Các hạt cơ bản và các lực trong tự nhiên

Chia sẻ: Ha Quynh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

56
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Aristotle tin rằng toàn bộ vật chất trong vũ trụ được tạo thành từ bốn yếu tố cơ bản: đất, không khí, nước và lửa. Các yếu tố này được tác động bởi hai lực: lực hấp dẫn có xu hướng làm chìm xuống đối với đất và nước và lực nâng có xu hướng làm nâng lên đối với không khí và lửa.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Các hạt cơ bản và các lực trong tự nhiên

LƯỢC SỬ THỜI GIAN - Các hạt cơ bản và các lực trong tự nhiên Aristotle tin rằng toàn bộ vật chất trong vũ trụ được tạo thành từ bốn yếu tố cơ bản: đất, không khí, nước và lửa. Các yếu tố này được tác động bởi hai lực: lực hấp dẫn có xu hướng làm chìm xuống đối với đất và nước và lực nâng có xu hướng làm nâng lên đối với không khí và lửa. Sự phân chia nội dung của vũ trụ thành vật chất và các lực như thế vẫn còn được dùng cho đến ngày nay. Aristotle cũng tin rằng vật chất là liên tục, tức là người ta có thể phân chia một mẩu vật chất ngày càng nhỏ mà không có một giới hạn nào: người ta không bao giờ đi tới một hạt vật chất mà không thể phân chia được nữa. Tuy nhiên một số ít người Hy Lạp, chẳng hạn như Democritus, lại cho rằng vật chất vốn có dạng hạt và vạn vật được tạo thành từ một số lớn các loại nguyên tử (atom) khác nhau (atom theo tiếng Hy Lạp có nghĩa là “không thể phân chia được nữa”). Cuộc tranh cãi kéo dài hàng thế kỷ mà không bên nào có một bằng chứng thực tế nào. Mãi tới năm 1830, John Dalton - nhà vật lý và hóa học người Anh - đã chỉ ra rằng việc các hợp chất hóa học luôn luôn được hóa hợp theo những tỷ lệ nhất định có thể được giải thích là do các nguyên tử đã cụm lại với nhau tạo nên những đơn nguyên gọi là phân tử. Tuy nhiên, cho tới tận những năm đầu thế kỷ này, cuộc tranh luận giữa hai trường phái tư tưởng mới ngã ngũ với phần thắng thuộc về những người theo nguyên tử luận. Einstein là người đã đưa ra được một bằng chứng vật lý quan trọng. Trong một bài báo viết năm 1905, chỉ ít tuần trước bài báo nổi tiếng về thuyết tương đối hẹp, Einstein đã chỉ ra rằng cái được gọi là chuyển động Brown - tức là chuyển động không đều đặn, ngẫu nhiên của các hạt bụi lơ lửng trong một chất lỏng - có thể được giải thích như là kết quả của sự va chạm của các nguyên tử
chất lỏng với các hạt bụi. Vào thời gian đó cũng đã có những nghi ngờ đối với giả thuyết cho rằng các nguyên tử là không thể phân chia được. Vài năm trước đó, một nghiên cứu sinh của trường Trinity College, Cambridge, là J.J. Thomson đã chứng minh được sự tồn tại của một hạt vật chất mà ông gọi là electron. Đó là một hạt có khối lượng nhỏ hơn khối lượng của nguyên tử nhẹ nhất khoảng một ngàn lần. Ông đã dùng một dụng cụ khá giống với chiếc đèn hình của một máy thu hình hiện đại: một sợi kim loại nóng đỏ phát ra các hạt electron và bởi vì các hạt này mang điện âm nên có thể dùng một điện trường để gia tốc của chúng hướng tới một màn phủ photpho. Khi các hạt này đập vào màn, chúng sẽ gây ra những chớp sáng. Chẳng bao lâu sau, người ta thấy rằng các hạt electron đó bắn ra từ chính bên trong các nguyên tử và vào năm 1911, nhà vật lý người Anh Ernest Rutherford cuối cùng đã chứng tỏ được rằng các nguyên tử vật chất có cấu trúc bên trong: chúng tạo bởi một hạt nhân cực kỳ nhỏ mang điện dương và các electron quay quanh hạt nhân đó. Ông rút ra điều này từ việc phân tích sự lệch hướng của các hạt alpha - hạt mang điện dương do các nguyên tử phóng xạ phát ra - khi va chạm với các nguyên tử Thoạt đầu người ta nghĩ rằng hạt nhân nguyên tử được tạo bởi electron và một số hạt mang điện dương gọi là proton (theo tiếng Hy Lạp proton có nghĩa là “đầu tiên”, vì người ta nghĩ rằng nó là đơn nguyên cơ bản tạo nên vật chất). Tuy nhiên, vào năm 1932 một đồng nghiệp của Rutherford ở Cambridge là James Chadwick đã phát hiện ra rằng hạt nhân còn chứa một hạt khác gọi là neutron. Đó là hạt có khối lượng gần như proton nhưng không mang điện. Chadwick đã được trao giải thưởng Nobel vì phát minh này và được bầu làm hiệu trưởng của trường Gonville và Caius College, Cambridge (trường mà hiện tôi là thành viên của ban giám hiệu). Sau này ông đã phải từ chức hiệu trưởng vì bất đồng với các thành viên trong ban giám hiệu. Sự bất đồng trong trường còn gay gắt hơn khi nhóm các thành viên lãnh đạo trẻ trở về sau chiến tranh đã bỏ phiếu loại các thành viên già ra khỏi các chức vụ của nhà trường mà họ đã giữ quá lâu. Chuyện này xảy ra trước thời của tôi.
Không thể du hành ngược thời gian Sự thôi thúc của cảm giác được yêu lần đầu hoặc để sửa sai quá khứ là một trong số các lý do khiến chúng ta ước mơ đi ngược thời gian. Song, các nhà khoa học tuyên bố đó là chuyện không tưởng. Đã có cả chục viễn cảnh du hành về quá khứ được các nhà lý thuyết đưa ra, "song hầu hết trong số chúng, nếu xem xét kỹ, mới chỉ lướt qua rìa của ngành vật lý mà chúng ta có thể hiểu được. Phần lớn các nhà khoa học cho rằng đa số viễn cảnh đó có thể bị loại trừ", Brian Greene, tác giả cuốn sách bestseller “The Elegant Universe”, chuyên gia về Lý thuyết dây, một nhà vật lý tại Đại học Columbia, cho biết. Chiều thứ tư - Hành trình đi tìm máy thời gian - Có thể du hành về quá khứ và tương lai? Trong vật lý, thời gian được mô tả như một chiều, giống như độ dài, rộng và độ cao. Khi bạn đi từ nhà mình tới cửa hàng tạp hoá, bạn đã chuyển động theo một hướng trong không gian, tạo ra sự tịnh tiến trong tất cả các chiều không gian đó - dài, rộng
và cao. Nhưng bạn còn tiến lên trong cả chiều thời gian nữa - chiều thứ tư. "Không gian và thời gian xoắn lấy nhau dưới dạng một cái khung 4 chiều được gọi là không-thời gian", Charles Liu, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học City, New York, phát biểu. Không-thời gian, Liu giải thích, có thể được xem như một miếng đệm cao su với 4 chiều. "Khi một vật có khối lượng - bạn, tôi hay một vật thể bất kỳ, một hành tinh hay ngôi sao nào đó - đặt trên miếng đệm 4 chiều đó, nó sẽ khiến miếng đệm võng xuống. Chỗ võng này là hình ảnh biến dạng của không-thời gian cho phù hợp với vật nặng đó. Sự lõm vào của không-thời gian khiến cho vật thể di chuyển trên một đường cong và sự cong của không gian là cái mà chúng ta gọi là hấp dẫn. Về mặt toán học một người có thể tiến lên hoặc lùi lại trong 3 chiều không gian, nhưng thời gian không có được đặc tính đa hướng tự do này. "Trong không-thời gian 4 chiều, bạn chỉ có thể di chuyển về phía trước của thời gian, tức là tương lai, Liu nói. Đường hầm quá khứ? Hiện tồn tại một số giả thuyết về việc du hành xuyên thời gian. Giả thuyết được xây dựng kỳ công nhất liên quan đến wormhole - một đường hầm lý thuyết nối giữa hai vùng không-thời gian. Hai vùng này có thể là hai vũ trụ hoàn toàn khác nhau hoặc hai phần của một vũ trụ. Vật chất có thể đi qua một trong hai miệng hầm để tới điểm đến ở phía bên kia. "Wormhole là tương lai, wormhole là quá khứ", Michio Kaku, tác giả cuốn "Hyperspace" và "Parallel Worlds", và là nhà vật lý tại Đại học City, New York,
nhận định. "Nhưng chúng ta phải hết sức cẩn thận. Lượng khí đốt cần thiết để vận hành một chiếc máy thời gian vượt xa những gì chúng ta có thể thu thập với công nghệ hiện nay". Để tạo ra một cái lỗ trên tấm màng không-thời gian, Kaku giải thích, cần năng lượng của một ngôi sao hoặc năng lượng âm, một thực thể kỳ lạ có năng lượng nhỏ hơn không. Dây vũ trụ Một giả thuyết quen thuộc khác cho những người thích du hành ngược thời gian liên quan đến cái gọi là cosmic string (dây vũ trụ) - tức là các ống năng lượng hẹp trải dọc theo toàn bộ chiều dài của vũ trụ nở rộng. Nh ững vùng cực hẹp này, còn sót lại từ thời nguyên thuỷ, được dự đoán là chứa một lượng vật chất cực lớn và nhờ đó có thể uốn cong không-thời gian xung quanh chúng. Các dây vũ trụ hoặc là vô tận hoặc uốn lại thành vòng, không có điểm kết, J.Richard Gott, tác giả cuốn “Time Travel in Einstein's Universe” và là nhà thiên văn tại Đại học Princeton, nhận định. Sự tiếp xúc của hai dây như thế song song với nhau - Gott nói - sẽ uốn cong không- thời gian cực mạnh và trong tình huống đặc biệt nào đó có thể khiến cho việc du hành thời gian trên lý thuyết là khả thi. Nhưng: "đó là dự án mà chỉ một nền văn minh siêu hạng mới có thể làm nổi", Gott nói. "Nó nằm ngoài khả năng của chúng ta. Chúng ta là một nền văn minh thậm chí còn chưa kiểm soát được năng lượng của chính trái đất". Không thể bây giờ Về mặt toán học, bạn chắc chắc có thể nói rằng thứ gì đó đang đi ngược về quá khứ,
Liu nói. "Nhưng sẽ là không phải là tôi và bạn". "Đừng hy vọng một nhà phát minh trẻ tuổi nào đó họp báo vào ngày mai rằng anh hay chị ấy đã phát minh ra một chiếc máy thời gian. Bởi nó cần một công nghệ tiến bộ hơn nhiều bất cứ thứ gì chúng ta có thể tập hợp", Kaku nói. Hiện tại, phần duy nhất của du lịch trong không gian 4 chiều là chúng ta đang tiến về tương lai với mỗi giây trôi qua. Vì thế với những người muốn nhìn trái đất sau 1 triệu năm nữa, các nhà khoa học đã có tin tốt lành. "Chế tạo một phi thuyền. Bay với vận tốc gần vận tốc ánh sáng trong một thời gian dài - điều tôi có thể tính được. Rồi trở lại trái đất và khi bạn bước ra khỏi phi thuyền, bạn sẽ già đi khoảng 1 năm trong khi trái đất đã trải qua một triệu năm. Bằng cách ấy, bạn đã đi tới tương lai của nó", Greene nói.