Brian Greene
Giai điệu giây và bản giao hưởng vũ trụ
Phần II - Không gian, thời gian và các lượng tử
Chương 4 - Những điều kỳ lạ trong thế giới vi mô(2)
...Vì mỗi sóng như vậy mang cùng một lượng năng lượng, nên một số
vô hạn các sóng đó sẽ mang một năng lượng toàn phần là vô hạn. Vậy là,
vào lúc bước sang thế kỷ mới, thế kỷ XX, đã có một hạt sạn lớn kẹt giữa
những bánh xe của bộ máy lý thuyết...
Trong bếp quá nóng
Con đường đi tới cơ học lượng tử bắt đầu từ một bài toán khá bí ẩn. Hãy
hình dung cái bếp lò nhà bạn được cách nhiệt hoàn hảo; bạn điều chỉnh đặt
nó ở một nhiệt độ nào đó, ví dụ như 200
0
C chẳng hạn, rồi bạn để tự cho nó
nóng dần lên. Thậm chí, trước khi bật máy, bạn có hút hết không khí ra
khỏi lò, thì do bị nung nóng, thành lò sẽ phát ra các sóng bức xạ bên trong
lò. Bức xạ này cùng loại với bức xạ được phát ra từ bề mặt Mặt Trời hay từ
một thanh sắt nóng sáng, tức là nhiệt và ánh sáng dưới dạng sóng điện từ.
Vấn đề là thế này. Các sóng điện từ mang năng lượng, chẳng hạn, sự sống
trên Trái Đất phụ thuộc sống còn vào năng lượng được phát ra từ Mặt Trời
và truyền tới Trái Đất bởi các sóng điện từ. Vào đầu thế kỷ XX, các nhà vật
lý đã tính năng lượng toàn phần được mang theo bởi tất cả các sóng điện từ
bên trong lò ở một nhiệt độ đã chọn. Dùng những thủ tục tính toán đã được
xác lập là đúng đắn, họ tìm ra một đáp số thật nực cười: đối với nhiệt độ đã
chọn, năng lượng toàn phần này có giá trị là vô hạn !.
Tất nhiên, ai cũng biết rằng điều đó là vô nghĩa: một bếp lò hoạt động có
thể chứa một năng lượng đáng kể nhưng không thể là vô hạn được. Để hiểu
được cách giải quyết của Planck, ta cần phải hiểu bài toán kỹ hơn một chút.
Hóa ra, khi áp dụng lý thuyết điện từ của Maxwell cho các bức xạ trong lò,
người ta thấy rằng các sóng do thành lò bị nung nóng phát ra chứa một số
nguyên các đỉnh và hõm sóng và được đặt vừa khít giữa hai thành lò đối
diện. Một số ví dụ về các sóng đó được minh họa trên Hình 4.1. Các nhà
