Thứ Sáu, 27 tháng 5, 2016

CÂU CHUYỆN KHOA HỌC 66

(ĐC sưu tầm trên NET)

Nobel Vật lý 2015 khám phá tận cùng vật chất

NLĐO) - Giải Nobel Vật lý 2015 được trao cho 2 nhà khoa học Takaaki Kajita và Arthur B. McDonald hôm 6-10 vì công trình khám phá ra sự dao động của hạt neutrino, qua đó cho thấy neutrino có khối lượng.

Theo Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, hai nhà khoa học Takaaki Kajita (Nhật Bản) và Arthur B. McDonald (Canada) đã có đóng góp quan trọng trong các cuộc thí nghiệm chứng tỏ hạt neutrino (một loại hạt sơ cấp) thay đổi đặc tính. Sự biến hóa này đòi hỏi neutrino có khối lượng.
Phát hiện trên đã làm thay đổi sự hiểu biết của con người về hoạt động ở tận trong cùng của vật chất, đồng thời có vai trò quan trọng đối với quan điểm của chúng ta về vũ trụ.

Hai nhà khoa học được trao giải Nobel Vật lý 2015. Ảnh: Nobelprize.org

Neutrino là loại hạt gần như không có khối lượng và hiếm khi tương tác với thứ gì khác. Điều này khiến cho việc nghiên cứu nó gặp rất nhiều khó khăn.
Khám phá của 2 nhà khoa học đã mang đến những hiểu biết chuyên sâu quan trọng về thế giới bí ẩn của hạt neutrino, đồng thời giúp giải quyết một bài toán khó liên quan đến nó.
Cụ thể, khi quan sát hiện tượng hạt neutrino từ mặt trời rơi xuống trái đất, các nhà khoa học nhận thấy có đến 2/3 số lượng hạt này biến mất so với tính toán về mặt lý thuyết.
Tuy nhiên, hai ông Kajita và McDonald đã phát hiện ra chúng không biến mất mà chỉ thay đổi đặc tính. Điều này cho thấy chúng có khối lượng, không phải là không có khối lượng như suy nghĩ của các nhà vật lý học trước đó.
Hạt neutrino có số lượng nhiều thứ 2 trong toàn bộ vũ trụ, chỉ sau hạt photon (quang tử). Trái đất thường xuyên bị “dội bom” bởi những hạt này.
Nhà khoa học Takaaki Kajita sinh năm 1959 tại TP Higashimatsuyama - Nhật Bản, nhận bằng tiến sĩ tại Trường ĐH Tokyo năm 1986. Ông hiện là Giám đốc Viện nghiên cứu tia vũ trụ đồng thời là giáo sư tại Trường ĐH Tokyo.
Trong khi đó, ông Arthur B. McDonald sinh tại Canada năm 1943, có bằng tiến sĩ tại Viện Công nghệ California năm 1969 và hiện là Giáo sư danh dự tại Trường ĐH Queen (Canada).
Hai nhà khoa học trên sẽ chia đôi phần thưởng trị giá khoảng 960.000 USD.
Trả lời phỏng vấn các phóng viên sau khi hay tin được trao giải Nobel, ông McDonald cho biết có nhiều đồng nghiệp khác xứng đáng chia sẻ giải thưởng này với mình. Theo ông, công trình trên là một “sự cộng tác rất thân thiện” và cần nhiều năm để hoàn thành nó.

P.Võ (Theo Nobelprize.org, BBC, Guardian)

Neutrino, sứ giả liên kết Vũ trụ và Hạt cơ bản

Phạm Xuân Yêm

Pauli năm 1930 thú nhận đã phạm điều tai quái
là giả định sự hiện hữu của một hạt nhưng không sao
biết cách tìm ra.

Hạt cơ bản neutrino đóng vai trò nào trong cuộc tìm kiếm cội nguồn và bản thể của con nguời trong vũ trụ, chúng ta từ đâu đến, là gì, về đâu, những câu hỏi muôn thủa mà giải Nobel vật lý 2015 vén mở đôi phần.

Vũ trụ (tổng thể vĩ mô bao trùm vạn vật, kể cả không gian lẫn thời gian) và Hạt cơ bản (những viên gạch vi mô cấu tạo nên vật chất) - mà con người từng sáng tạo, khám phá hai thái cực vô cùng lớn cũng như vô cùng nhỏ của thế giới tự nhiên - không bất biến, nhận thức về chúng thăng trầm theo các nền văn hóa và thời đại.

1. Sơ lược hiện tình về vũ trụNgày nay vũ trụ được hiểu là ra đời cách đây 13.8 tỷ năm từ một nhiệt độ và năng lượng cực kỳ lớn dồn ép trong một không gian vô cùng nhỏ đã xảy ra một vụ nổ kinh hoàng mang tên gọi Big Bang làm nó dãn nở nhanh chóng, ước tính khoảng cách (giữa trái đất và chân trời của vũ trụ) là 47 tỷ năm-ánh sáng.
Thuyết Big Bang tiên đoán sự hiện hữu tất yếu của một hiện tượng vật lý mang tên "bức xạ nền vũ trụ", đó là ánh sáng tàn dư của cái thuở hồng hoang cực nóng mà nay lạnh chỉ còn 2°,725 độ Kelvin đang lan tỏa khắp nơi trong toàn vũ. Sự khám phá tình cờ ra nó năm 1965 bởi Penzias và Wilson là bằng chứng thực nghiệm rất thuyết phục về Big Bang. Ngày nay trong vũ trụ bao la đó có chừng 95% của một cái năng-khối lượng gì đó mà chúng ta chưa từng biết, chúng mang tên gọi Năng lượng tối (chiếm khoảng 68%) và Vật chất tối (chiếm 27%). Còn lại chừng 5% là vật chất bình thường quen thuộc mà phản ứng tổng hợp nhiệt hạch trong tâm lõi các vì sao làm chói sáng bầu trời. Hạt neutrino, chi phối duy nhất bởi lực hạt nhân yếu, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong phản ứng nhiệt hạch này.
Năng lượng tối diễn tả sự dãn nở ngày càng tăng tốc của vũ trụ từ hơn 7 tỷ năm gần đây, ngược lại từ 13.8 đến 7 tỷ năm về trước đó, do sức ép của trọng trường vật chất, vũ trụ đã giảm dần gia tốc tăng trưởng của thủa ban đầu Big Bang. Còn Vật chất tối diễn tả sự gắn kết mạnh mẽ giữa các chùm thiên hà xa xăm không cho chúng phân tán. Vật chất tối này không bức xạ, không bị chi phối bởi ba tương tác cơ bản quen thuộc (lực điện-từ, hai lực mạnh và yếu của hạt nhân nguyên tử), khối lượng của vật chất tối chỉ có vai trò duy nhất là tạo ra một lực ép mới lạ để giữ cho các thiên hà góp thành chùm chứ không tung bay khắp phía. Nguồn gốc và bản chất bí ẩn của năng lượng tối (mang tính chất đẩy ra) và vật chất tối (mang tính chất hút vào), hai thành phần chế ngự hầu như toàn diện vũ trụ, là đề tài nóng bỏng của thiên văn và vật lý hạt cơ bản hiện đại.
Kỳ lạ và bí ẩn thay, 95% năng-khối lượng của vũ trụ ở ngoài tầm hiểu biết hiện nay của con người!
2. Sơ lược hiện tình về hạt cơ bản
Những viên gạch sơ cấp cấu tạo nên vật chất gồm hai phần tóm tắt trong Hình 1: fermion (hạt có spin ½) như quark với lepton và boson chuẩn (hạt có spin 1) như photon, gluon và W^±, Z⁰. Có sáu loại quark mang ký hiệu u (up), d (down), s (strange), c (charm), t (top), b (bottom), và sáu loại lepton bao gồm ba hạt e– (electron), μ– (muon), τ – (tauon) mang điện tích âm -e, và ba hạt neutrino v_e, v_μ, v_τ trung hòa điện tích, ba hạt neutrino này bao giờ cũng sánh đôi từng cặp với e– , μ–, τ – vì chúng lần lượt là sản phẩm của phân rã bêta kèm theo các hạt electron, muon và tauon.
Chỉ có ba lực cơ bản chi phối những tương tác của các hạt cơ bản, đó là hai lực hạt nhân mạnh và yếu cùng với lực điện-từ. Lực mạnh gắn kết quark trong hạt nhân nguyên tử làm cho vật chất vững bền nói chung. Lực yếu làm cho hạt nhân phân rã và chi phối toàn diện sự vận hành của neutrino. Lực điện-từ diễn tả electron tương tác với hạt nhân nguyên tử, tạo nên các nguyên tử và phân tử của các hóa chất trong bảng tuần hoàn Mendeléev cũng như của các tế bào và gen sinh vật.
Quark cũng như lepton tương tác với nhau qua sự nối kết bởi các boson chuẩn để truyền tải lực. Boson chuẩn của điện-từ là photon, của lực mạnh là gluon, của lực yếu là W^± và Z⁰.
Thành tựu tuyệt vời này gọi là Mô Hình Chuẩn, mà đỉnh cao là sự thống nhất lực yếu với lực điện-từ qua cơ chế Higgs trong đó neutrino và Z⁰ đóng vai trò tiền phong quyết định, đã mang lại khoảng ba chục giải Nobel trong ba chục năm gần đây.

Hình 1: Sơ đồ các hạt cơ bản
Lực yếu chi phối các phản ứng tổng hợp nhiệt hạch trong các thiên thể. Sự tổng hợp nhiệt hạch trong các vì sao: 4 H → He + 2 e⁺ + 2 v_e là thí dụ của lực yếu với phát xạ neutrino (Hình 2). Vì khối lượng của bốn nguyên tử Hydrogen lớn hơn khối lượng của Helium nên thặng dư khối lượng đó biến thành năng lượng qua E = mc2 để làm trung tâm mặt trời nóng rực tới chừng 20 triệu độ.

Hình 2: Tổng hợp nhiệt hạch: 4 H → He + 2 e⁺ + 2 v_e Neutrino phát tán không những từ các thiên thể mà cũng từ phóng xạ tự nhiên của Uranium trong tâm lõi của quả đất để tạo nên plasma nóng khoảng 6000° và chuyển dần ra các lớp đất bên ngoài qua núi lửa. Mới cách đây 18 ngàn năm, trong giai đoạn cuối của thời kỳ băng thạch, tuyết phủ dầy đặc bao trùm cả vùng xích đạo. Biết đâu người tiền sử đã thoát nạn tuyệt chủng bởi cái lạnh kinh hoàng này, vì cũng trong thời kỳ đó thì núi lửa lại hoạt động cực kỳ mạnh, nhiệt lượng sản xuất trong lòng trái đất chính là do phóng xạ neutrino tự nhiên này.
3. Bản tính của neutrino và viễn tượng
3 a - Khối lượng: To be or not to be
Người ta đã biết từ lâu là neutrino v_e cũng như v_μ và v_τ có khối lượng quá ư nhỏ nhoi, thậm chí không có. Vậy câu hỏi cực kỳ quan trọng là neutrino có hay không khối lượng cần được soi sáng và định lượng. Bằng cách nào mà cân đo những khối lượng quá ư nhỏ bé đó? cách cân đo này dựa trên sự dao động và chuyển hoán giữa ba loại neutrino v_e, v_μ, v_τ với nhau, loại này biến thành loại khác, điều chỉ có thể xảy ra nếu chúng có khối lượng khác 0 và cũng khác nhau nữa.
Các nhà thiên văn-vật lý dò tìm neutrino vũ trụ đến từ các sao siêu mới và đặc biệt từ mặt trời rồi xác định cùng đo lường khối lượng của chúng, điều cực kỳ khó khăn ví von như tìm kim cương trong sa mạc. Mặc dầu có vô hạn neutrino trong hoàn vũ (riêng mặt trời phóng ra đã vài chục tỷ neutrino từng giây đang xuyên qua mỗi cm² da thịt chúng ta) thế mà chỉ có thể phát hiện được vài chục hạt để đo lường tính chất vật lý của chúng. Ở Kamiokande (Nhật) máy dò chứa 50 ngàn m³ nước trong vắt đặt dưới hầm mỏ kẽm (Hình 3), ở Homestake (Mỹ) trong hầm mỏ vàng, ở Baksan (Nga) trong rặng núi Caucasus, ở Sudbury (Canada) nằm sâu trong mỏ thiếc.
Giải Nobel vật lý 2015 dành cho T. Kajita và A. McDonald đã thành công trong sự cân đo được khối lượng các neutrino này, Kajita khám phá ra v_μ đến từ vũ trụ bị mất đi một phần khi tới trái đất vì nó dao động biến thành v_τ và v_e, còn McDonald quan sát thấy v_e từ mặt trời đến trái đất cũng một phần biến thành v_μ.
Khối lượng khác 0 của neutrino đáp ứng ra sao những câu hỏi về cấu trúc và vận hành nói chung của vũ trụ, tại sao chỉ có vật chất mà vắng bóng phản vật chất trong toàn vũ, bản tính của vật chất tối.

Hình 3: Máy dò neutrino ở Super-Kamiokande3b - Thiên văn - Neutrino
Ánh sáng khắp nơi trong vũ trụ đến với chúng ta chỉ là từ vỏ ngoài mặt của các thiên thể vì photon sinh ra trong tâm lõi các tinh tú không thoát nổi ra ngoài vỏ mà bị hấp thụ cùng biến đổi bởi môi trường nóng đặc trong các vì sao. Chính vì photon không thể cho ta thông tin trong tâm lõi các thiên thể mà neutrino vũ trụ được tận dụng để tìm hiểu các hiện tượng xảy ra trong đó, trước hết bằng cách đo lường thông lượng của neutrino sản xuất trong tâm mặt trời. Vì lực yếu có cường độ tác động quá nhỏ nên v_e xuyên suốt từ trong ra ngoài mặt trời để đến trực tiếp máy dò trên trái đất mà không hề biến đổi, trừ khi bị hoán chuyển thành v_μ hay v_τ nếu chúng có khối lượng và ngành khoa học mới lạ ‘thiên văn-neutrino’ đang trên đà phát triển mạnh.
Khởi đầu từ năm 1968 ở Homestake bởi R. Davis, tiếp nối bởi M. Koshiba ở Kamiokande, hai vị nhận giải Nobel năm 2002 vì tiên phong mở đường xây dựng ngành thiên văn-neutrino (thiên văn của lực yếu) bổ sung cho ngành thiên văn cổ điển sử dụng ánh sáng (thiên văn của lực điện-từ).
Ngày 24 tháng 2 năm 1987, mấy đài ‘thiên văn-neutrino’ ở Nhật, Mỹ, Nga đã quan sát đo lường được cả thảy 24 hạt đến từ một sao siêu mới SN1987A trong thiên hà Magellan cách đây 170 ngàn năm đã nổ bùng mà độ chói sáng rực rỡ tương đương với mươi tỷ mặt trời và phát tán tổng cộng 10⁵⁸ hạt neutrino.
Những nguồn năng lượng lớn gấp tỷ lần năng lượng mặt trời từ biên ải của vũ trụ như sao siêu mới hay lân cận các lỗ đen cũng phát tán ra neutrino. Ngoài các hầm mỏ đã nói, nhiều đài thiên văn-neutrino đồ sộ - nằm sâu dưới băng tuyết ở Nam cực hay dưới biển cả - được xây dựng để khảo sát đo lường những neutrino năng lượng cực kỳ cao đó.
3c - Neutrino và Phản Neutrino
Trong 12 viên gạch cơ bản có sáu loại quark và ba hạt electron, muon, tauon, chúng đều mang điện tích. Những hạt có điện tích này phải khác phản hạt (vì điện tích của chúng ngược dấu), ta gọi chung là loại hạt Dirac. Trái lại neutrino vì trung hòa điện tích nên có khả năng là neutrino cũng chính là phản neutrino, lồng ghép trong nhau tuy hai mà một. Ta gọi nó là neutrino Majorana, khác với trường hợp neutrino Dirac theo đó neutrino và phản neutrino khác nhau, neutrino Dirac có spin xoay trái thì phản neutrino Dirac xoay phải. Còn neutrino Majorana có cả hai thành phần, xoay trái và xoay cả phải. Neutrino thuộc vào loại nào? Bản chất Dirac hay Majorana của neutrino được xác định qua sự phân rã rất hiếm gọi là bêta-kép mà nhiều nhóm thực nghiệm đang tiến hành:
neutron + neutron → proton + proton + e^- + e^- + 2 phản neutrino (Dirac)
neutron + neutron → proton + proton + e^- + e^- + 0 neutrino (Majorana)
Trong tất cả các hạt cơ bản, duy nhất neutrino có tiềm năng thuộc vào loại Majorana, nếu là loại này thì sự bảo toàn số lepton sẽ bị vi phạm, hai electron có thể biến thành hai boson chuẩn W^-, điều không thể xảy ra với Mô Hình Chuẩn.
Ngoài ra, neutrino Majorana nếu hiện hữu có thể là ứng viên sáng giá cho ‘vật chất tối’, chiếm 27% thành phần vật chất của Vũ trụ.
Trở về trái đất, neutrino còn được sử dụng thiết thực bởi các nhà địa-vật lý để dò tìm, kiểm soát sự vận hành và an ninh (dân sự, quân sự) của máy điện hạt nhân.
12/10/15

Sự ra đời của hạt neutrino
Cuối thế kỷ 19, Henri Becquerel phát hiện một số hạt nhân nguyên tử tự nhiên phóng xạ mà chẳng do tác động nào từ bên ngoài, điển hình là một hạt nhân biến thành một hạt nhân khác kèm theo electron, gọi là phân rã bêta. Nếu chỉ có electron phát ra thì phổ năng lượng của nó phải là một điểm duy nhất nhưng khi đo lường thì phổ lại là một đường liên tục. Để giải đáp nghịch lý, Pauli giả định là phải có một cái gì phát ra cùng với electron để chia sẻ năng lượng còn lại giữa hai hạt nhân biến đổi. Hạt giả định này trung hòa điện tích, hầu như không có khối lượng, hơn nữa so với phóng xạ rất nhanh của lực điện-từ quen thuộc thì phân rã bêta lại rất chậm, cường độ phân rã vô cùng nhỏ nên gọi là lực yếu. Quá nhẹ, trung hòa, tương tác lại rất yếu nên xác định bằng thực nghiệm là cực kỳ khó khăn, nó xuyên suốt trái đất mà chẳng để dấu ấn gì khiến Pauli năm 1930 thú nhận đã phạm điều tai quái là giả định sự hiện hữu của một hạt nhưng không sao biết cách tìm ra.
Hạt ký hiệu ν khó nắm bắt này được Fermi đặt tên là neutrino bằng cách ghép hai chữ trung hòa (neutre) với nhỏ xíu (ino), ngôn từ gắn bó với quê hương Ý của ông. Lần đầu tiên năm 1955 hạt v_e được phát hiện bởi Cowan và Reines trong một thực nghiệm ở lò điện hạt nhân Savannah River.
Hạt cơ bản neutrino đóng vai trò nào trong cuộc tìm kiếm cội nguồn và bản thể của con nguời trong vũ trụ, chúng ta từ đâu đến, là gì, về đâu, những câu hỏi muôn thuở mà giải Nobel vật lý 2015 vén mở đôi phần.
Vũ trụ (tổng thể vĩ mô bao trùm vạn vật, kể cả không gian lẫn thời gian) và Hạt cơ bản (những viên gạch vi mô cấu tạo nên vật chất) - mà con người từng sáng tạo, khám phá hai thái cực vô cùng lớn cũng như vô cùng nhỏ của thế giới tự nhiên - không bất biến, nhận thức về chúng thăng trầm theo các nền văn hóa và thời đại.

Sự tương đương khối lượng-năng lượng

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Tác phẩm điêu khắc cao 3 mét về công thức nổi tiếng của Einstein E = mc² tìm ra năm 1905 ở Walk of Ideas, Berlin, Đức năm 2006.

Trong vật lý học, sự tương đương khối lượng-năng lượng là khái niệm nói về khối lượng của vật thể được đo bằng lượng năng lượng của nó. Năng lượng nội tại toàn phần E của vật thể ở trạng thái nghỉ bằng tích khối lượng nghỉ của nó m với một hệ số bảo toàn phù hợp để biến đổi khối lượng đơn vị thành năng lượng đơn vị. Nếu vật thể không đứng im tương đối với quan sát viên thì lúc đó ta phải tính đến hiệu ứng tương đối tính ở đó m được tính theo khối lượng tương đối tính và E trở thành năng lượng tương đối tính của vật thể. Albert Einstein đề xuất công thức tương đương khối lượng-năng lượng vào năm 1905 trong những bài báo của Năm Kỳ diệu với tiêu đề Quán tính của một vật có phụ thuộc vào năng lượng trong nó? ("Does the inertia of a body depend upon its energy-content?") Sự tương đương được miêu tả bởi phương trình nổi tiếng

E = mc^2 \,\!

Với E là năng lượng, m là khối lượng, và c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Ở hai vế của công thức có thứ nguyên bằng nhau và không phụ thuộc vào bất kỳ đơn vị của hệ thống đo lường. Ví dụ, trong nhiều hệ đơn vị tự nhiên, tốc độ của ánh sáng (vô hướng) được đặt bằng 1 ('khoảng cách'/'thời gian'), và công thức trở thành đồng nhất thức E = m'('khoảng cách'^2/'thời gian'^2)'; và từ đây có thuật ngữ "sự tương đương khối lượng-năng lượng".
Phương trình E = mc² cho thấy năng lượng luôn luôn thể hiện được bằng khối lượng cho dù năng lượng đó ở dưới dạng nào đi chăng nữa sự tương đương khối lượng-năng lượng cũng cho thấy cần phải phát biểu lại định luật bảo toàn khối lượng, hay hoàn chỉnh hơn đó là định luật bảo toàn năng lượng, nó là định luật thứ nhất của nhiệt động lực học. Các lý thuyết hiện nay cho thấy khối lượng hay năng lượng không bị phá hủy, chúng chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác.

Einstein có thật sự khám phá ra phương trình E = mc2?

Thảo luận trong 'Kiến thức khoa học' bắt đầu bởi theanhk, 12 Tháng ba 2016.

theanhk

Ai là người đã khám phá ra phương trình E = mc2? Câu trả lời thật chẳng đơn giản như bạn nghĩ đâu. Các nhà khoa học từ James Clerk Maxwell và Max von Laue cho đến một loạt những nhà vật lí đầu thế kỉ 20 đã được đề xuất là người khám phá thật sự của tương đương khối lượng-năng lượng mà ngày nay đa số mọi người tôn vinh cho thuyết tương đối đặc biệt của Einstein. Những khẳng định này đã gây đình đám buộc tội Einstein ăn cắp ý tưởng, nhưng nhiều người không đồng ý hoặc cảm thấy nghi ngờ. Nhưng hai nhà vật lí vừa cho biết công thức nổi tiếng của Einstein thật sự có một căn nguyên phức tạp và có phần nhập nhằng.

Một trong những người khám phá hợp lí hơn của phương trình E = mc2 được gán cho Fritz Hasenöhrl, một vị giáo sư vật lí tại trường Đại học Vienna. Trong một bài báo năm 1904, Hasenöhrl đã viết rõ ràng phương trình E = 3/8mc2. Không biết ông có nó từ đâu, và tại sao hằng số tỉ lệ lại không đúng? Stephen Boughn thuộc trường Haverford College ở Pennsylvania và Mark Rothman thuộc trường Đại học Princeton, đã khảo sát câu hỏi này trong một bài báo đăng tải trên website chia sẻ bản thảo arXiv.

Tên tuổi của Hasenöhrl ngày nay thường là không tốt, vì ông thường được viện dẫn bởi những người chống đối Einstein. Tiếng tăm rằng ông là người thật sự khám phá ra phương trình E = mc2 có liên quan đến nhiều hoạt động của những người bài Semitic và nhà vật lí đạt giải Nobel Philipp Lenard, người đã tìm cách đưa tên tuổi Einstein ra khỏi lí thuyết tương đối để nó không bị xem là một sản phẩm của “nền khoa học Do Thái”.

Toàn bộ những việc làm này đã gây tổn hại cho tên tuổi của Hasenöhrl. Ông là học trò của Ludwig Boltzmann và là người kế vị tại Vienna, và từng được Erwin Schrödinger tán dương. “Hasenöhrl có khả năng là nhà vật lí người Áo hàng đầu trong thời đại của ông”, Rothman nói. Ông có thể đạt được nhiều thành quả hơn nếu như không bị giết trong Thế chiến thứ nhất.

Ảnh: iStockphoto.com/JLGutierrez

Mỗi liên hệ của năng lượng và khối lượng đã được thảo luận rộng rãi lúc Hasenöhrl nghiên cứu vấn đề đó. Henri Poincaré đã khởi xướng rằng bức xạ điện từ có một xung lượng và do đó có một khối lượng hiệu dụng. Nhà vật lí người Đức Max Abraham cho rằng một electron đang chuyển động tương tác với từ trường riêng của nó, E0, đòi hỏi một khối lượng biểu kiến cho bởi E0 = 3/4 mc2. Toàn bộ những lập luận này dựa trên điện động lực học cổ điển, giả định một lí thuyết ê te truyền sáng. “Hasenöhrl, Poincaré, Abraham và những người khác cho rằng phải có một khối lượng quán tính đi cùng với năng lượng điện từ, mặc dù họ không nhất trí về hằng số tỉ lệ”, Boughn nói.

Robert Crease, một nhà triết học và nhà nghiên cứu lịch sử khoa học tại trường Đại học Stony Brook ở New York, tán thành quan điểm trên. “Các nhà sử học thường nói rằng, nếu như không có Einstein, thì cộng đồng chẳng mấy chốc cũng đi tới thuyết tương đối đặc biệt”, ông nói.

Hasenöhrl tiếp cận vấn đề bằng cách nêu câu hỏi một vật đen đang phát xạ có thay đổi khối lượng hay không khi nó đang chuyển động tương đối so với nhà quan sát. Ông tính được rằng chuyển động đó bổ sung thêm một khối lượng 3/8c2 lần năng lượng bức xạ. Rồi một năm sau, ông hiệu chỉnh hằng số này là 3/4c2.

Tuy nhiên, chẳng có ai từng nghiên cứu nghiêm túc căn nguyên tính toán của Hasenöhrl để tìm hiểu sự lí giải của ông hay giải thích tại sao hằng số tỉ lệ là không đúng. Công việc đó không dễ dàng gì. Các bài báo của ông mang tính chuyên môn sâu và rất khó đọc. Thậm chí, Enrico Fermi chẳng thèm đọc các bài báo của Hasenöhrl trước khi kết luận sai lầm rằng hệ số ¾ là do năng lượng tự thân electron mà Abraham đã nhận ra.

“Cái Hasenöhrl thật sự bỏ sót trong tính toán của ông là quan điểm cho rằng nếu các vật bức xạ trong hộp của ông đang phát xạ, thì chúng phải đang mất khối lượng, cho nên tính toán của ông không tương ứng”, Rothman nói. “Tuy nhiên, ông đã đúng một nửa. Nếu ông chỉ đơn thuần nói rằng E tỉ lệ với m, thì lịch sử có lẽ đã ưu ái ông hơn”.

Trong bài báo năm 1905 của Einstein, “Về điện động lực học của những vật đang chuyển động”, đã nêu rõ ràng những nền tảng của thuyết tương đối với việc bác bỏ ê te và đặt tốc độ ánh sáng là bất biến, nhưng suy luận của ông về phương trình E = mc2 không phụ thuộc vào những giả thuyết đó. Bạn có thể có câu trả lời đúng với vật lí cổ điển, Rothman nói, trong một lí thuyết ê te, không cần c không đổi hoặc là tốc độ giới hạn.

Nhà vật lí Clifford Will thuộc trường Đại học Washington ở St Louis, một chuyên gia về thuyết tương đối, đánh giá bản thảo trên là “rất hấp dẫn”. Boughn và Rothman là “những nhà vật lí nghiêm túc”, ông nói, và hệ quả là ông “có xu hướng tin vào phân tích của họ”. Tuy nhiên, cuộc tranh cãi về vấn đề “quyền ưu tiên khám phá” có lẽ cần có thêm ý kiến của nhiều nhà sử học khác mới có kết luận cuối cùng.

Liệu Einstein có biết tới công trình của Hasenöhrl không? Không ai rõ cả. Vấn đề là sự trích dẫn không phải là lệ thường trong nghiên cứu thời kì đó. Cả Einstein lẫn Hasenöhrl đều là những tên tuổi lớn tại Hội nghị Solvay tổ chức vào năm 1911.

Rothman cho biết ông đã nhiều lần tình cờ bắt gặp tên tuổi Hasenöhrl. “Một trong những vị giáo sư trước đây của tôi, E C G Sudarshan, từng có lần nhận xét rằng ông công nhận Hasenöhrl là người nhận ra sự tương đương khối lượng-năng lượng. Vì thế, khoảng dịp Giáng sinh năm ngoái, tôi nói với Steve, ‘tại sao chúng ta không bỏ ra chừng hai giờ sau mỗi bữa trưa hàng ngày để đọc những bài báo của Hasenöhrl và xem cái sai của ông ta là gì?’ Vâng, hai giờ đã biến thành tám tháng, vì vấn đề dẫn tới cực kì khó khăn”.

-----------

nguồn: thư viện vật lý

Đại Chúng

Trang