với kích thước siêu nhỏ giúp giảm kích thước bộ vi xử lý đồng thời tăng hiệu suất.
- Sử dụng các vật liệu bán dẫn như GaN, Si, GaAa cho các thiết bị điện tử, cảm biến và nhiều loại linh kiện. Qua đó không những tối ưu kích thước, hiệu suất mà còn giúp tiết kiệm năng lượng sử dụng.
Trong ngành viễn thông
Không thể phủ nhận rằng vật lý lượng tử đem đến những đóng góp vô cùng quan trọng đối với ngành viễn thông. Chúng ta có thể điểm nhanh qua một vài ứng dụng nổi bật như sau:
- Cung cấp nền tảng phát triển, nâng cấp các thiết bị cảm biến và quang học.
- Vật lý lượng tử giúp nâng cấp các thiết bị quan học như đèn Led, laser, cảm biến ánh sáng và nhiều loại thiết bị khác. Nhờ đó không chỉ đảm bảo sự ổn định, hiệu quả vận hành mà còn tối ưu chi phí.
- Nâng cao độ chính xác trong các thiết bị cảm biến. Nhất là đối với các thông số về nhiệt độ, áp suất,…
- Vật lý lượng tử là tiền đề để phát triển các dòng thiết bị quang học cao cấp như laser, fiber optic.
- Góp phần quan trọng trong quá trình phát triển, nghiên cứu công nghệ viễn thông không dây như bluetooth, wifi, 5G.
Trong y học
Đối với ngành y học, vật lý lượng tử được ứng dụng để đưa ra các phương pháp chẩn đoán, điều trị hiệu quả và tối ưu hơn. Cùng với đó là khá nhiều những ứng dụng nổi bật khác gồm:
- Tạo ra các trang thiết bị y học tối tân, chính xác, hỗ trợ thăm khám, điều trị hiệu quả. Bên cạnh đó là các thiết bị hỗ trợ khác như máy đo huyết áp, đường huyết tự động,…
- Công nghệ chụp chiếu, phân tích hình học hóa phân tử giúp y bác sĩ nghiên cứu, quan sát rõ hơn về tình trạng cấu trúc tế bào, các chức năng của phân tử bên trong cơ thể.
- Vật lý lượng tử cũng được sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh, tia X, MRI, siêu âm.
Trong khoa học, nghiên cứu tế bào, phân tử và di truyền
Trong lĩnh vực khoa học và đời sống bao gồm cả di truyền học, nghiên cứu tế bào và phân tử, chúng ta có thể liệt kê nhanh một số ứng dụng nổi bật sau:
- Đối với nghiên cứu tế bào
Vật lý lượng tử cung cấp công cụ đo lường, quan sát các hiện tượng tế bào dựa trên hình ảnh, quang phổ. Nó cũng giúp hỗ trợ cho quá trình nghiên cứu sinh hóa, chuyển hóa năng lượng, truyền nhận tín hiệu của các tế bào.
- Đối với lĩnh vực phân tử
Vật lý lượng tử cung cấp công cụ hỗ trợ phân tích, dự đoán tính chất và năng lượng, cấu trúc của các phân tử. Mặt khác nó cũng giúp giải thích các hiện tượng liên quan đến phân tử, sự phân tán ánh sáng và tương tác giữa chúng.
- Đối với di truyền học
Vật lý lượng tử giúp giải thích quá trình di truyền, tái tổ hợp gen hay sự truyền tải gen. Bên cạnh đó nó cũng giúp cung cấp các kỹ thuật để xác định cấu trúc, tính chất phân tử di truyền bao gồm cả RNA và DNA.
Chúng ta vừa cùng nhau tìm hiểu nhanh về vật lý lượng tử cũng như các học thuyết và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực của cuộc sống. Mong rằng những thông tin chia sẻ trong bài viết có thể giúp bạn hiểu hơn về chủ đề này!
