5 khám phá khoa học mới thách thức vật lí hiện đại
1/ Các hạt vi mô biết được khi nào chúng bị quan sát
Zeno (496 – 430 TCN), nhà triết học sinh ra và lớn lên tại thành phố Elea, miền Tây Nam nước Ý ngày nay, trước khi chết đã để lại 3 nghịch lý. Trong đó, nghịch lý thứ ba được mang tên “Mũi tên bay” nói rằng: Một mũi tên đang bay sẽ đứng yên nếu ta quan sát nó ở từng khoảnh khắc riêng lẻ, do đó mũi tên không hề di chuyển gì cả.
Khoảng năm 1200, triết gia người Ý Thomas Aquinas đã chứng minh được nghịch lý này là sai. Tuy nhiên, với thế giới lượng tử, có vẻ như Zeno đã đúng. Hiện nay đã có một số thí nghiệm phát hiện rằng hiệu ứng Zeno lượng tử là có thật.
Uranium là nguyên tố không ổn định và phân rã theo thời gian, quá trình này gọi là phân rã phóng xạ. Nhưng các nhà khoa học ở Texas đã phát hiện rằng: sự phân rã uranium sẽ diễn ra một cách bình thường nếu họ không quan sát chúng. Nhưng bất cứ khi nào họ quan sát chúng, quá trình phân rã uranium sẽ không diễn ra như dự tính.
Sau hai ngày quan sát mà không thấy sự phân rã uranium như lẽ thường, phòng thí nghiệm đã báo cáo phát hiện của họ cho các phòng thí nghiệm khác. Các phòng thí nghiệm khác cũng tiến hành thử nghiệm việc quan sát uranium một cách nghiêm ngặt và chặt chẽ. Nhưng tất cả đều có cùng một kết quả: một số nguyên tử uranium sẽ không phân rã nếu ta quan sát chúng.
Hiện tượng này thách thức quy luật entropy nhiệt động lực, cũng như quan niệm thông thường. Phải chăng ý thức của chúng ta có vai trò gì đó trong việc ngăn cản các đồng vị phóng xạ phân rã, hay chúng ta có thể dừng thời gian khi quan sát các hạt vi mô này?
2/ Định luật bảo toàn năng lượng không đúng với hố đen?
Hãy tưởng tượng rằng bạn có một chiếc xe tải đồ chơi, bạn đập vỡ nó ra từng mảnh với một cái búa. Tổng khối lượng của chiếc xe không đổi, nó chỉ biến thành từng mảnh vỡ. Nhưng khi bạn nâng búa của mình từ đống mảnh vỡ sau sau nhát đập cuối cùng, bạn thấy rằng các mảnh vỡ đã hoàn toàn biến mất.
Bạn biết điều này không thể xảy ra vì mọi vật không thể tự sinh ra hoặc tự mất đi. Vì vậy, vào cuối bộ phim kẻ hủy diệt 2 (Terminator 2), khi người máy T-1000 rơi vào bể quặng nóng chảy, hồ quang phát sáng và các thành phần nguyên tử của người máy T-1000 bơi quanh bể quặng một cách tuyệt vọng trước khi chúng biến mất. Điều tương tự cũng xảy ra khi một tiểu hành tinh bị hút vào một hố đen. Mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy bên trong hố đen, chúng ta có thể nói tiểu hành tinh đó không bị phá hủy bởi vì khối lượng của hố đen đã tăng thêm bằng một tiểu hành tinh. Điều này cũng tương tự như diễn biến của phim kẻ hủy diệt. Nhưng khi một hố đen bốc hơi, các nhà khoa học sẽ đặt câu hỏi, điều gì đã xảy ra với các thứ mà hố đen đã nuốt trước đó?
Chúng ta biết rằng hố đen bốc hơi theo thời gian, “bốc hơi” có nghĩa là “biến mất, không tồn tại” cùng với tất cả mọi thứ nó đã hút vào. Vẫn chưa có một sự giải thích khoa học rõ ràng của sự việc này. Nhưng hãy giả thiết rằng khi các hố đen bốc hơi, tất cả vật chất bị nó hút sẽ bay ra theo hình thức bức xạ. Nhưng nhà khoa học Stephen Hawking cho rằng hố đen chỉ phát ra các bức xạ năng lượng nhiệt ngẫu nhiên.
Theo cách hiểu của người không có chuyên môn: nếu bạn thấy mình đang ở vị trí bị lỗ đen hút vào, bạn biến mất hoàn toàn, và bằng chứng về sự tồn tại của bạn cũng sẽ biến mất.
Nếu ta ném người máy T-1000 vào một lỗ đen, và các người máy phải đi ngược thời gian trước khi điều đó xảy ra, nhưng T-1000 sẽ không tồn tại trong thời gian đó. Ngay cả với việc du hành thời gian, vũ trụ cũng không biết phải đưa nó trở lại bằng cách nào vì hố đen đã nuốt chửng và làm nó tan biến.
3/ Vệ tinh tăng tốc độ không có lý do
Định luật bảo toàn năng lượng phát biểu rằng năng lượng không thể được tự sinh ra và tự mất đi, nó chỉ chuyển từ hệ này sang hệ khác. Vì vậy, nếu không được thêm năng lượng, sẽ không bao giờ một hệ có được nhiều năng lượng hơn so với năng lượng ban đầu.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp định luật này không còn đúng nữa. Có một số báo cáo đã chỉ ra rằng, trong không gian vũ trụ, khi một vật thể bay ngang qua Trái Đất, tốc độ của nó tự dưng lại tăng lên mà không rõ lý do.
Hiện tượng này được gọi là “bay ngang bất thường”, nó đã xảy ra với một số tàu vũ trụ của NASA như Galileo, NEAR, Pioneer 10 và Pioneer 11. Các tàu vũ trụ này đã trải qua hiện tượng gia tăng tốc độ không thể giải thích khi chúng đang đi qua Trái đất ở một khoảng cách đủ xa, không bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn. Điều này xảy ra giống như có một lực từ vũ trụ tác động lên hệ thống tăng tốc của các con tàu.
Điều bất thường này được phát hiện đầu tiên vào năm 1980. Các nhà khoa học đã dành nhiều năm tiếp theo để cố gắng tìm hiểu điều gì đang xảy ra. Họ đã xem xét tất cả các loại năng lượng mà con người đã từng khám phá, cho đến nay, không có lời giải thích nào được đưa ra.
4/ Trong thế giới vi mô, lực hấp dẫn không còn tác dụng
Có những trật tự vẫn tồn tại bao năm trên thế giới: những con chó sói ăn thịt gà rừng, Trái Đất quay quanh Mặt Trời và mặt trăng quay quanh Trái Đất, và lực hấp dẫn nghiễm nhiên được công nhận trên mặt đất này.
Nhưng khi bạn quan sát thế giới ở gần hơn, lực hấp dẫn dường như có vai trò rất nhỏ. Chà một quả bóng trên áo len và cho nó lướt qua một mảnh giấy, các điện tích trên áo len được chuyển sang quả bóng sẽ hút các mảnh giấy rời khỏi mặt bàn, vượt qua sức kéo lực hấp dẫn của Trái Đất.
Vậy mà, cũng cái lực hấp dẫn đó lại có thể giữ Mặt Trăng quay quanh Trái Đất ở khoảng cách trung bình lên tới 382.500 km.
Khi xem xét thế giới vi mô, lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong 4 loại lực cơ bản của tự nhiên (bao gồm lực tương tác mạnh, lực tương tác điện từ, lực tương tác yếu và lực hấp dẫn), nhưng lại hoạt động ở khoảng cách xa.
Trong bài toán hệ thứ bậc khối lượng liên quan đến hạt Higgs của vật lí hạt, lực hấp dẫn có xu hướng phá hủy các hệ thứ bậc khoa học, bởi vì khi càng quan sát gần hơn, lực hấp dẫn dường như càng biến mất. Trong vật lí hạt, lực hấp dẫn nhỏ hơn lực tương tác yếu 10^32 lần.
Khối lượng của Trái đất là 5,97 x 10^24 kg, nó tạo ra lực rất lớn và tác động lên mọi vật, giúp mọi vật đứng trên bề mặt Trái Đất. Tuy nhiên những điện tích nhỏ bé, có trọng lượng vô cùng nhỏ vương trên chiếc áo len lại có thể chiến thắng lực hấp dẫn của Trái Đất, điều này cũng tương tự như một đứa trẻ còi cọc có thể nâng cả tòa nhà cao tầng vậy.
5/ Mặt Trời có thể làm cho thứ khác nóng hơn chính nó
Chúng ta vẫn thường nghĩ rằng năng lượng sẽ di chuyển từ vật có mức năng lượng cao tới vật có mức năng lượng thấp hơn. Đó cũng là điều được nói đến trong định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Cũng giống như trong thực tế, nếu bạn cảm thấy quá nóng vì đống lửa trại được đốt lên, bạn sẽ phải di chuyển xa đống lửa, không cần các nhà khoa học nói cho bạn rằng năng lượng nhiệt di chuyển từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn. Mọi nơi trong vụ trụ này đều như vậy, ngoại trừ Mặt Trời.
Có sự khác biệt giữa điều khoa học khẳng định và những gì thực sự xảy ra với Mặt Trời, đó là sức nóng của vầng hào quang xung quanh Mặt Trời (thường gọi là quang quyển).
Các dữ liệu thu được chỉ ra rằng, nhiệt độ của bề mặt Mặt Trời chỉ ở 5.500 độ C. Khi ánh sáng đi từ bề mặt của Mặt Trời đến tầng cách bề mặt chỉ vài trăm km, nhiệt độ của nó lên đến 1 triệu độ C. Về lý thuyết, nguồn nhiệt của Mặt Trời – là nơi xảy ra các phản ứng hạt nhân và plasma cần có nhiệt độ cao nhất chứ không phải khoảng chân chân không xung quanh nó. Đây là trường hợp một vật gây ra sức nóng lại lạnh hơn thứ mà nó thiêu đốt.
Về cơ bản, định luật thứ hai của nhiệt động lực học bị phá vỡ hoàn toàn khi ánh sáng rời khỏi Mặt Trời vài trăm km và chưa ai lý giải được nguyên nhân. Điều này vẫn gây đau đầu cho các nhà vật lí năng lượng Mặt Trời trên toàn thế giới kể từ khi họ phát hiện ra sự thực này vào năm 1939.
Có thể thấy, 5 nghịch lý này chủ yếu xảy ra ở 2 khu vực: vĩ mô (vũ trụ) và vi mô (các hạt nguyên tử, phân tử). Do đó có thể nói rằng, các quy luật mà chúng ta đã từng biết sẽ có thể không còn đúng khi tăng phạm vi ra cực đại, hoặc cực tiểu. Khám phá vũ trụ to lớn và thế giới nano siêu nhỏ vẫn luôn là 2 phương hướng tiên phong trong khoa học của con người, ở đó vẫn còn vô số những điều bí ẩn.
nguồn trithucvn.net