Tốc Độ Ánh Sáng Chưa Phải Là Nhanh Nhất..?

Thực Hư Quanh Phát Hiện Chấn Động, Tốc Độ Ánh Sáng Chưa Phải Là Nhanh Nhất

Lương Thái Sỹ

Science, Popsi, The New York Times và The Guardian 9.2011, Lương Thái Sỹ  24.9

Cám ơn Internet, ngày 23.9, cả thế giới vật lý theo dõi Dario Autiero thuộc Viện Vật lý Hạt nhân ở Lyon, Pháp đặt một “cự phách” khác về tốc độ trước đội ngũ các nhà vật lý hoài nghi: hạt hạ nguyên tử neutrino với khả năng “thần kỳ”: đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Autiero và nhóm thí nghiệm OPERA đã bỏ ra 6 tháng cố tìm cách giải thích kết quả của một công trình nghiên cứu kéo dài trong 3 năm, nhưng không thành công. Cuối cùng, họ phải công bố khám phá trên mạng để nhờ cộng đồng vật lý phân tích và kiểm chứng giúp.

Trái bom trong thế giới vật lý


Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (European Organisation for Nuclear Research, thường gọi là CERN) đã công bố tin chấn động trong thế giới vật lý nói riêng và khoa học nói chung: hạt neutrino (một trong những hạt kỳ lạ nhất và nổi tiếng nhất trong vật lý học) đi nhanh hơn giới hạn tốc độ 186.282 dặm (299.792 km) /giây của ánh sáng. Một tia neutrino bắn ra từ một cỗ máy gia tốc phân tử đặt tại phòng thí nghiệm CERN ở gần Geneva, Thụy Sĩ đã bị máy dò OPERA đặt trong phòng thí nghiệm Gran Sasso sâu 1.400 mét cách đó 732 km ở Ý “bắt” được. Số đo cho thấy nó đã đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng đến 60 phần tỉ giây và tới trước ánh sáng khoảng 20 cm. Lập lại 15.000 thí nghiệm này trong 2 năm kết quả vẫn tương tụ. Nếu phương pháp thí nghiệm không bị nghi ngờ thì một trong những cột trụ cơ bản nhất của vật lý học và “thuyết tương đối đặc biệt” (special relativity) của Albert Einstein sẽ bị phá sản. Các nhà khoa học tại CERN, cũng là phòng thí nghiệm vật lý lớn nhất thế giới khẳng định, nếu những gì họ ghi nhận được là đúng, thì tốc độ của các hạt hạ phân tử (subatomic particle) neutrino, luôn nhanh hơn ánh sáng.
Kết quả “chấn động” tại CERN dù chưa được kiểm chứng cũng đủ làm “hoang mang” thế giới vật lý. “Không thể tin được là các hạt hạ phân tử” có thể đánh bại tốc độ ánh sáng, tức là đánh bại các nguyên tắc vật lý đương đại?” – một người cảm thán. Về phần mình, nhóm nghiên cứu cho biết họ rất thận trọng về kết quả thí nghiệm và hứa sẽ thảo luận chi tiết quá trình thí nghiệm cũng như phương pháp thu thập số liệu tại một hội nghị do CERN chủ trì được truyền trực tiếp trên mạng internet. “Tất cả chúng tôi đều bị sốc. Chúng tôi cố tìm cách giải thích hợp lý nhất cho phát hiện mới này – Antonio Ereditato, tác giả báo cáo thí nghiệm OPERA (Oscillation Project with Emulsion-Racking Apparatus) hiện giảng dạy vật lý tại Đại học Bern (Thụy Sĩ) và là phát ngôn viên thí nghiệm nói – Chúng tôi đã cố tìm các sai lầm, dù rất nhỏ hoặc bất cứ các sai sót nào trong quá trình thí nghiệm, nhưng hiện vẫn chưa tìm ra. Khi thấy mình làm đúng nhưng kết quả lại đáng ngờ thì cách tốt nhất là hãy công khai hoá vấn đề để cho cộng đồng khoa học mổ xẻ” – ông tuyên bố. Máy dò OPERA nặng 1.800 tấn là tập hợp các tấm địên tử và “photographic emulsion”. Thí nghiệm được sự hợp tác của 160 nhà vật lý đến từ 11 nước, chủ yếu là Ý và Nhật Bản. Nhóm thí nghiệm đặt bản doanh tại Gran Sasso, trung tâm thí nghiệm vật lý ngầm để tránh tác động của các tia vũ trụ.
Dario Autiero:
Thuyết tương đối của Einstein bị thách thức
Tốc độ ánh sáng được nhìn nhận rộng rãi là tốc độ giới hạn tối hậu của vũ trụ (Universe) trong đa số thuyết vật lý hiện đại và được nhà bác học Albert Einstein đưa vào “thuyết tương đối đặc biệt” của ông. Tốc độ ánh sáng xây dựng trên ý tưởng là không có gì đi nhanh hơn nó trong chân không. Hàng ngàn thí nghiệm đã được làm để xem “sự thật có phải như thế không” và để xem “có gì nhanh hơn ánh sáng”, nhưng cho đến nay chưa có phân tử nào phá vỡ được giới hạn. Chỉ đến khi tiến sĩ Ereditato và các đồng nghiệp bỏ ra ba năm tiến hành thí nghiệm OPERA thì giới khoa học mới “có vẻ” chứng minh được là hạt neutrino có thể làm được việc “kinh thiên động địa” này. Neutrino vẫn là chất bí ẩn nhất trong vũ trụ. Chúng thuộc số vài chục phần từ “hoang dã” nhất của thế giới hạ nguyên tử lượng tử “quantum subatomic world”. Neutrino còn là phân tử cơ bản trung hoà về điện tích, hiếm khi tương tác với chất khác và có khối lượng rất nhỏ đến nỗi gần như không có khối lượng. Nhưng neutrino có mặt xung quanh chúng ta. Mặt trời sản xuất rất nhiều neutrino. Nó là “phó sản” của các phản ứng hạt nhân xảy ra mỗi giây trên bề mặt mặt trời. Không chỉ neutrino gần như vô hình mà nó còn có thể đi xuyên tường và các hành tinh, giống như gió đi qua màn cửa. Nó còn có khả năng biến hình. Neutrino có ba dạng (type hay variety) khác nhau và có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác lúc đang di chuyển. Khả năng chuyển đổi độc đáo của neutrino cũng là thứ mà Autiero và nhóm nghiên cứu cố gắng quan sát. Nhóm nghiên cứu chuẩn bị một tia neutrino gồm những hạt cùng loại gọi là “muon neutrino”. Họ bắn nó từ Cern đến phòng thí nghiệm Gran Sasso để xem có bao nhiêu hạt xuất hiện dưới loại khác: tau neutrino. Rất khó làm việc với phân tử neutrino vì nó hiếm khi tương tác với các chất khác. Vì vậy, các máy gia tốc phân tử phải sản xuất chúng với số lựơng khổng lồ để máy dò OPERA có thể dò ra các tương tác hiếm này khi nó xuất hiện (máy dò ngầm khổng lồ là thiết bị cần có để bắt các neutrino, có biệt danh là “phân tử ma” vì rất khó bắt). Thí nghiệm bắt đầu trong một bồn khí hydrogen đặt bên trong một toà nhà tại CERN. Các nguyên từ nằm trong những tia khí từ bồn được lấy hết electron để chỉ còn “proton trần truồng” (naked proton), rồi được cỗ xe tốc độ (giống như cỗ xe trong bộ phim nói về hòn đảo Coney Island) đưa đi qua một loạt máy gia tốc phân tử. Theo lý thuyết, trong khi di chuyển, trong chỉ vài phần triệu giây, một số neutrino sẽ biến hình thành từ dạng muon neutrino sang tau neutrino. Mục tiêu của thí nghiệm Opera chính là nghiên cứu sự biến hình (transformation) này. Trong 3 năm liền, máy dò đã “bắt” được khoảng 16.000 neutrino, nhưng chỉ có một là tau neutrino. “Đo tốc độ của neutrino chỉ là một mục tiêu phụ-Ereditato nói –Nhưng nay nó đã trở thành phát hiện chính. Mục tiêu chính của chúng tôi là bắt được nhiều tau neutrino”. Nói chung, thí nghiệm được thiết kế để bắt các neutrino khi nó biến từ loại này sang loại khác sau chặng đường di chuyển. Phải bắt được neutrino tại điểm đến Gran Sasso thì mới có thể xác định được vận tốc của nó. Thí nghiệm lập lại nhiều lần, và toán nghiên cứu đều thấy các phân tử neutrino đến trước tốc độ ánh sáng 60 phần tỉ giây. Con số rất nhỏ, nhưng không thay đổi (hằng số). Nhóm nghiên cứu đo đi đo lại nhiều lần thời gian neutrino di chuyển nhưng tốc độ vẫn luôn là như thế nên họ kết luận “đây là một phát hiện vật lý cực kỳ quan trọng, thậm chí điên rồ, cần công bố để phân tích”. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng hiểu rằng phát hiện mang tính “ngòi nổ” này có thể là do các lỗi hệ thống, lỗi phương pháp. Vì vậy, họ đã rà soát kỹ lưỡng phương pháp và phương tiện nghiên cứu nhưng không tìm ra sai sót nào đủ sức phản bác lại kết luận. “Tôi mong sẽ sớm có một thí nghiệm độc lập khác phát hiện được điều tương tự để chúng tôi có thể an tâm là đã đi đúng hướng – Ereditato nói – Còn hiện nay chúng tôi chưa dám kết luận mà còn chờ ý kiến của cộng đồng khoa học. Nếu tất cả là đúng thì hệ quả sẽ rất nghiêm trọng cho vật lý học. Nhiều luận thuyết dựa vào tốc độ ánh sáng là giới hạn tốc độ sẽ phá sản. Nói tóm lại là Einstein đã sai khi có các phân tử khác còn nhanh hơn ánh sáng”.
Máy dò OPERA:
Sẽ lập lại thí nghiệm
Thuyết tương đối đặc biệt công bố năm 1906 của Albert Einstein thường được biết qua phương trình E=mc2, trong đó, năng lượng bằng khối lượng nhân với tốc độ ánh sáng bình phương. Để bắn một vật thể đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng phải cần số năng lượng vô hạn. Nếu neutrino đánh bại tốc độ ánh sáng, thế giới khoa học bắt buộc phải xem xét lại các định luật vật lý cơ bản, kể cả cách vũ trụ làm việc. James Gillies, phát ngôn viên của CERN cho biết các số đo mới đã làm kinh ngạc các nhà nghiên cứu, thậm chí có người không tin vào những gì họ vừa phát hiện nên phải nhờ các đồng nghiệp phê duyệt và kiểm chứng chúng trước khi chính thức công bố. “Đa số chúng tôi đều mong muốn là mình đã sai, và các số ghi là không đúng, tốc độ ánh sáng vẫn là vô địch. Cách tốt nhất là có ai đó trên thế giới lập lại thí nghiệm để chứng minh là chúng tôi sai” – Gilles nói. Sau khi nghe tin “dữ”, các nhà khoa học tại phòng thì nghiệm Fermilab ở Chicago hứa sẽ khởi đầu một thí nghiệm tương tự ngay tức khắc. “Đây là tin rất sốc – lý thuyết gia vật lý Stephen Parke của Fermilab, người không tham gia nghiên cứu tại Geneva nói – Nếu đó là sự thật, chúng tôi và thế giới vật lý sẽ gặp lăm vấn đề”. Nhóm nghiên cứu Fermilab đã thực hiện một thí nghiệm gần giống vào năm 2007, nhưng do phạm nhiều sai lầm kỹ thuật nên không được giới khoa học công nhận. Lúc đó, thí nghiệm có tên MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) được Fermilab tiến hành tại bang Minnesota. Các neutrino bắn từ Fermilab ở Illinois cũng đến máy dò trước ánh sáng một “sát na” thời gian. Cụ thể là MINOS bắn các tia neutrino từ Batavia đến các máy dò đặt ngầm trong một hầm mỏ ở bắc Minnesota cách đó 450 dặm. “Nhưng đội thí nghiệm MINOS phải từ bỏ kết quả thu thập được vì tranh cãi về sự chính xác của vị trí đặt máy dò” – Jenny Thomas, phát ngôn viên của thí nghiệm nói. Rob Plunkett, nhà khoa học của Fermilab bổ sung: “Hệ thống đo của chúng tôi không chính xác như hệ thống đo của CERN”. Các nhà nghiên cứu CERN muốn nhờ các đồng nghiệp Mỹ và Nhật kiểm tra lại kết qủa. Tiến sĩ Stavros Katsanevas, phó giám đốc Viện Quốc gia Nghiên cứu Hạt nhân và vật lý phân tử (National Institute for Nuclear and Particle Physics Research-INPPR) của Pháp khẳng định một thí nghiệm tương tự sẽ sớm tiến hành tại Fermilab. INPPR đã hợp tác với Phòng thí nghiệm quốc gia Gran Sasso của Ý để làm cuộc thí nghiệm OPERA cho CERN (thí nghiệm OPERA không liên quan đến Large Harden Collider, máy gia tốc phân tử lớn nhất thế giới, cũng thuộc CERN, đặt tại vòng cung ngầm tại biên giới Pháp-Thụy Sĩ). Ngoài ra còn thí nghiệm T2K đang được tiến hành tại Nhật Bản, nhưng phải ngưng lại vì trận động đất và sóng thần ngày 11.3.
Thí nghiệm OPERA:
Có không ít mối nghi ngờ
Nhiều nhà khoa học bày tỏ sự hoài nghi về công bố của CERN, trong đó có một nhà khoa học thề sẽ ăn hết… chiếc quần boxing trên truyền hình trực tiếp nếu giới hạn tốc độ ánh sáng bị phá! Báo cáo thí nghiệm chỉ được post lên Internet ngày 22.9 sau khi có hàng loạt tin đồn trên mạng. Một blogger nói úp mở “sắp có một Tin đồn Thế kỷ” (Rumour of the Century) được tung ra. Có người nói đùa: thứ duy nhất đi nhanh hơn ánh sáng là… đồn nhảm. Nhà vật lý lý thuyết Nima Arkani-Hamed tại Viện nghiên cứu tiến bộ (IAS) ở Princeton viết trong e-mail: “Theo tôi nghĩ thì CERN không cần họp báo về phát hiện này, cũng không cần báo cáo khoa học vì nó quá mù mờ, mà nên chờ làm thêm một số việc quan trọng nữa. Nhóm nghiên cứu tuyên bố muốn các nhà khoa học bị sốc về những gì họ làm, vậy thì họ đã thành công”. Tiến sĩ Drew Baden, trưởng khoa vật lý tại Đại học Maryland gọi công bố của CERN là “tấm thảm thần Ngàn lẻ một đên” nên rất khó tin. Đi nhanh hơn ánh sáng sẽ dẫn đến khả năng “du hành xuyên thời gian”, một điều các nhà vật lý không bao giờ dám nghĩ tới. Neutrino góp phần tạo ra kỷ nguyên điện tử đương đại và internet. Nếu có một hạt mang thông tin đi nhanh hơn ánh sáng thì sẽ tạo ra nhiều thay đổi không lường được. Một kỷ nguyên điện tử mới sẽ ra đời. Thậm chí có người còn mơ về ngày con người quay ngược thời gian và…trẻ mãi không già. Thuyết tương đối được trắc nghiệm nhiều lần trong thế kỷ qua, và nói như Carl Sagan, nhà thiên văn quá cố của Đại học Cornell thì “những công bố phi thường bao giờ cũng cần chứng cứ phi thường. Công bố mới cũng thế”. Một số người dự khán hội nghị CERN 23.9 đặt câu hỏi về phương pháp các nhà khoa học dùng đo khoảng cách từ CERN đến Gran Sasso để phát hiện ra cách biệt 20 cm giữa tốc độ ánh sáng và tốc độ hạt neutrino. Rồi cách dùng hệ thống định vị toàn cầu GPS để đo tốc độ dưới mặt đất.
Lịch sử vật lý và thiên văn hiện đại thỉnh thoảng lại có những tin tức về các phân tử mới hay hành tinh mới đe doạ làm thay đổi cách chúng ta suy nghĩ về thế giới. Nhưng rồi tất cả đều lặng lẽ biến mất khi gặp phản biện hoặc không có bằng chứng củng cố. Vì vậy, đa số nhà vật lý tin rằng phát hiện mới của CERN sẽ cùng chung số phận như thế. Thái độ phản bác này được minh hoạ rõ nhất trong loạt phim hoạt hình XKCD, trong đó nhân vật chính cho biết sẽ đánh cược sự giàu có của mình cho ai chứng minh được mộ khám phá mới là đúng. Các nhà khoa học ước tính nếu tốc độ neutrino chỉ vượt quá 10 phần tỉ giây cũng đủ để tạo nên sự khác biệt ý nghĩa. Chính vì vậy mà sẽ cần nhiều tháng để kiểm tra đi kiểm tra lại kết quả nhằm bảo đảm không có sai sót trong thí nghiệm. “Thuyết tương đối của Einstein là nền tảng cho nhiều vấn đề trong vật lý hiện đại, và nó làm việc hoàn hảo tính đến thời điểm này; vì vậy khi thuyết tương đối bị đổ sẽ là cơn địa chấn trong thế giới vật lý. Neutrino đang thách thức hòn đá tảng của vật lý hiện đại” – John Ellis, nhà vật lý lý thuyết tại CERN nhưng không tham gia thí nghiệm OPERA nói. Theo ông thì nhóm nghiên cứu tốc độ neutrino nên giải thích tại sao các kết quả tương tự không được dò ra trước đó, như vụ một “ngôi sao nổ” (hay siêu lân tinh-supernova) năm 1987. Ellis hoài nghi cũng có lý vì nhiều thí nghiệm để tìm ra phân tử đi nhanh hơn ánh sáng đã kết thúc với đôi tay trống rỗng. Thí nghiệm OPERA bị nghi vấn nếu quay trở lại với một xung neutrino phát ra từ supernova gần trái đất. Giả sử các neutrino đều đạt được tốc độ do OPERA ghi nhận thì xung supernova phải đến nhiều năm sớm hơn ánh sáng phát ra từ ngôi sao nổ. Nhưng nó đến sau ánh sáng nhiều giờ. “Ghi nhận này khác với thí nghiệm OPERA” – Ellis nhấn mạnh. Còn theo Antonino Zichichi, nhà vật lý lý thuyết và giáo sư Đại học Bologna (Ý) thì: “Nếu thí nghiệm sắp tiến hành của Fermilab trùng với kết quả của thí nghiệm OPERA thì cấu trúc của thuyết tương đối đặc biệt sẽ sụp đổ. Phát hiện mới sẽ làm thay đổi ý tưởng về cách tạo thành vũ trụ”.
Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu các phân tử neutrino thực sự đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng? Câu hỏi thật thú vị. “Khi nhóm nghiên cứu OPERA kêu gọi thế giới hãy giúp họ tìm ra lỗ hổng trong phương pháp nghiên cứu của họ thì họ đã thận trọng cực kỳ. Họ muốn cứu vãn nền tảng vật lý mà chúng ta đang có, vì sự sụp đổ của nó sẽ dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng” – Jim Al-Khalili, nhà vật lý tại Đại học Surrey nói. Theo ông thì chỉ cần một sai lầm nhỏ trong cách đo đạc là tất cả thí nghiệm sẽ mất giá trị. Tuy nhiên, giáo sư Brian Cox, nhà vật lý làm việc tại CERN cho biết Einstein vẫn có thể không sai nếu ngoài các chiều không gian đã biết, còn có các “chiều không gian phụ” để các phân tử du hành như một số lý thuyết đã từng đề cập đến. “Giống như thay vì bay từ London đến Sydney trên bầu trời, phân tử đi tắt qua đường hầm đào thẳng nối hai thành phố. Như thế sẽ gần hơn” – ông nói.

Lương Thái Sỹ  Ngày đăng: 28.9.2011

———————————–

Phải chăng Einstein đã sai? Một Neutrino Nhanh-hơn-ánh-sáng có thể đang khẳng định điều đó.

Hiếu Tân

Michael D. Lemonick, Time, 23/9/2011

http://www.time.com/time/health/article/0,8599,2094665,00.html

Các nhà vật lý có một câu cửa miệng mà họ sẵn sàng thốt ra khi một ai đó tuyên bố đã tìm ra một phát minh gây sửng sốt về vũ trụ. Họ bảo: “Quan trọng đấy. Nếu đúng.”

Đó là một lối nói khéo của câu nói “đừng quá chắc vào đó” và họ đang nói câu này nhiều lần trong mấy ngày qua. Lý do: theo báo cáo, một tổ các nhà  khoa học châu Âu đã ghi được một loạt các hạt hạ nguyên tử gọi là neutrino chuyển động cao hơn tốc độ ánh sáng một chút. Theo thuyết tương đối hẹp của Einstein, điều này không thể xảy ra vì ánh sáng di chuyển với tốc độ 299 km một giây, nó là vật duy nhất có thể đi nhanh như thế.

Nếu những người châu Âu mà đúng, thì Einstein không chỉ sai mà còn không có một manh mối nào hết. Những hàm ý có thể là vô cùng to lớn. Những hạt có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng về thực chất là chuyển động ngược thời gian, nó khiến cho câu nguyên nhân và kết quả trở nên lỗi thời.

“Nghĩ đến chuyện đó khác nào bắn trước khi lẩy cỏ,” nhà vật lý thiên văn Đại học Rochester Adam Frank viết trên blog NPR của ông. Hoặc, như nhà vật lý Czech Lubos Motl diễn tả trên blog của ông, “Bạn có thể giết ông của bạn trước khi ông ấy làm tình lần đầu tiên với bà của bạn, như vậy làm cho sự tồn tại của bạn cần cho việc giết người mâu thuẫn với việc giết người ấy.”

Cái bằng chứng cho việc chấm dứt hoàn toàn vật lý hiện đại và tính đúng đắn vũ trụ đến từ một thí nghiệm liên quan đến hai thiết bị vật lý hoàn hảo nhất. Cái thứ nhất là CERN, Trung tâm Châu Âu nghiên cứu Vật lý Hạt nhân, ở gần Geneva, nơi một máy gia tốc hạt đã tạo ra được chùm neutrino đầu tiên. Những hạt vật chất này là kỳ quái cho dù bạn nhìn chúng cách nào: chúng khéo lách đến nỗi một trong chúng có thể đi qua một đoạn chì dài hàng nghìn tỉ dặm  mà không gây ra một va chạm nào.

Bởi vậy không có gì đáng ngạc nhiên khi chùm hạt tạo bởi CERN có thể bay ra khỏi máy gia tốc hạt, vèo qua đỉnh Alp và xuất hiện ở Đài quan sát Gran Sasso, nằm trong một đường hầm sâu dưới đất, bên dưới dãy Apennine của Italy. Phần lớn các hạt neutrino vẫn tiếp tục di chuyển, nhưng chỉ một số ít, hoàn toàn do ngẫu nhiên, bị chặn lại bởi một trong những máy phát hiện neutrino của đài quan sát. Và khi hai phòng thí nghiệm đồng thời quan sát, hóa ra các hạt đã đi một hành trình 450 dặm (724 km) nhanh hơn một tia sáng có thể đi 0,0025% (tức là nếu ánh sáng có thể xuyên qua núi).

Phần nhỏ của một giây không phải là nhiều, nhưng nó đủ để lật nhào một thế kỷ vật lý học đã được thiết lập vững chắc, viết lại những cuốn sách giáo khoa và ném các khoa của những trường đại học lớn trên toàn thế giới vào một tình trạng kích động tập thể. Tóm lại, nó thật sự quan trọng.

Nếu đúng.

Hiện chưa có ai xé toạc những qui tắc của Einstein. Như các nhà vật lý biết rõ, các kết quả sửng sốt như thế này thường hóa ra là sai, đặc biệt khi chúng không được kiểm tra kép. Đôi khi điều đó có nghĩa là nhóm nghiên cứu đã công bố tin này đã làm một việc dỏm, giống như các nhà hóa học Utah năm 1989 gióng trống khua chiêng ầm ĩ loan báo họ đã đạt được phản ứng hạt nhân có kiểm soát trên một mặt bàn – sự rùm beng về phản ứng hạt nhân lạnh – qua mặt các nhà vật lý đã vật lộn nhiều năm để làm việc này với những cỗ máy nhiều tỉ đô la. Đôi khi nó chỉ có nghĩa là các nhà nghiên cứu đã giải thích quá lố những gì họ quan sát được, như khi các nhà khoa học của NASA nói họ đã tìm thấy bằng chứng về sự sống trên một tảng đá từ Sao Hỏa.

Và đôi khi các nhà nghiên cứu đã làm đúng cách, kiểm tra cẩn thận thiết bị và các phép tính của họ để tin chắc rằng họ không bị lừa bởi cái thất thường có khả năng gây rối của thiết bị. Các nhà khoa học Grand Sasso đã làm đúng yêu cầu cần thiết, và bạn biết không? Họ vẫn không thể tìm ra bất kỳ chứng cứ nào rằng họ đã bỏ sót điều gì

Nhưng điều đó không có nghĩa là họ không bỏ sót. Luôn luôn có thể xảy ra chuyện các dụng cụ của họ hoạt động không đúng theo một cách rất tinh vi không để ai phát hiện được vào thời điểm này. Ta cứ đánh cược rằng thiết bị là đúng đi – nếu các neutrino có thể thật sự di chuyển nhanh hơn ánh sáng – thì vẫn không ai đi chuốc lấy kết quả gây sốc ấy cho đến khi một tập hợp các nhà nghiên cứu khác, sử dụng một tập hợp các thiết bị khác, đạt được cùng kết quả. Thật ra, đó chính là điều mà Antonio Ereditano thuộc trường Đại học Bern, lãnh đạo đầu Grand Sasso của thí nghiệm, đang hy vọng. Ông nói với BBC: “Tôi hy vọng là một thí nghiệm khác, độc lập sẽ tìm ra cùng kết quả. Khi đó tôi mới thở phào nhẹ nhõm.” Cái khao khát được kiểm tra đúp – và chứng tỏ là sai – mang lại cho các nhà khoa học uy tín lớn, cho dù giám khảo vẫn còn tiếp tục tìm kiếm.

Ý kiến thứ hai có thể đến ngay. Một nhóm nghiên cứu ở liên hợp máy gia tốc hạt gần Chicago, nói họ đang chuẩn bị để làm ngay khi vòng tiếp theo của nghiên cứu Ereditano được tiếp nhận. Đã từng xảy ra, từ năm 2007, các nhà vật lý học của phòng thí nghiệm Fermi tuyên bố rằng họ đã làm ra những neutrino nhanh-hơn-ánh-sáng của họ. Cả điều đó nữa cũng có thể đã là rất quan trọng nếu đúng, nhưng khi phân tích kỹ lưỡng hơn, bằng chứng biến mất. Các nhà khoa học của phòng thí nghiệm Fermi đã chấp nhận phán quyết này vào thời gian đó, đúng như những người châu Âu chắc chắn sẽ chấp nhận nếu “phát minh” mới này bay đi theo mây khói, như các nhà vật lý ở khắp nơi đang đoan chắc như vậy.

Hoặc có thể nó không. Lịch sử khoa học đầy rẫy những tuyên bố mà cuối cùng tỏ ra là sai, nhưng có một số ý tưởng quá quắt cuối cùng lại hóa ra là đúng. Lấy ví dụ vật chất tối, một thứ vật chất bí hiểm, vô hình, nặng hơn những ngôi sao nhìn thấy được và các thiên hà một hệ số 10 trên 1. Khi nó được đưa ra lần đầu tiên trong những năm 1930, không có ai tin cả. Khi nó tái xuất hiện trong những năm 1960, mọi người cười. Nay nó được công nhận một cách vững vàng như một bộ phận cơ bản của vũ trụ.

Loại sự việc này có thể xảy ra nữa. “Dựa trên kinh nghiệm quá khứ, những kết quả này có thể là sai,” Adam Frank viết trên NPR. org, nhưng chắc chắn sẽ là một đột phá ngoạn mục nếu chúng được chứng minh là đúng”

Hiếu Tân Ngày đăng: 27.9.2011

———————————————–

Giáo sư Einstein, xin ngài cứ bình tĩnh. E vẫn còn bằng mc2. Chắc chắn thế

Hiếu Tân

Nhà vật lý lừng danh Frank Close kêu gọi hãy thận trọng trước khi chúng ta từ bỏ thuyết tương đối và chuẩn bị du hành ngược thời gian.

Frank Close, Guardian, 2/9/2011

http://www.guardian.co.uk/science/2011/sep/24/einstein-e-equals-mc2

 

Graphic explaining the Cern experiment

Một phần đồ thị giải thích thí nghiệm neutrino của Cern .

Thực hiện: Giulio Frigieri

Một chủ quán nói: “Xin lỗi, ở đây chúng tôi không phục vụ các neutrino,” khi một neutrino bước vào một quán rượu.

Đây là một mẩu trên twittet được tạo hứng bởi những tin rằng các neutrino – các hạt hạ-nguyêntử ma quái – có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Nếu thế thì tiểu thuyết khoa học viễn tưởng có thể trở thành sự thật khoa học, với những nghịch lý tuyệt vời như hậu quả có trước nguyên nhân. Một thí dụ có thể lấy làm điểm nút đi trước câu chuyện (nếu, giống như tôi, bạn cần một thời gian để giải mã câu đùa này)

Là một nhà khoa học tôi lớn lên với niềm tin vào qui luật này của tự nhiên: cái duy nhất chuyển động nhanh hơn ánh sáng là một tin đồn. Câu chuyện rằng các nhà khoa học ở Cern[1], phòng thí nghiệm các hạt kích thước lớn của châu Âu nằm gần Geneva, hình như đã tạo ra được các neutrino di chuyển nhanh hơn ánh sáng, thu hút chú ý trên các mục tin sáng thứ Sáu trong khi tôi còn nửa thức nửa ngủ và dường như là thí dụ cuối cùng của qui luật này.

Nhưng khi tôi thức dậy, câu chuyện này vẫn không chịu ra đi, tôi bắt đầu hoảng sợ rằng khéo tôi phải viết lại cuốn Neutrino của tôi mất, dường như nó đã nhanh chóng bị các sự kiện vượt qua rồi. Niềm an ủi duy nhất của tôi là việc xét lại này có thể chỉ là một cơn rùng mình nhẹ trong sự thay đổi không thể tưởng tượng nổi trong hiểu biết của chúng ta về cuộc sống, vũ trụ và, thật vậy, mọi thứ, nếu điều tuyên bố này hóa ra là đúng. Các cuốn sách giáo khoa vật lý trong các thư viện trên thế giới có lẽ sẽ thành sai; nền tảng của khoa học có lẽ sẽ vỡ vụn: các hạt di chuyển nhanh hơn ánh sáng, có khả năng mang thông tin, có lẽ sẽ thay đổi mọi thứ. Vậy, cái gì đang xảy ra và tại sao nó quan trọng như vậy?

Thuyết tương đối của Einstein là một trong những cuộc cách mạng lớn của tư tưởng thế kỷ 20 và có thể cho rằng cấu trúc lý thuyết lớn nhất của trí tuệ loài người. Khi Isaac Newton xây dựng các định luật về chuyển động trong thế kỷ 17, ông tưởng tượng không gian và thời gian như  một cái khuôn vô hình, chúng ta chuyển động qua nó mà không làm thay đổi chúng. Chiếc máy gõ nhịp cứ tích tắc đều đều khi chúng ta chuyển động qua không gian ba chiều tĩnh tại vĩnh cửu. Quan niệm của Einstein là không gian và thời gian là lỏng, quấn bện vào nhau, bị tác động bởi chuyển động của chúng ta: bạn chuyển động càng nhanh thì bạn càng lâu già. Điều này có nhiều hàm ý tuyệt vời, như câu chuyện khó hiểu về những trẻ sinh đôi – hai anh em sinh đôi giống nhau như đúc, một người ở nhà còn người kia bỏ ra một năm di chuyển qua một khoảng cách lớn với tốc độ cao và trở về nhà thông minh hơn, nhưng ngạc nhiên làm sao, trẻ hơn người anh em của mình.

Sự kiện không gian và thời gian là đàn hồi, giãn ra và cong đi đồng thời với di chuyển của chúng ta là kỳ bí, nhưng chắc chắn là thật. Một chùm các hạt ở Cern, chuyển động chỉ với một phần tốc độ ánh sáng, đến đích của chúng đúng giờ chỉ khi tính vi tế của thuyết tương đối được đưa vào tính toán. Các vệ tinh GPS định vị bạn một cách chính  xác, nhưng phải đưa số học của Einstein vào các phép tính. Một số thí nghiệm ở Cern nhất trí với những tiên đoán của thuyết tương đối chính xác đến một phần tỷ tỷ  – tức là đo khoảng cách vượt Đại Tây Dương chính xác đến bề rộng của một sợi tóc người – nhưng chỉ khi có xem xét đến tính tượng đối.

Chắc chắn là đối với các nhà khoa học, và đối với nhiều người trong chúng ta, điều này có thể là đáng ngạc nhiên, nhưng thuyết tương đối của Einstein  cần để theo dõi công việc hằng ngày của chúng ta.

Albert Einstein tin rằng không gì có thể vượt qua tốc độ ánh sáng

Ảnh : Philippe Halsman/AFP

Những cái ấy thì có gì liên hệ vớ tốc độ ánh sáng?

Lâu đài của Einstein được xây dựng trên một sự kiện thực nghiệm: tốc độ ánh sáng độc lập với chuyển động của bạn. Dù bạn đang chuyển động về phía nguồn sáng hay ra xa nó, hay đang đứng yên, không có gì quan trọng: tốc độ ánh sáng là phổ quát. Nó trái với trực giác. Một chiếc xe đang lao nhanh vượt qua một chiếc xe chậm hơn từ từ hơn nó vượt một người quan sát đứng bên lề đường; tuy nhiên, một tia sáng vượt qua mọi vật như nhau – những người quan sát hay Lewis Hamilton sẽ đo được cùng một tốc độ. Chắc chắn là trái với trực giác, nhưng đúng thật, và nó dẫn đến thế giới quan của Einstein. Và một trong những kết quả cơ bản của lý thuyết Einstein là tốc độ ánh sáng – trong chân không – là giới hạn tốc độ của tự nhiên. Không gì có thể di chuyển qua chân không nhanh hơn ánh sáng.

Cern đã lật đổ được hệ hình này chưa? Tôi nghi ngờ điều đó. Ánh sáng di chuyển trong nước, thủy tinh, ngay cả không khí, chậm hơn qua khoảng chân không. Các sóng radio cũng vậy. Bởi vậy ánh sáng có thể chậm lại, nhưng không nhanh lên được: chân không là con đường mở của tự nhiên nơi ánh sánh di chuyển với tốc độ giới hạn. Chúng ta cần thận trọng khi hỏi thí nghiệm của Cern đã làm chính xác điều gì, hay, thích hợp hơn, nó đã làm điều đó như thế nào?

Cern tạo ra chùm hạt neutrino, những hạt ma quái có thể đi qua trái đất dễ dàng như một viên đạn xuyên qua màn sương. Một chùm hạt đi xuống qua bề mặt trái đất theo một đường thẳng, ban đầu bề mặt trái đất cong lên cuối cùng cong xuống cho đến khi, sau 730 km, đến được Gran Sasso, một phòng thí nghiệm gần Rome, chùm neutrino chụm lại. Hành trình này mất khoảng 1/500 giây.

Nếu bạn có thể bắn một tia sáng qua Trái Đất, nó sẽ đến trong cùng khoảnh khắc với neutrino – nếu neutrino di chuyển với tốc độ ánh sáng – hay đến trước nó một chút (nếu neutrino di chuyển chậm hơn ánh sáng) nhưng không muộn hơn, vì điều đó có nghĩa là neutrino di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Nếu chúng ta có thể làm thí nghiệm ấy, nó sẽ rõ ràng như thế. Vấn đề là, chúng ta không thể làm. Trái Đất có thể cho neutrino xuyên qua, nhưng ánh sáng không xuyên qua được nó.

Nếu chúng ta biết khoảng cách từ Cern đến Rome đủ chính xác, và thời gian neutrino cần để đi đến đó, thì tỉ lệ khoảng cách trên thời gian – kilomet trên giây – cho ta tốc độ. Thật ra đó là việc mà thí nghiệm đã làm, nhưng điều này không dễ hiểu.

Đo thời gian đến độ chính xác nano-giây[2] đòi hỏi tính toán thời gian mà các tín hiệu điện tử cần để chuyển qua các mạch điện, thành các kết quả đọc được và tiếp tục đến các phần xa hơn của một liên hợp các máy đếm, các chip máy tính và vô số đường đi của thế giới nano. Nếu bạn có tất cả những phép đo này, và nếu chúng thật ra là tất cả những điều bạn cần biết, thì bạn có thể xác định quãng thời gian đã trôi qua – với ít nhiều không chắc chắn. Đây là điều họ đã làm. Tuy nhiên, nếu có một bế tắc bất ngờ, không được nhận biết và tính đến, thì việc tính thời gian có thể sai đi vài nano-giây.

Rồi còn có phép đo khoảng cách. Cần xác định khoảng cách với độ chính xác 10 centimet trên 730 km  – và hình như điều này khoa đo đạc có khả năng làm được. Nhưng chính xác việc này được tiến hành như thế nào thì, ít ra đối với tôi, vẫn còn là một trong nhiều bí mật trong thí nghiệm này. Chắc chắn người ta không thể đo bằng thước dây, ngay cả nếu có một chiếc như thế có độ chính xác đến kích thước nguyên tủ. Việc gửi một tín hiệu lên vệ tinh tại khoảnh khắc neutrino rời Cern, rồi trả nó xuống thiết bị nhận ở Rome, và so sánh cái nào đến trước, và đến trước bao lâu, có những khó khăn riêng của nó. Tốc độ  của các sóng radio qua khí quyển bị ảnh hưởng bởi các từ trường, và bởi những hiện tượng khác; nó khác xa với một tia radio đơn giản đi qua chân không với “tốc độ ánh sáng.”

Tôi dám cá rằng một sai lầm khó nhận biết trong khoảng cách hoặc thời gian đo được dễ xảy ra hơn việc tỉ lệ của chúng – tốc độ suy ra – vượt quá giới hạn tốc độ của Einstein.

Rốt cuộc thì giới tự nhiên biết các câu trả lời và chúng ta phải tìm ra chúng bằng các thí nghiệm. Nếu có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng – trong chân không – thì dù có bao nhiêu nhà khoa học nói “không” cũng không thành vấn đề: chân lý sẽ tự lộ ra. Và nếu nó là đúng? Thì tôi sẽ viết lại cuốn Neutrino và thay thế e-mail bằng nu-mail (neutrino-mail) – như thế nhanh hơn.

——————————

1]CERN: Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu, điều hành phòng thí nghiệm Cern ở ngoại ô Geneva.

[2] Nanosecond = 1/1.000.000.000 giây

Hiếu Tân Ngày đăng: 26.9.2011

One thought on “Tốc Độ Ánh Sáng Chưa Phải Là Nhanh Nhất..?

  1. con 09/09/2013 / 06:21

    Phat hjen do to lao.bj dut mot soi day qh thj lam sao chjh xac

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s