Slide co luong tu 1 VU QUANG TUYEN 2017

Cơ học lượng tử (CLT) CƠ HỌC LƯỢNG TỬ QUANTUM MECHANICS TS VŨ QUANG TUYÊN Vật lý lý thuyết vqtuyen@hcmus.edu.vn - quangtuyen.vu@gmail.com Tài liệu tham khảo • D J Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics, 2nd ed., Prentice Hall, 2005 • R Shankar, Principles of Quantum Mechanics, Plenum Press, 1994 • Hồng Dũng, Nhập mơn học lượng tử, NXB GD, 1999 • H.Haken & H Wolf, The Physics of Atom and Quanta, 7th ed., Springer, 2005 • G Greenstein & A Zajonc, The Quantum Challenge, Jones and Bartlett Publishers, 1997 • Chương 1: Nguồn gốc cần thiết CLT • Chương 2: Hàm sóng CLT • Chương 3: Phương trình Schrưdinger • Chương 4: Hình thức luận CLT • Chương 5: CLT khơng gian chiều • Chương 6: Mơmen động lượng & spin • Chương 7: Hệ hạt đồng • Chương 8: Gần CLT Tiêu chuẩn đánh giá Giữa kỳ Thi cuối kỳ Kiểm tra Tích cực (tham dự, hỏi, tập ) 30% 20% 50%ggggg Đồng thuận • Đúng • Tham dự tối thiểu 80% thời gian lên lớp • Đọc tài liệu chuẩn bị cho buổi học trước vào lớp • “Đứng đơi chân mình” Tại cần học QUANTUM mechanics • Nền tảng vật lý/khoa học đại • Tư “lượng tử” • “Triết học”, “nhân sinh” • DẠY/HỌC HẾT MÌNH Tại cần học QUANTUM MECHANICS NỀN TẢNG KHOA HỌC HIỆN ĐẠI • Năng lượng cao: vũ trụ học, hạt bản, hạt nhân • Vật liệu, trạng thái rắn  thiết bị điện tử, nano, • Quang  quang lượng tử, laser, • Liên ngành: lý sinh, hóa, dược, y Tầm ảnh hưởng “Quantum” Tầm ảnh hưởng “Quantum” Cần để học QUANTUM MECHANICS TINH THẦN • Cái đầu mở/ Tư mở • Tư linh động • Muốn/Ham học hỏi • Kiên trì - Cố gắng • [Dám] Đặt câu hỏi • Trách nhiệm học tập Cần để học QUANTUM mechanics? GROWTH MINDSET • NỖ LỰC • CỐ GẮNG • KIÊN TRÌ Cần để học QUANTUM MECHANICS? • “Chút” tốn: Giải tích, hàm phức, phương trình vi phân, đại số NĂNG LỰC • Cơ, quang, vật lý ngun tử • [Kiên trì tập] Đọc tiếng Anh Người ta lớn lên gì? ? • [Kiên trì] Làm tập E + R = O Event (biến cố, kiện) Respond (đáp trả ứng xử) Outcome (thành quả) Bạn muốn O nào? Bạn chọn thay đổi E hay R để có O bạn muốn? • Hãy mở miệng để hỏi • Hãy mở tai lắng nghe câu hỏi • Hãy mở lịng để hỏi & đón nhận câu hỏi •  Tơn trọng câu hỏi dễ, khó, ”khờ, ngu” mình, người khác E + R = O Event (biến cố, kiện) Respond (đáp trả ứng xử) Outcome (thành quả) Bạn tác nhân hay bạn nạn nhân? Đối với việc xảy ra, Bạn tác nhân hay bạn nạn nhân? NẠN NHÂN TÁC NHÂN • Hệ tơi có hồn ▪ Hệ tơi có hành cảnh/người khác gây động tơi chọn Tơi có Tơi khơng có lỗi trách nhiệm chọn lựa tơi • Người khác/hồn cảnh cần phải thay đổi ▪ Muốn viêc tốt việc tốt tơi cần phải tơi thay đổi trước hết • … ▪… HÃY LÀ TÁC NHÂN: CHÍNH BẠN CHỌN VÀ CĨ TRÁCH NHIỆM VỀ LỰA CHỌN TRÁNH ĐỔ LỖI BẠN CHỌN THẾ NÀO ĐỜI BẠN THẾ ĐÓ ! YOUR CHOICE YOUR LIFE ! Đối với việc xảy ra, Bạn tác nhân hay bạn nạn nhân? NẠN NHÂN TÁC NHÂN • Tại lại bị thế, việc lại xảy cho tơi? Tìm ngun nhân (hoàn cảnh, người khác) để trách cứ, đổ lỗi • Tơi gì? Để ý đến thiệt nơi • Tơi khơng thể làm/thay đổi: Tơi khơng có khả để làm việc cần làm ▪ Việc đem lại ý nghĩa cho tơi? Tìm ý nghĩa/cơ hội tích cực việc Nhận trách nhiệm ▪ Tơi cịn gì? Tìm cịn để tiếp tục vươn lên ▪ Tơi làm gì? Tơi cịn làm để hồn thiện, để tiếp tục điều chọn Thực hành “tôi tác nhân” • Hãy đưa việc/tình học tập mà bạn chọn “bạn nạn nhân” Bạn cần thay đổi chọn lựa để lấy lại vai trò tác nhân bạn? Xin cụ thể! • Gợi ý: Tìm/chỉ 1) ý nghĩa/cơ hội tích cực việc, 2) bạn cịn (vật chất, tinh thần, người) để vượt qua thách đố, khó khan, 3) bạn cịn chọn/làm (hành động, thái độ, suy nghĩ) để hoàn thiện hơn, để tiếp tục điều bạn chọn • Bài tính đạt/khơng đạt Nếu khơng đạt làm lại Dù vậy, xin làm hết mình, làm cách “tơi tác nhân”! Cơ học lượng tử Chương Nguồn gốc cần thiết lượng tử Cơ học lượng tử • Vài nét lịch sử CLT • Tính chất hạt (sóng) ánh sáng • Tính chất sóng hạt 1.1 Vài nét lịch sử CLT Cơ cổ điển Lý thuyết điện từ (điện+từ+quang) Nhiệt động lực học Lực Lorentz • Tính chất hạt (sóng) ánh Chương sáng • Tính chất sóng hạt Nguồn gốc cần thiết lượng tử 1.1 Vài nét lịch sử CLT Trước cuối kỷ XIX VẬT LÝ (CỔ ĐIỂN) 1.1 Vài nét lịch sử CLT Cuối kỷ XIX HIỆN TƯỢNG VẬT LÝ Hạt Sóng Hạt+Sóng TƯƠNG ĐỐI TÍNH VI MƠ Vận tốc lớn Ngun tử, nguyên tử Vật lý cổ điển cho giải thích thỏa đáng 1.1 Vài nét lịch sử CLT Cơ học lượng tử 1900-1925 1900 1905 1913 1923 1923 1925 1927 Planck: lượng tử  xạ vật đen Einstein: lượng tử  hiệu ứng quang điện Bohr: lượng tử  mơ hình ngun tử hydro Compton: lượng tử  hiệu ứng Compton De Broglie: lưỡng tính sóng - hạt Heisenberg & Schrưdinger (1926): lượng tử Born: ý nghĩa hàm sóng Khám phá hạt-sóng 1928-1932 Dirac: CLT tương đối tính, e+ Anderson tìm e+ Bức xạ vật đen – Black-body radiation Max Planck (1858-1947)  Bài tốn khơng thể giải nửa cuối kỷ XIX  Vật nóng phát xạ nhiệt  Phổ xạ liên tục từ hồng ngoại đến tử ngoại  Planck: Bức xạ trao đổi lượng với môi trường cách rời rạc  khai sinh lượng tử  giải thích BXVĐ • Vài nét lịch sử CLT Chương Nguồn gốc cần thiết lượng tử 1.2.Tính chất hạt (sóng) ánh sáng • Tính chất sóng hạt • Tính chất sóng hạt tính chất hạt ánh sáng • Sóng vật chất de Broglie Bức xạ vật đen – Black-body radiation Vật đen  Vật nóng: phát xạ điện từ gọi xạ nhiệt (tuyệt đối)  Bức xạ đến vật: phần bị hấp thụ, phần bị phản xạ  Vật đen lý tưởng: hấp thụ toàn xạ đến khơng có phản xạ từ  đen  Một vật cân nhiệt phát xạ lượng lượng hấp thụ   Vật đen: hấp thụ hoàn toàn xạ hoàn toàn! Bức xạ vật đen – Black-body radiation Bức xạ vật đen – Black-body radiation Tạo vật đen (tuyệt đối) Bể nhiệt: T cavity cavity Mật độ lượng cavity Lỗ hấp thụ vật đen  không phản xạ Nung nóng hộp  lỗ phát xạ Bức xạ vật đen – Black-body radiation ( , T) Bể nhiệt: T Bể nhiệt: T Phổ kế ( , T) Xác định xạ vật đen Wien Bể nhiệt: T Phổ kế lượng xạ  Sử dụng định luật StefanBoltzmann   mật độ lượng đơn vị tần số xạ vật đen phát /  , =  Chỉ hợp cho tần số cao Xác định xạ vật đen Rayleigh Jean Bể nhiệt: T  Bức xạ hộp: sóng đứng, dao động tử điều hòa  Nhiệt động lực cổ điển: dao động tử hộp có lượng trung bình   mật độ lượng , =  Chỉ hợp cho tần số thấp  phân kỳ miền tử ngoại  “ultraviolet catastrophe” Xác định xạ vật đen Planck Bể nhiệt: T  Năng lượng trao đổi xạ điện từ với vật chất (quanh nó) theo lượng rời rạc (bị lượng tử hóa): =   , = /  Trùng khớp tuyệt vời với thực nghiệm! Hằng số Vận tốc ánh sáng: = × 10 m s Hằng số Boltzmann: = 1.3807 × 10 Hằng số Planck: ℎ = 6.626 × 10 Js JK Bài tập , Gợi ý: = / − Mật độ lượng Planck theo bước sóng: , (Chú ý: = / Câu a: Đạo hàm , phải cực đại? Từ dẫn phương trình có dạng phải giải cách gần 2898.9 × 10 m K = − = / ) Bức xạ vật đen – Black-body radiation a) CMR cực đại mật độ lượng Planck xảy bước sóng có dạng = nhiệt độ số cần tính (ước lượng) b) Từ kết câu a) ước tính nhiệt độ bề mặt ngơi xạ có cường độ cực đại bước sóng 446nm Hiệu ứng quang điện - photoelectric effect Hertz (1887): electron phát từ kim loại chiếu xạ ánh sáng Bể nhiệt: T Phổ kế Ánh sáng tới có lượng Electron bứt với động = −  Tấm kim loại có cơng thoát W  W: lượng cần để bứt e khỏi kim loại  Tần số ngưỡng kim loại: = / ... cho giải thích thỏa đáng 1. 1 Vài nét lịch sử CLT Cơ học lượng tử 19 00 -19 25 19 00 19 05 19 13 19 23 19 23 19 25 19 27 Planck: lượng tử  xạ vật đen Einstein: lượng tử  hiệu ứng quang điện Bohr: lượng... bình động