Đây là những thứ khiến vận tốc ánh sáng chắp tay xin thua?

Khi Einstein lần đầu tiên tiên đoán rằng ánh sáng dịch chuyển với tốc độ giống nhau ở bất cứ đâu trong vũ trụ, nhà vật lý vĩ đại nhất thế kỉ 20 đã ‘đóng nhãn’ tốc độ của nó là 299.792,458 km/giây.

Nhưng đó không phải là tổng thể. Trên thực tiễn, đây mới chỉ là bước khởi đầu của câu truyện dài về tốc độ ánh sáng.

Trước thế kỉ 20, khối lượng – thứ làm nên bạn, tôi và tất cả những gì chúng ta nhìn thấy – và năng lượng được coi là độc lập với nhau.

Nhưng vào năm 1905, Lý thuyết Tương Đối Hẹp của Einstein đã đổi khác mãi mãi cách mà những nhà vật lý nhìn ngoài hành tinh, bằng việc ràng buộc khối lượng và nguồn năng lượng vào một phương trình tuy đơn thuần nhưng cực kỳ quan trọng E = mc ^ 2. Về thực chất, phương trình này tiên đoán không có bất kỳ thứ gì có khối lượng hoàn toàn có thể đạt tốc độ bằng ánh sáng, chứ đừng nói là nhanh hơn. Nỗ lực thành công xuất sắc nhất của loài người trong việc tiệm cận tốc độ ánh sáng nằm trong những máy gia tốc hạt siêu mạnh như Máy Gia tốc Hạt Lớn ( LHC ) của CERN hay Tevatron của Mỹ. Các cỗ máy khổng lồ này ( LHC thậm chí còn còn có chu vi vắt ngang qua dãy Alps, nằm trên cả chủ quyền lãnh thổ Pháp và Thụy Sĩ ) có năng lực tăng tốc độ những hạ nguyên tử lên đến 99.99 % tốc độ ánh sáng, tuy nhiên theo lý giải của nhà vật lý đạt giải Nobel David Gross, những hạt này sẽ không khi nào chạm đến ngưỡng tốc độ ngoài hành tinh. Bởi, để làm như vậy cần vô hạn nguồn năng lượng ( E ), và trong quy trình đó, khối lượng ( m ) của vật thể cũng sẽ đi tới vô hạn, vốn là điều bất khả. Đó là nguyên do tại sao photon – phân tử của ánh sáng lại đạt được tốc độ này, vì chúng về thực chất không có khối lượng. Einstein là một hình tượng điên rồ trong thời đại của ông. Tuy nhiên điên rồ lại luôn là đặc tính chung của những nhà vật lý, thế nên kể từ Einstein, họ đã luôn cố gắng nỗ lực tìm ra những thứ có năng lực đạt tốc độ nhanh hơn cả ánh sáng, mà vẫn tuân theo những nguyên tắc thiên hà của Thuyết Tương Đối Hẹp. Rất nhiều ý tưởng sáng tạo phát minh sáng tạo trong số đó – trong khi không bác bỏ thế giới quan thiên hà của Einstein – đã cho tất cả chúng ta một cái nhìn thâm thúy hơn về đặc tính của ánh sáng cũng như địa hạt lượng tử.

1. Big Bang và Giãn nở Vũ Trụ

Bạn đã bao giờ tự hỏi, liệu có một luồng ánh sáng siêu mạnh nào có thể đi xuyên qua vũ trụ? Câu trả lời là KHÔNG. Đơn giản là vì vũ trụ của chúng ta không ngừng giãn nở với tốc độ cao hơn nhiều so với ánh sáng. Tốc độ này nằm khoảng 67.15 ± 1.2 (km/s)/Mpc, tức là gần 68 kilomet/ giây/ megaparcec.

Điều này có nghĩa là bất kể thiên hà nào đang cách tất cả chúng ta 10 megaparcec ( khoảng chừng 30 triệu năm ánh sáng ) sẽ từ từ rời xa khỏi tất cả chúng ta với tốc độ 680 km / giây. Có ‘ hack ‘ trời thì ánh sáng từ Trái đất cũng không khi nào hoàn toàn có thể đến được thiên hà đó. Mặc dù theo thuyết Tương Đối Hẹp, không vật thể có khối lượng nào hoàn toàn có thể đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng, tuy nhiên câu hỏi đặt ra là, liệu hoàn toàn có thể có những vật thể không có khối lượng như chính photon ánh sáng ? Bạn tối thiểu không cần phải phụ thuộc vào những nhà bác học điên với những thuyết lạ mắt để tìm ra những hạt ” vô lượng ” như thế. Khoảng không thiên hà của tất cả chúng ta, do không chứa bất kỳ một thứ vật chất nào, chính là một ‘ vật thể ‘ không có khối lượng. Có thể nói thuyết tương đối vận dụng với tổng thể những vật thể bên trong thiên hà, nhưng không phải là chính bản thân ngoài hành tinh. Đây chính là những gì mà những nhà vật lý Alan Guth và Andrei Linde giả thiết vào những năm 1980, về điều đã xảy ra ngay tức khắc sau Vụ Nổ Lớn Big Bang. Trong một phần một triệu tỉ tỉ ( 10 ^ – 24 ) của giây tiên phong sau vụ nổ, thiên hà đã liên tục tăng gấp đôi kích cỡ, và tác dụng là rìa ngoài của nó lan rộng ra nhanh gọn, nhanh hơn tốc độ ánh sáng rất nhiều.

2. Rối lượng tử

Nghe qua thì Rối Lượng Tử có vẻ như khó hiểu, bí hiểm và … hơi ” rối “, nhưng hiểu theo nghĩa sơ khai nhất thì đây chỉ là cách mà những hạt hạ phân tử ” tiếp xúc ” với nhau. Và điều mê hoặc mà những nhà nghiên cứu đã chỉ ra, đó là quy trình tiếp xúc này thậm chí còn còn nhanh hơn cả ánh sáng. ” Nếu tôi đặt hai electron nằm rất gần nhau, chúng sẽ giao động cùng tần số theo thuyết lượng tử, ” nhà vật lý Kaku Michio lý giải với Big Think. Giờ nếu chia rẽ hai electron đó sao cho chúng cách nhau hàng trăm hoặc thậm chí còn hàng ngàn năm ánh sáng, và chúng sẽ giữ cho liên kết chốc lát này lan rộng ra. ” Nếu tôi lắc nhẹ một electron, thì ngay lập tức electron còn lại sẽ ‘ cảm nhận ‘ được rung chấn, nhanh hơn so với tốc độ ánh sáng. Einstein cho rằng không có gì hoàn toàn có thể đi nhanh hơn ánh sáng, vậy nên trong quá khứ ông đã là một trong những người phản đối thuyết lượng tử kinh khủng nhất, ” Kaku viết thêm.

Trên thực tế vào năm 1935, Einstein cùng với Boris Podolsky và Nathan Rosen đã thử bác bỏ thuyết lượng tử bằng một thí nghiệm tư duy mà Einstein gọi là “các tác động ma quỷ ở khoảng cách xa”.

Khá vui nhộn khi thí nghiệm này của họ lại đặt nền móng cho cái mà ngày này tất cả chúng ta gọi là nghịch lý EPR ( Einstein-Podolsky-Rosen ), một nghịch lý miêu tả đúng mực hiện tượng kỳ lạ liên kết tức thì trong rối lượng tử vừa được miêu tả ở trên.

3. Tachyon

Khả năng về một loại hạt di dời nhanh hơn ánh sáng lần đầu được đề xuất kiến nghị vào năm 1962 bởi nhà vật lý E.C.G Sudarshan và những đồng sự, mặc dầu lúc đầu họ sử dụng thuật ngữ ” siêu-hạt ” Trong bài luận văn viết năm 1967 của mình, Gerald Feinberg đã lần đầu sử dụng thuật ngữ ” Tachyon ” – vốn bắt nguồn từ từ Tachy có nghĩa là ‘ nhanh ‘ trong tiếng Hy Lạp – đồng thời đề xuất kiến nghị những hạt tachyon hoàn toàn có thể trở thành một lượng tử ( nghĩa là – một lượng nhỏ nhất của nguồn năng lượng phát xạ ) trong vật lý với một ‘ khối lượng tưởng tượng “. Tuy nhiên cộng đồng khoa học đã sớm nhận ra rằng sự kích thích trường khối lượng tưởng tượng như vậy, về thực chất không truyền nhanh hơn ánh sáng, mà thay vào đó trình diễn một trạng thái không không thay đổi được biết tới với cái tên ngưng tụ tachyon. Nếu một hạt như vậy sống sót, loài người hoàn toàn có thể xây nên những ” tachyonic antitelephone “, một thiết bị tưởng tượng có năng lực truyền sóng nhanh hơn ánh sáng, và thậm chí còn, truyền ngược về quá khứ. Đây hoàn toàn có thể chính là nền tảng của du hành thời hạn ! Einstein ( bạn còn kỳ vọng khác nữa ? ) một lần nữa bác bỏ điều này trong thí nghiệm nổi tiếng của mình năm 1907, khi chứng tỏ những tín hiệu nhanh hơn ánh sáng hoàn toàn có thể dẫn đến việc vi phạm luật nhân quả. Luật nhân quả chứng minh và khẳng định tổng thể những sự kiện diễn ra trong đường biên giới ở phần nào của nón thì sẽ phải Open trong đường biên giới của phần còn lại

4. Lỗ Giun

Mặc dù Einstein đã chà đạp không thương tiếc lên giấc mộng du hành thiên hà của tất cả chúng ta với thuyết Tương Đối Hẹp, nhưng may quá ông lại còn nghĩ ra thêm Thuyết Tương Đối rộng. Hẹp thì liên kết khối lượng với nguồn năng lượng lại, trong khi Rộng lại đan quện thời hạn với khoảng trống vào nhau. ” Cách duy nhất để đạp đổ số lượng giới hạn tốc độ ánh sáng là trải qua thuyết Tương Đối rộng và sự bẻ cong không thời hạn, ” Kaku viết. Sự bẻ cong này được tất cả chúng ta gọi thông tục là ” lỗ giun ” hay ” cầu Einstein-Rosen “, với giả định rằng nó sẽ giúp du hành một khoảng cách xa trong nháy mắt Vào năm 1988, nhà vật lý triết lý Kip Thorne đã sử dụng những phương trình của thuyết tương đối rộng để tiên đoán về năng lực ‘ mở khóa ‘ lỗ giun trải qua cái gọi là ” vật chất tối “. ” Một điều khác thường là nếu thuần túy dựa vào những định luật vật lý lượng tử, việc sống sót những ” vật chất tối ” trọn vẹn hoàn toàn có thể xảy ra, ” Thorne viết trong cuốn sách ” Khoa học giữa những vì sao ” của mình Việc điều tra và nghiên cứu vật chất tối thậm chí còn đã Open trong nhiều phòng thí nghiệm trên khắp quốc tế, tuy nhiên sau gần 30 năm kể từ ngày Thorne lần đầu đưa khái niệm này ra công chúng, tác dụng điều tra và nghiên cứu vẫn phần nhiều dậm chân tại chỗ Niềm kỳ vọng về tính không thay đổi của vật chất tối, giờ đây phần đông chỉ hoàn toàn có thể kỳ vọng vào một học thuyết rất văn minh của thế kỉ 20 – Lý thuyết dây hay String theory – triết lý đi đầu trong kỳ vọng nối kết giữa trọng trường và thuyết lượng tử

5. Bức xạ Cherenkov

Khi những vật thể di dời nhanh hơn tốc độ âm thanh, chúng tao ra vụ nổ âm thanh. Tương tự, khi thứ gì đó di dời nhanh hơn tốc độ ánh sáng, chúng cũng tạo ra một thứ gọi là ” vụ nổ ánh sáng “. Về mặt vật lý mà nói, ánh sáng di dời với tốc độ c / n ở thiên nhiên và môi trường có chỉ số khúc xạ n ( không phải môi trường tự nhiên chân không ). Điều mê hoặc là ở chỗ trong một vài môi trường tự nhiên như vậy, sống sót những hạt vận động và di chuyển nhanh hơn tốc độ c / n ( nhưng vẫn chậm hơn c ), và điều nãy dẫn đến hiện tượng kỳ lạ bức xạ Cherenkov. Bức xạ Cherenkov sở dĩ bừng sáng là bởi nguyên tắc cốt lõi trong Lò phản ứng Thí nghiệm Cao cấp là việc giữ nó trong nước để làm lạnh.

Trong nước, ánh sáng chỉ còn di chuyển với 75% tốc độ mà nó di chuyển trong chân không, tuy nhiên các electron được tạo nên bởi phản ứng trong lò di chuyển trong nước nhanh hơn cả ánh sáng .

Các hạt như electron vượt qua tốc độ ánh sáng trong nước, hay những dung môi khác như thủy tinh, tạo nên những sóng kích tựa như như từ những vụ nổ âm thanh.

Theo Theo Trí thức trẻ

Source: https://mix166.vn
Category: Công Nghệ