thumbnail - 10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)
Thu Hà
Hà Nội

10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)

Trong phần trước, chúng ta đã cùng tìm hiểu một số thí nghiệm vật lý nổi bật và cho thấy vật lý đã thay đổi thế giới như thế nào. Trong phần này, hãy xem còn những thí nghiệm quan trọng và nổi bật nào mà chúng ta chưa biết nữa.

6. Thí nghiệm Quantum Entanglement: tìm hiểu vướng víu lượng tử

10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)  

Có thể nói bất kỳ hiện tượng khoa học nào làm Albert Einstein hoang mang đều mang tính cách mạng. Khái niệm về sự vướng víu (ràng buộc) là ý tưởng cho rằng hai hạt có thể được liên kết theo cách mà thay đổi một hạt ngay lập tức thay đổi hạt kia. Nhưng điều khiến ông bối rối là thực tế là sự thay đổi này sẽ xảy ra ngay lập tức ngay cả khi các hạt ở hai đầu đối diện của Vũ trụ.

Chính điều này thách thức những ý tưởng trong vật lý của chủ nghĩa hiện thực cục bộ - khái niệm cho rằng nguyên nhân của sự thay đổi vật lý phải là cục bộ và các thuộc tính của vật thể là có thật và tồn tại trong vũ trụ vật chất độc lập với tâm trí của chúng ta. Những thách thức này đã khiến Einstein mô tả sự vướng víu là "hành động ma quái ở khoảng cách xa" và kết quả là ông đã dành những năm cuối đời để nghĩ ra những thí nghiệm cho thấy lý thuyết vật lý lượng tử chưa hoàn thiện với những biến ẩn giải thích bản chất của sự vướng víu.

Cuối cùng, một thí nghiệm vật lý của nhà vật lý học John Bell đã xác nhận bản chất không cục bộ của sự vướng víu. Vào năm 1960, nhà vật lý học này đã nghĩ ra một bài kiểm tra gọi là Bất đẳng thức Bell để tìm kiếm các biến ẩn. Mục đích là để kiểm tra các giả định: cục bộ, chủ nghĩa hiện thực và tự do lựa chọn (ý tưởng rằng các nhà vật lý có thể thực hiện các phép đo một cách tự do mà không bị ảnh hưởng bởi các biến ẩn). Các thí nghiệm để kiểm tra Bất đẳng thức của Bell đã chỉ ra rằng khi các hạt vướng vào nhau, kết quả của các phép đo có tương quan về mặt thống kê nhiều hơn so với mong đợi trong các hệ thống phi lượng tử được mô tả bởi vật lý cổ điển.

Hầu hết các nhà vật lý tin rằng sự vướng víu vi phạm nguyên tắc thứ nhất hoặc thứ hai của Bất đẳng thức Bell. Điều chắc chắn là một sự thay đổi trong một hạt vướng víu gây ra sự thay đổi tức thời trong đối tác của nó.

7. Thí nghiệm con mèo, cái hộp và chất độc

10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)  

Các quy tắc của thế giới hạ nguyên tử được mô tả bởi vật lý lượng tử là rất kỳ lạ. Các nhà khoa học mô tả điều này là phản trực giác và có lẽ một thí nghiệm độc đáo như là minh chứng hoàn hảo cho sự kỳ lạ này. Trong cơ học lượng tử, tính chất vật lý của các trạng thái rất nhỏ, có thể có của một hệ thống được xác định bởi các hàm sóng có thể chồng lên nhau. Điều này có nghĩa là một hệ thống lượng tử được mô hình hóa bằng sóng có thể được mô tả là tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc - được gọi là sự chồng chất - với sự thu hẹp dần và nhận một giá trị duy nhất khi được đo hoặc buộc phải tương tác với một hệ thống khác.

 Erwin Schrödinger muốn chỉ ra những sai sót trong lý thuyết được gọi là cách giải thích Copenhagen của cơ học lượng tử, ông vô tình cũng tạo ra một trong những thí nghiệm tư tưởng được nhắc đến nhiều nhất mọi thời đại - thí nghiệm con mèo của Schrödinger.

Schrödinger đề nghị đặt một con mèo vào một chiếc hộp có một thiết bị ma quỷ - một lọ chất độc chết người sẽ vỡ ra khi hạt nhân nguyên tử phân hủy. Vì sự phân rã của một nguyên tử là một quá trình hoàn toàn ngẫu nhiên, không có cách nào để xác định xem điều này có xảy ra hay không mà không cần mở hộp. Điều đó có nghĩa là nếu chúng ta coi chiếc hộp như một hệ thống lượng tử, thì con mèo của Schrödinger ở vị trí chồng chất cuối cùng - vừa chết vừa sống cùng một lúc. Tình huống sẽ chỉ giải quyết khi mở hộp khi chức năng sóng của hệ thống bị sập và con mèo được phát hiện là đã chết hoặc còn sống. Vấn đề ở đây là chúng ta không thể biết việc đó có xảy ra hay không nếu như khổng mở hộp. 

8. Tìm hiểu về nền vi sóng vũ trụ

10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)  

Nền vi sóng vũ trụ (CMB) là bức xạ còn sót lại từ một sự kiện không lâu sau vụ nổ lớn được gọi là " sự tán xạ cuối cùng ". Đây là thời điểm, vào khoảng 14 tỷ năm trước, tại đó Vũ trụ đã nguội đi đủ để cho phép các electron kết hợp với proton để tạo thành những nguyên tử đầu tiên. Các photon không còn bị phân tán vô tận bởi các electron tự do và đột nhiên được phép tự do di chuyển trong Vũ trụ. 

Vào năm 1965, Bob Dicke và nhóm của ông tại Đại học Princeton đã dày công tìm kiếm bằng chứng về "hóa thạch vũ trụ" này bị đóng băng trong Vũ trụ. Họ cũng không hề hay biết là một nhóm khác ở ở New Jersey đã phát hiện ra CMB.

Hai nhà khoa học Arno Penzias và Robert Wilson tại Bell Labs trong khi làm việc với Holmdel Horn Antenna - một kính viễn vọng vô tuyến vi sóng và hệ thống liên lạc vệ tinh việc, đã gặp sự cố và cố gắng sử dụng thiết bị nhạy cảm để tìm kiếm hydro trong Dải Ngân hà. Nhưng họ đã nhận được cùng một tiếng động từ tất cả các khu vực trên bầu trời.

10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)  

Hai người tìm cách loại bỏ những yếu tố gây nhiễu nhiều lần để cố hạn chế mọi thứ xảy ra có thể là nguyên nhân gây ra rắc rối. Điều này liên quan đến việc loại bỏ các dây dẫn cách điện kém và thậm chí còn phải chui vào ăng-ten để để loại bỏ thứ mà họ mô tả là "vật liệu điện môi trắng" - phân chim bồ câu. Penzias và Wilson cuối cùng xác định được tín hiệu không phải từ Trái đất.

Arno Penzias và Robert Wilson sẽ chia sẻ Giải Nobel Vật lý năm 1978 cho việc phát hiện ra CMB với Pyotr Leonidovich Kapitsa "cho những phát minh và khám phá cơ bản của ông trong lĩnh vực vật lý nhiệt độ thấp."

Hiện tại chúng ta đã biết  CMB lấp đầy Vũ trụ với nhiệt độ đồng nhất là 2,7 K – thấp hơn ba độ so với độ không tuyệt đối. Theo NASA , CMB chịu trách nhiệm về một lượng tĩnh đáng kể trên TV của bạn tốt hơn trước những ngày có cáo. CMB tiết lộ một cách kết luận rằng Vũ trụ đã trải qua một giai đoạn mở rộng nhanh chóng trong lịch sử ban đầu của nó, xác nhận mô hình vũ trụ học của Vụ nổ lớn là không thể nghi ngờ.

9. Năng lượng tối, vũ trụ đang giãn nở và tăng tốc

10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)  

Vào đầu thế kỷ 20, Edwin Hubble đã khám phá ra từ mối quan hệ quan sát được giữa khoảng cách và vận tốc suy thoái của các thiên hà mà vũ trụ đang giãn nở. Đến năm 1929, Hubble xuất bản một bài báo ngắn "Mối quan hệ giữa khoảng cách và vận tốc xuyên tâm giữa các tinh vân ngoài còn đã thêm một hệ số gọi là hằng số vũ trụ vào phương trình vũ trụ của ông để đảm bảo nó vẫn ở trạng thái tĩnh. 

Nếu tiết lộ này gây bất ngờ đối với cộng đồng khoa học thì phát hiện vào năm 1998 về sự mở rộng vũ trụ đang tăng tốc còn trở thành một cúc sốc hoàn toàn. Để hiểu hơn về điều này, hãy tưởng tượng bạn đang thực hiện một cú đẩy một vật thể và quan sát nó dần dần chuyển động chậm lại, khi nó sắp dừng thì nó đột ngột tăng tốc trở lại mặc dù không có lực nào tác động.

Đó là những phát hiện từ các nhà thiên văn học đã kiểm tra những siêu tân tinh ở xa, được gọi là "nến tiêu chuẩn" vì cách phát ra ánh sáng đồng đều của chúng khiến chúng trở thành những thước đo khoảng cách tuyệt vời. Mặc dù chậm lại sau sự mở rộng nhanh chóng ban đầu của Vụ nổ lớn, cấu trúc không gian một lần nữa đang tăng tốc trong quá trình mở rộng của nó.D

Điều này dẫn đến sự ra đời của " năng lượng tối " như một phần giữ chỗ cho bất kỳ lực nào đang thúc đẩy sự mở rộng gia tốc này. Sau khi xác nhận nó ộc lập kể từ những quan sát siêu tân tinh ban đầu, NASA hiện ước tính năng lượng tối chiếm 68% hàm lượng vật chất / năng lượng của Vũ trụ. Tác động của năng lượng tối hiện được mô tả bằng cách giới thiệu lại hằng số vũ trụ, giống như một cuộc giải cứu khỏi "thùng rác khoa học" cho một mục đích mới.

10. Khám phá các ngoại hành tinh

10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)  

Từ lâu, nhân loại đã biết rằng các ngôi sao là những thiên thể giống như mặt trời, tuy nhiên chúng ta vẫn còn chưa biết về những hành tinh có thể quay quanh những thiên thể sao xa xôi này và liệu chúng có khả năng tồn tại sự sống giống như Trái đất hay không. Bất chấp lịch sử lâu đời của thiên văn học, việc phát hiện ra hành tinh đầu tiên bên ngoài hệ mặt trời - một hành tinh ngoài hệ mặt trời hay còn gọi là ngoại hành tinh phải đến cuối thế kỷ 20 mới thực hiện được.

Hai thời điểm quan trọng về khám phá ngoại hành tinh đều xảy ra vào những năm 1990. Vào tháng 1/1992, các nhà thiên văn học Dale Frail và Aleksander Wolszczan công bố phát hiện ra hai hành tinh đá và một hành tinh thứ ba có thể quay quanh một sao xung -  PSR B1257 + 12  - nằm cách Trái đất gần 2.000 năm ánh sáng. Pulsar là những ngôi sao neutron quay nhanh và phát ra bức xạ mạnh, có nghĩa là ba hành tinh xung quanh PSR B1257 + 12 không thể hỗ trợ sự sống.

10 thí nghiệm vật lý đã thay đổi cách nhìn của chúng ta về vũ trụ (Phần cuối)  

Đến năm 1995, Michel Mayor và Didier Queloz đã phát hiện ra 51 Pegasi b  - một hành tinh nóng được gọi là Sao Mộc gần với ngôi sao của nó với nhiệt độ bề mặt nóng như thiêu đốt 1.000–1.800 độ F và hoàn thành một quỹ đạo chỉ trong bốn ngày. Bộ đôi các nhà nghiên cứu đã cùng nhận giải Nobel Vật lý 2019 cho khám phá của mình. Họ đã xác định vị trí hành tinh bằng cách sử dụng một phương pháp phát hiện được gọi là kỹ thuật vận tốc xuyên tâm. Điều này đo lường sự dao động nhỏ mà một hành tinh quay quanh gây ra cho ngôi sao chủ của nó. 

Kể từ khi phát hiện ra ngoại hành tinh đầu tiên, loài người đã tiếp tục những khám phá của mình. Danh mục ngoại hành tinh của NASA hiện có hơn 4.800 thế giới đã được xác nhận nằm ngoài hệ mặt trời - một minh chứng cho sức mạnh của các phương pháp phát hiện có thể xác định chính xác các tín hiệu nhỏ nhất. Trong số này, NASA cho biết 927 hành tinh đã được phát hiện bằng phương pháp vận tốc xuyên tâm - một trong những phương pháp mang đến thành công vượt bậc.


>>> 10 thí nghiệm vật lí đã thay đổi hiểu biết con người về vũ trụ.


Nguồn slashgear

Chủ đề liên quan

Chủ đề khác