Thứ Năm, 23 tháng 12, 2021

TT&HĐ V - 46/h

Điện từ trường, sóng điện từ, nguyên tắc phát và thu sóng điện từ

PHẦN V: THỐNG NHẤT

"Khoa học là một sức mạnh trí tuệ lớn nhất, nó dốc hết sức vào việc phá vỡ xiềng xích thần bí đang cầm cố chúng ta."
Gorky

"Mỗi một thành tựu lớn của nhà khoa học chính là xuất phát từ những ảo tưởng táo bạo".
JohnDewey

"Chân lý chỉ có một, nó không nằm trong tôn giáo, mà nằm trong khoa học."
Leonardo da Vinci

"Cái khó hiểu nhất chính là hiểu được thế giới"

Albert Einstein

"Có hai cách để sống trên đời: một là xem như không có phép lạ nào cả, hai là xem tất cả đều là phép lạ".

Albert Einstein

“Chính qua cuộc đấu tranh nhằm thống nhất một cách hợp lý cái đa dạng mà đã đạt được những thành công lớn nhất, dù rằng chính ý đồ đó có thể gây ra những nguy cơ lớn nhất để trở thành con mồi của ảo vọng”.

Albert Einstein

“Người nhìn thấy cái đa dạng mà không thấy cái đồng nhất thì cứ trôi lăn trong cõi chết”.

Upanishad

CHƯƠNG VII (XXXXVI): HÚT - ĐẨY

“Lực hút cũng như lực đẩy, là thuộc tính cơ bản của vật chất.”

“Hấp dẫn cần phải được gây ra bởi một tác nhân thường xuyên tác động theo một qui luật nào đó, nhưng tác nhân này là vật chất hay phi vật chất thì tôi xin dành cho bạn đọc suy nghĩ.”

Niutơn

"Không xiềng xích hay thế lực bên ngoài nào có thể ép buộc tâm hồn của một người tin hay không tin."

Thomas Carlyle

"Tất cả vinh quang đều đến từ sự dám bắt đầu".
Eugene F Ware

"Tất cả mọi người đều mơ; nhưng không như nhau. Những người mơ về đêm, trong những ngóc ngách sâu kín lờ mờ của tâm trí, khi thức giấc vào ban ngày mới nhận ra đó là ảo ảnh; nhưng những người mơ vào ban ngày mới là đáng gờm, vì họ có thể thực hiện giấc mơ của mình với đôi mắt mở to, để biến chúng thành hiện thực".
T.E.Lawrence

"Ước mơ giống như những vì sao… ta có thể không bao giờ chạm tay vào được, nhưng nếu đi theo chúng, chúng sẽ dẫn ta đến vận mệnh của mình".
Samuel Johnson

"Tôi được ban cho sự nhận thức về định mệnh của chính mình. Tôi chưa bao giờ tự hạ thấp bản thân. Tôi chưa bao giờ đánh giá mình theo tiêu chuẩn của người khác. Tôi luôn trông đợi nhiều ở chính mình, và nếu tôi thất bại, tôi thất bại chính mình".
Sophia Loren

"Tự tin là điều kiện đầu tiên để làm được những việc lớn lao".
Samuel Johnson

"Hãy mơ ước bất cứ điều gì bạn muốn mơ. Đó là vẻ đẹp của trí tuệ con người. Hãy làm bất cứ điều gì bạn muốn làm. Đó là sức mạnh của ý chí con người. Hãy tin tưởng vào bản thân để thử thách những giới hạn của mình. Đó chính là lòng can đảm để thành công".
Bernard Edmonds

"Không ai biết sau đó mọi chuyện sẽ xảy ra như thế nào nhưng chúng ta vẫn đi về phía trước. Bởi vì chúng ta có lòng tin và sự trung thực"
Paulo Coelho

"Muốn hiểu Vũ Trụ này, phải hoang tưởng mãnh liệt. Muốn hoang tưởng mãnh liệt, phải có niềm tin".
NTT

(Tiếp theo)

Đến đây đã có thể mường tượng đại khái thế này: hạt

là thực thể nhỏ nhất, đóng vai trò đơn vị tuyệt đối cấu thành nên mạng khối không gian nếu quan sát Vũ Trụ ở góc độ vi mô, hay môi trường chân không, nếu quan sát Vũ Trụ ở góc độ vĩ mô. Hạt

là thực thể nhỏ nhất, đóng vai trò đơn vị tuyệt đối, trực tiếp làm hình thành nên các thực thể dây giả hạt mà nhỏ nhất trong số chúng là

. Từ quá trình vận động và tương tác của các thực thể đó mà xuất hiện các loại hạt giả dây để rồi làm hình thành nên một tập hợp các thực thể được gọi với một tên chung là “nguyên tử” mà nhỏ nhất là nguyên tử Hydrô. Chúng ta cho rằng có thể coi nguyên tử đã là một hạt thực sự vì khi chuyển động với vận tốc dưới giá trị cực đại qui định cho nó, dù có thể bị biến dạng ở mức độ nào đó và theo cách nào đó thì vẫn có thể hiện là “một khối” KG chứ không như một dây KG. Nói cách khác, theo chúng ta thì nguyên tử là một vật mà tính hạt lấn át hẳn tính sóng, nghĩa là chuyển động tự do của nguyên tử trong chân không (không bị ngoại lai tác động), nếu chưa hẳn thì cũng đã “trông” gần giống như một vật chuyển động thẳng đều.

Sự hình dung của chúng ta về một không gian thể hiện ra là một khối mạng ở tầng sâu vi mô và là một môi trường chân không đồng nhất ở tầng vĩ mô đã dẫn đến quan niệm: Không gian Vũ Trụ ở tầng vĩ mô có tính chất của không gian Ơclít, còn không gian Vũ Trụ ở tầng vi mô thì có tính chất của không gian phi Ơclit. Có sự phân biệt như vậy là do sự chi phối chủ quan của thực thể quan sát và nhận thức. Một cách khách quan thì Vũ Trụ là một thể thống nhất không thể tách rời hay phân chia được, cho nên có thể nói rằng: không gian Vũ Trụ có tính chất vừa Ơclit vừa phi Ơclit, tính ơclit càng ngày càng nổi trội và trở nên hoàn toàn lấn át theo chiều từ tầng nấc vi mô đến tầng nấc vĩ mô, ngược lại, tính phi Ơclit càng ngày càng nổi trội và trở nên hoàn toàn lấn át theo chiều từ tầng nấc vĩ mô đến tầng nấc vi mô. Nếu chuyển động tự do của nguyên tử đúng thật là có thể coi như “gần đúng” một chuyển động thẳng đều thì cũng có thể qui ước ranh giới giữa Vũ Trụ vĩ mô và Vũ Trụ vi mô “nằm ở” kích thước nguyên tử (khoảng 10^-8cm). Với khoảng cách 10^-8cm là bắt đầu thuộc về Vũ Trụ vi mô. Như vậy, tập hợp các nguyên tử bắt đầu từ nguyên tử Hydrô chính là tập hợp những thực thể KG nhỏ nhất của Vũ Trụ vĩ mô và đồng thời cũng đóng vai trò là những đơn vị đầu tiên cấu thành nên vạn vật của Vũ Trụ ấy.

Tương tự như nội tại hạt

nội tại nguyên tử Hydrô cũng gồm hai thực thể KG là điện tử mang một điện tích âm và prôtôn mang một điện tích dương tương tác điện với nhau, liên kết hợp thành một hệ thống vận động kiểu hành tinh. Vì khối lượng prôtôn lớn hơn rất nhiều so với khối lượng điện tử nên có thể coi điện tử quay xung quanh Prôtôn. Vì ở tầng dưới 10^-8cm đã thuộc Vũ Trụ vi mô, nghĩa là tính phi Ơclit của không gian đã bắt đầu nổi trội hơn tính ơclit, hơn nữa, khi lan truyền với vận tốc lớn, điện tử trở thành một giả dây (đúng hơn là một “bó” giả dây, còn gọi là “bó sóng”), cho nên không những sự quay của điện tử không thể “trơn tru và bằng phẳng”, mà còn không theo một quĩ đạo hoàn toàn xác định như quĩ đạo (tròn, elip) của các hành tinh hiện hữu trong Vũ Trụ vĩ mô.

Chúng ta cho rằng, trong thực tại khách quan tồn tại một nguyên lý gọi là “nguyên lý cân bằng động”. Nguyên lý này phát biểu” vận động của mọi hệ thống KG luôn được duy trì trong tình trạng cân bằng động học, và nếu tác động từ môi trường làm biến đổi vận động mà không phá hủy hệ thống KG thì quá trình được tình trạng cân bằng động của nó. Từ nguyên lý phổ quát này có thể suy ra được định luật tác động tương hỗ. Khi chúng ta nói một hệ thống KG nào đó bị mất cân bằng vận động thì sự mất cân bằng ấy chỉ có ý nghĩa tương đối và đã được đặt trong qui ước.

Nhờ có nguyên lý cân bằng mà khi sự tác động của môi trường đến vận động nội tại của nguyên tử Hydrô được cho là ổn định, bình thường, thì ở một mức độ nhất định, có thể diễn tả chuyển động của điện tử quanh hạt prôtôn trong không gian phi ơclit vi mô như một chuyển động tròn đều trong không gian ơclit vĩ mô. Phải chăng vì thế mà nhà vật lý Bohr, vào năm 1913, dựa trên những phát kiến của Planck và Anhxtanh về tính gián đoạn của năng lượng bức xạ cũng như năng lượng ánh sáng, đã nêu ra hai định đề để từ đó xây dựng nên học thuyết mang tên ông (cho rằng quĩ đạo quay của điện tử là quĩ đạo tròn), giải thích thành công nhiều hiện tượng xảy ra đối với nguyên tử Hydrô?

Nguyên tử Hydrô được hợp thành từ hai thực thể mang điện tích nguyên tố trái dấu nên nó trung hòa về điện, nghĩa là xung quanh nó không tồn tại một trường điện nào cả, vì nếu hai thực thể đó có thực sự tạo ra hai điện trường trái dấu thì chúng cũng đã làm triệt tiêu nhau. Tuy nhiên, thật khó hình dung về sự tồn tại một điện trường (hay một điện từ trường) do hạt

đứng yên một chỗ (hay đang lan truyền) gây nên. Giả sử rằng khi một prôtôn (hay một điện tử) định xứ một chỗ thì nó có tạo ra xung quanh nó một trường tĩnh điện không? Theo quan niệm của chúng ta thì tất nhiên là không rồi, vì dù prôtôn (hay điện tử) có định xứ thì nó vẫn phải vận động nội tại (xoáy KG) để đảm bảo cho chuyển hóa KG được kịp thời. Nghĩa là hạt điện tích nguyên tố dương

(hay âm,

) vẫn phải lan truyền với vận tốc cực đại C trong một phạm vi không gian nào đó, và như vậy, nó chỉ có thể tạo ra xung quanh nó một trường điện từ như vật lý học đã hình dung. Nhưng theo quan niệm của chúng ta,

là thực thể KG nhỏ nhất tuyệt đối trong Vũ Trụ thực tại, trong khoãng thời gian ngắn tuyệt đối chỉ tương tác với một hạt

khác trái dấu với nó hay với một

tiếp giáp với nó, cho nên nó không thể tạo ra một trường tương tác điện từ xung quanh nó được. Có điều, khi trong không gian xung quanh cùng không gian chứa hai hạt mang điện tích nguyên tố trái dấu ấy trở nên biến thái, tạo nên một “tình thế ưu tiên” cho chúng tiến về phía nhau, và một cách hình thức, coi như chúng hút nhau với một lực tính theo công thức Culông.

Tình hình sẽ ra sao khi trong miền không gian tầng vi mô quanh prôtôn cùng một lúc xuất hiện hai điện tử? Có thể rằng ở tầng vi mô hạ nguyên tử, khi tính phi ơclit đã trở nên nổi trội thì tính đồng nhất và đối xứng đã bị xâm phạm, do đó đối với prôtôn, dù có hai hướng ưu tiên lựa chọn lan truyền nhưng có một hướng được ưu tiên lan truyền hơn hướng kia. Tình hình đó làm cho chỉ có một điện tử tương tác hút nhau được với prôtôn, tạo nên hiện tượng trung hòa về điện. Phải chăng đây chính là nguyên nhân sâu xa nhất làm cho không thể tồn tại loại nguyên tử có cấu trúc gồm số điện tử nhiều hơn số prôtôn trong hạt nhân?

Nhưng vì sao bị hút như vậy mà điện tử không rơi vào hạt nhân của nguyên tử? Có thể là do hai hạt điện tích nguyên tố

và

không hề đứng yên một chỗ mà luôn phải lan truyền theo chiều xoáy nội tại của điện tử và prôtôn, cho nên ngoài lực hút Culông ra còn một lực nữa gọi là từ lực. Tổng hợp hai lực đó làm cho điện tử không thể “rơi vào” Prôtôn được mà phải quay quanh nó theo một quĩ đạo cân bằng nào đó trong không gian vi mô phi Ơclit. Dù có như thế, nghĩa là dù có tồn tại tương tác điện từ trong nội tại nguyên tử hydrô thì cũng không phải vì thế mà hiện diện trường điện từ trong đó, nhưng có một cách hình thức, có thề dùng lý thuyết trường điện từ để giải thích một cách định tính hiện tượng, tương tự như trong trường hợp vận động nội tại hạt

Trong tập hợp nguyên tử, nếu Hydrô là nguyên tử có lực lượng nội tại nhỏ nhất thì nguyên tử Hêli có lực lượng nội tại nhỏ thứ nhì. Nó có hai điện tử và một hạt nhân gồm hai prôtôn và hai nơtrôn. Có thể xếp tập hợp nguyên tử theo thứ tự tăng dần số lượng prôtôn từ 1, 2, 3… và qua đó mà cũng theo chiều hướng tăng dần số lượng nơtrôn như bảng tuần hoàn Menđêlêép đã thể hiện. Có hai điều đáng chú ý về cấu tạo nguyên tử là số lượng prôtôn và số lượng điện tử luôn bằng nhau (khi nó ở trạng thái trung hòa về điện), còn số lượng nơtrôn, trừ trường hợp Hydrô ra, luôn cân bằng hoặc lớn hơn số lượng prôtôn.

Như đã biết, hai thực thể mang điện tích trái dấu thì đẩy nhau. Nhưng vì sao các prôtôn lại “đoàn tụ” với nhau được và cùng với nơtrôn hợp thành hạt nhân nguyên tử. Vật lý học ngày nay chỉ ra rằng đó là nhờ giữa các hạt tạo thành hạt nhân tồn tại một lực hút đặc biệt gọi là lực hạt nhân. Cũng theo vật lý học, về mặt tác động và các tính chất, lực hạt nhân phức tạp hơn rất nhiều sơ với lực tĩnh điện và nhất là không phụ thuộc chút gì vào điện tích của các hạt prôtôn. Proton với prôtôn, nơtrôn với nơtrôn, prôtôn với nơtrôn, tất cả đều hút nhau với những lực gần giống nhau. Đặc tính lạ nhất của lực hạt nhân là bán kính tác động cực kỳ nhỏ của nó. Ở khoảng cách chừng 10^-13cm, lực hạt nhân hút hai proton lại với nhau lớn gấp 40 lần lực đẩy tĩnh điện giữa chúng. Nếu tăng khoảng này lên 4 lần, lực hút hạt nhân sẽ bằng lực đẩy tĩnh điện. Còn nếu tăng lên 25 lần, lực đẩy tĩnh điện sẽ lớn hơn lực hút hạt nhân tới 10⁶ lần. Mặt khác, các nhà vật lý đã có đủ lý lẽ để giả định rằng ở khoảng cách nhỏ hơn 0,5.10^-13cm, tác động hút của lực hạt nhân thay đổi đột ngột và trở thành tác động đẩy còn mạnh hơn thế nữa.

Vào năm 1933, khi phân tích những dữ kiện lý thuyết và thực nghiệm, nhà vật lý học Yakawa, người Nhật, đã có một ý niệm về bản chất lực hạt nhân. Theo ông, lượng tử liên kết trong hạt nhân nguyên tử là một hạt vật chất nào đó mà ông gọi là mêzôn. Các hạt trong hạt nhân phải trao đổi các hạt này để sinh ra những lực khổng lồ tác động ở khoảng cách nhỏ và chỉ tồn tại trong lòng hạt nhân nguyên tử. Để thực hiện được sự trao đổi sinh ra lực hạt nhân giữa hai hạt nuclôn (tên gọi chung của prôtôn và nơtrôn), phải có ba loại mêzôn là mêzôn âm, mêzôn dương và mêzôn trung tính. Mêzôn âm và mêzôn dương chịu trách nhiệm trao đổi lực qua nơtrôn và prôtôn (hoặc nơtrôn phát ra một mêzôn âm, trở thành prôtôn, prôtôn nhận mêzôn này trở thành nơtrôn, hoặc prôtôn phát ra một mêzôn dương, trở thành nơtrôn, nơtrôn nhận mêzôn này trở thành prôtôn). Mêzôn trung tính chịu trách nhiệm trao đổi lực giữa hai hạt nuclôn cùng loại (giữa prôtôn với prôtôn hay giữa nơtrôn với nơtrôn). Cho đến năm 1948 các nhà vật lý mới phát hiện ra ba mêzôn này và gọi chúng là mêzôn

âm, mêzôn

dương, mêzôn

trung tính. Khối lượng của mêzôn

gấp 273 lần khối lượng của điện tử.

Lý thuyết mêzôn đã giải thích một cách thỏa đáng các đặc tính tác động của lực hạt nhân nhưng dù sao cũng thật là khó hình dung là lại có thể biến thành lực đẩy mạnh hơn nữa khi khoảng cách giữa hai hạt nuclôn nhỏ hơn 0,5.10^-13cm, và cũng vì hoàn toàn trái ngược với nhận thức thông thường. K. A. Gladkov, tác giả cuốn sách nổi tiếng có tựa đề “Năng lượng nguyên tử", xuất bản lần đầu tiên vào năm 1958, có viết: “Ta cũng không loại trừ khả năng là lý thuyết mêzôn có thể sẽ sai và các nhà bác học sẽ phải kiên nhẫn xây dựng một lý thuyết mới để giải đáp vấn đề số một của vật lý học hiện đại: bản chất của lực hạt nhân”.

Theo thiển ý của chúng ta, nguyên nhân làm xuất hiện lực hạt nhân dù có vẻ lạ lùng đến mấy chăng nữa thì cũng phải có nguồn gốc sâu xa từ sự xuất hiện lực tương tác cảm ứng kích thích Không Gian

và xảy ra trên nền tảng ấy. Nếu đúng là lực hạt nhân xuất hiện trong quá trình trao đổi mêzôn giữa các hạt nuclôn, thì sự trao đổi ấy xảy ra như thế nào? Chắc chắn các hạt nuclôn không thể hút nhau bằng cách bức xạ mêzôn trực diện vào nhau tương tự như hai cầu thủ chuyền bóng cho nhau trong môn chơi bóng chuyền được. Nhớ lại sự hút nhau của ngôi sao và hành tinh của nó trong Vũ Trụ vĩ mô mà chúng ta suy tưởng ra là nhờ vào sự thu phát bức xạ của chúng, có thể nghĩ rằng lực hạt nhân cũng được sinh ra từ sự thu phát giữa ngôi sao và hành tinh đều được hình thành theo cùng một nguyên tắc, dù rằng về mặt hình thức, hai quá trình có thể rất khác nhau. Nói cách khác, hai lực ấy có cùng bản chất.

Theo một tài liệu, khối lượng của prôtôn:

và của nơtrôn:

Đó là những khối lượng thực sự nhỏ bé. Tuy nhiên nếu đem so chúng với khối lượng hạt

mà chúng ta đã giả định thì chúng là những gã khổng lồ. Nếu đem chia khối lượng của prôtôn và của nơtrôn cho khối lượng của

, chúng ta sẽ biết được ước chừng số lượng hạt

hợp thành prôtôn và nơtrôn. Cụ thể là:

Nếu lấy trung bình thì số hạt

hợp thành hạt nuclôn là khỏang 163437 hạt. Đây là một con số không hề nhỏ với số lượng phần tử hợp thành như thế, đồng thời do yêu cầu về chuyển hóa KG phải tồn tại xoáy nội tại mà có thể coi các nuclôn vận động như là những ngôi sao thu phát bức xạ trong Vũ Trụ ở tầng qui mô hạ nguyên tử.

Hiện nay, theo vật lý học nhận định từ những dữ kiện đã thu thập được thì có thể coi nuclôn phát xạ ra một đám mây mêzôn lượn quanh nó trong một khoảng thời gian cực kỳ ngắn ngủi rồi đám mây mêzôn này lại bị nuclôn hấp thụ trở lại. Quá trình thu - phát đó lặp đi lặp lại liên tục.

Chúng ta đã hình dung ra một cách định tính cơ chế và cách thức thu phát mêzôn của một prôtôn (đang trong vai trò là hạt nhân của nguyên tử Hydrô), đồng thời mô tả quá trình đó trên hình 7/a.

Như chúng ta đã quan niệm, Tự Nhiên Tồn Tại là vốn dĩ như thế và thể hiện ra trước quan sát, nhận thức thành không gian vận động và để đảm bảo cho sự vận động đến tuyệt cùng có khả năng, không gian phải phân định tương đối đến “chân tơ kẽ tóc”. Chính vì thế, mà có vô cùng phong phú các hiện tượng biến ảo đến bất tuyệt. Từ đó có thể thấy, Tồn Tại (tuyệt đối) là duy nhất nhưng tồi tại (tương đối) phải là vô vàn để thể hiện triệt để sự duy nhất ấy. Điều kiện tiên quyết để đảm bảo và đồng thời thể hiện được Tồn Tại là sự không ngừng biến hóa đến cùng tận. Do đó, điều kiện tiên quyết để đảm bảo và thể hiện được tồn tại là sự vận động không ngừng. Như vậy, không thể có bất cứ thực thể nào đang tồn tại trong Vũ Trụ không vận động. Hơn nữa, cần thấy rằng, vì Tồn Tại là vốn dĩ thế cho nên sự biến hóa của Nó (của riêng Nó thôi!) là hoàn toàn tự nhiên, có tính tự thân một cách tuyệt đối, vừa là nguyên nhân, vừa là kết quả của chính nó. Trong khi đó, vì bất cứ sự tồn tại nào cũng là kết quả được tạo ra từ sự biến hóa tuyệt đối ấy cho nên không thể có tồn tại tự thân tuyệt đối (mà chỉ có tồn tại tự thân tương đối và theo qui ước). Nói cách khác, chỉ có bản thân Vũ Trụ và sự vận động của nó là tự thân tuyệt đối, còn tất cả mọi thực thể tồn tại và vận động trong Vũ Trụ đều phải tuân theo nguyên lý nhân - quả.

Hình 7: - a/ Prôtôn tự thu phát mêzôn

b/ Thu phát mêzôn lẫn nhau của hai nuclôn.

Suy ra từ luận điểm triết học nói trên, chúng ta cho rằng prôtôn không thể tự thân phát ra mêzôn rồi hấp thụ lại được. Phải có một nguyên nhân bên ngoài, hay nói cụ thể hơn là phải có một tác động đến prôtôn (với vai trò là hạt nhân của nguyên tử Hydrô) từ môi trường chứa nó (vùng không gian “trong” nguyên tử Hydrô) làm cho nó bị kích thích phát ra mêzôn và sau đó, trong tình trạng “hụt hẫng” đã phải hấp thụ lại chính mêzôn ấy. Vậy tác động ấy xuất phát từ đâu? Theo phán đoán của chúng ta thì chẳng từ đâu khác mà từ chính sự biến động tương tác điện giữa prôtôn và điện tử của nguyên tử Hydrô. Mà sự biến động tương tác này, vì không tự thân xuất hiện được cho nên nó phải là kết quả của sự tương tác giữa nguyên tử Hydrô với môi trường bên ngoài dưới hình thức thu phát trao đổi bức xạ điện từ.

Lý thuyết về nguyên tử của vật lý (được xây dựng trên cơ sở suy ra từ sự đúc kết các kết quả khảo sát trong các thí nghiệm) cho biết: nguyên tử bất kỳ nào (nghĩa là cả nguyên tử Hydrô) cũng đều thu phát bức xạ điện từ. Sự thu phát bức xạ điện từ này có liên quan chặt chẽ đến hành vi của (các) điện tử trong nguyên tử. Nói chung, một điện tử trong nguyên tử luôn xoáy nội tại (có spin) và đồng thời vận động quay quanh hạt nhân. Không phải điện tử chỉ có một trạng thái năng lượng quay duy nhất quanh hạt nhân mà có tương đối nhiều trạng thái. Khó mà hình dung được rõ ràng, dứt khoát hoạt cảnh sống động của hành tung điện tử trong nguyên tử, nhưng một cách đại khái, có thể mường tượng điện tử quay quanh hạt nhân phần nào tương tự như một hòn bi sắt bị ràng buộc vào một trục bằng một sợi dây thun và quay quanh trục ấy. Tùy thuộc vào tốc độ quay của trục ấy mà hòn bi sắt có thể quay quanh trục trên những quĩ đạo khác nhau, được đặc trưng bằng những số chỉ động lượng khác nhau tương ứng của viên bi. Số chỉ giá trị động lượng viên bi sắt trên một quĩ đạo quay nào đó là xác định và được gọi là mức năng lượng của quĩ đạo ấy. Khi vận tốc trục quay biến đổi từ giá trị này sang giá trị khác thì viên bi sắt cũng thay đổi quĩ đạo một cách thích ứng (và động lượng của nó cũng vì thế mà biến đổi theo).

Trong Vũ Trụ vi mô, vì tính hạt của các thực thể KG đã trở nên không còn rõ rệt nữa nên tính quĩ đạo cũng trở nên nhạt nhòa. Đối với vận động của điện tử quanh hạt nhân, có thể dùng “trạng thái vận động” để thay cho từ “quĩ đạo”. Đặc trưng cho mỗi trạng thái vận động là một mức năng lượng xác định. Khi điện tử vận động tương đối ổn định ở một trạng thái nào đó thì nó không thu phát năng lượng (theo quan niệm của chúng ta thì năng lượng chỉ xuất hiện khi có vận động, nghĩa là sau khi có tương tác lực và là sự chuyển hóa nột tại vật mà có). Vì vậy, người ta còn gọi trạng thái vận động của điện tử trong nguyên tử là “trạng thái dừng” và trạng thái dừng có mức năng lượng thấp nhất (điện tử ở gần hạt nhân nhất) được gọi là trạng thái cơ bản. Điện tử ở cách hạt nhân càng xa thì mức năng lượng của nó càng lớn (nói năng lượng ở đây là động năng).

Bình thường, điện tử luôn nó khuynh hướng trở về trạng thái cơ bản. Khi nhận được một năng lượng (khi không có biến đổi khối lượng thì năng lượng toàn phần của vật được giữ nguyên, tuyệt đối chỉ có chuyển hóa ngăng lượng chứ không có sự truyền năng lượng!) nhất định đủ để chuyển đổi trạng thái thì nó sẽ phải thay đổi từ trạng thái có mức năng lượng thấp hơn lên trạng thái có mức năng lượng cao hơn (gọi là mức năng lượng kích thích). Nhưng điện tử không tồn tại lâu ở trạng thái vận động kích thích ấy mà chỉ sau khoảng 10^-8 s, nó lại phát xạ năng lượng (có lẽ trước đó nó đã nhận được bức xạ từ prôtôn) để trở về trạng thái có mức năng lượng thấp hơn nào đó.

Theo ý kiến chúng ta, xu thế bức xạ năng lượng để từ trạng thái vận động có mức năng lượng cao hơn trở về trạng thái vận động có mức năng lượng thấp hơn của điện tử nhằm làm giảm mức độ vận động nội tại của nguyên tử là có tính thường trực và nguyên nhân sâu xa của hiện tượng này có thể tìm thấy ở cái yêu cầu cải thiện chuyển hóa KG trong nội tại nguyên tử cũng như trong nội tại điện tử.

Không thể có thực thể tồn tại ngoài môi trường không gian cũng như không thể ngăn cách được một cách tuyệt đối bất cứ thực thể nào với môi trường đang chứa nó. Khi nói một thực thể nào đó, trong tình trạng cô lập hoàn toàn với môi trường đang chứa nó thì đó chỉ có ý nghĩa tương đối. Đối với nguyên tử Hydrô cũng vậy. Giả sử rằng trong một khoảng thời gian nào đó, một nguyên tử Hydrô ở trong tình trạng cô lập như thế, nghĩa là trong trong tình trạng hoàn toàn không trao đổi bức xạ điện từ với môi trường xung quanh và thực sự định xứ trong không gian. Lúc này, coi như nội tại nguyên tử Hydrô hoàn toàn tự thân vận động để duy trì sự tồn tại của bản thân nó tương tự như một… Vũ Trụ, hay cũng có thể tương tự như nội tại hạt

trong khoảng thời gian định xứ. Nếu gọi khối lượng của nguyên tử Hydrô là m_H thì lực lượng toàn phần của nó là m_Hc² và trong trạng thái nó bị cô lập hoàn toàn, lực lượng toàn phần ấy bất biến. Dù ở trạng thái cô lập hoàn toàn thì để duy trì sự tồn tại của mình, nguyên tử Hydrô không thể không vận động nội tại.

Bất cứ một thực thể nào định xứ trong không gian đều vận động nội tại một cách cân bằng, nghĩa là vận động đó có tính điều hòa theo chu kỳ và được duy trì lâu dài một cách tự thân. Như vậy, có thể hình dung vận động nội tại của một thực thể cô lập hoàn toàn với môi trường xung quanh như là một sự xoáy nào đó, gọi chung là “xoáy Không Gian”. Hơn nữa, cần phải đi đến nhận định rằng đặc trưng cơ bản, có tính phổ quát đối với vận động nội tại của mọi thực thể KG trong tình trạng bị cô lập chính là sự xoáy Không Gian. Đối với vận động nội tại của nguyên tử Hydrô cô lập mà chúng ta đang xét cũng không thể ngoại lệ và một cách hình thức còn có thể biểu diễn toán học về sự xoáy Không Gian của nó như sau:

Với: d_H là đường kính biểu kiến của nguyên tử Hydrô cô lập.

t_H là chu kỳ xoáy nội tại của nguyên tử Hydrô cô lập.

a_tmax là gia tốc tiếp tuyến cực đại của sự xoáy.

c_H là chu vi biểu kiến của nguyên ử Hydrô cô lập.

Có thể biến đổi lại biểu diễn trên để có thêm biểu diễn:

Với: a_ht là gia tốc hướng tâm cực đại của xoáy nội tại Hydrô.

là gia tốc cực đại của xoáy nội tại Hydrô.

s_H là diện tích mặt “khối cầu” Hydrô

Trong thực tại, vì nguyên tử Hydrô là thực thể được hợp thành bởi một điện tử và một prôtôn, nên vận động xoáy nội tại của Hydrô chính là tổng hợp vận động xoáy nội tại của hai hạt thành phần ấy và vận động quay quanh nhau của chúng. Như vậy, nhớ lại biểu diễn năng lượng toàn phần của một thực thể bằng tổng nội năng và động năng của nó, và gọi m_oH là khối lượng nội tại của Hydrô, gọi v_H là vận tốc chu vi trung bình biểu kiến và

là vận tốc góc xoay của Hydrô quanh trục của nó, thì chúng ta có một biểu diễn nữa về vận động nội tại của Hydrô là:

Có lẽ không thể khác, phải rút ra được từ đó:

m_oH=m_oe+m_op

m_Hv_H²=m_ev_e²+m_pv_p²

Và vì:

Nên cuối cùng:

Với: m_oe là khối lượng nội tại của điện tử.

m_op là khối lượng nội tại của prôtôn.

v_e là vận tốc chu vi của điện tử.

v_p là vận tốc chu vi của prôtôn.

d₁ là khoảng cách từ điện tử đến trọng tâm Hydrô.

d₂ là khoảng cách từ prôtôn đến trọng tâm Hydrô.

m_e là khối lượng “thật” của điện tử.

m_p là khối lượng “thật” của prôtôn.

Như đã nói, tất cả những biểu diễn trên đều nặng tính hình thức vì chúng ta đã diễn tả vận động nội tại của nguyên tử Hydrô trong không gian vi mô phi Ơclit như vận động nội tại của một hệ thống hành tinh hiện hữu trong tầng không gian vĩ mô thuần Ơclit, đồng nhất và đẳng hướng. Tuy nhiên, nếu chỉ chú ý đến mặt lực lượng KG thôi thì về nguyên tắc, kể ra cũng ổn.

Chúng ta cho rằng, càng đi sâu về hướng vi mô, tính mạng khối của môi trường không gian càng thể hiện ra rõ rệt.

Do đó và cũng do tính đồng nhất và đẳng hướng lặn khuất dần đi mà các thực thể KG không còn được thấy như những khối cứng chuyển động di dời theo một quĩ đạo có thể xác định rõ ràng mà như những dòng chảy lan, uốn lượng tương đối rối loạn làm cho không thể xác định được quĩ đạo một cách rõ ràng được nữa. mặt khác do tính bất đẳng hướng của không gian phi ơclit cũng như yêu cầu đòi hỏi phải chuyển hóa KG kịp thời mà hình ảnh vận động của các hệ hành tinh trong Vũ Trụ vi mô sẽ rất khác so với hình ảnh vận động của các hệ hành tinh trong Vũ Trụ vĩ mô. Hệ hành tinh điện tử - prôtôn đóng vai trò nội tại của nguyên tử Hydrô cũng vậy.

Trong trường hợp giả tưởng là Hydrô hoàn toàn bị cô lập với môi trường không gian chứa nó, điện tử và prôtôn hợp thành nó coi như tự thân xoáy nội tại và đồng thời, vận động quay quanh nhau. Do khối lượng prôtôn rất lớn so với khối lượng điện tử nên một cách tương đối, có thể cho rằng prôtôn định xứ và chỉ xoáy nội tại, còn điện tử trông như một bó dây, hay theo các nhà vật lý mô tả, trông như một đám mây uốn lượn, vận động di dời quanh prôtôn trong một trạng thái ổn định, không đổi về mức năng lượng.

Vận động tự thân là tự nhiên như thế, là vốn dĩ thế rồi, nghĩa là nó không tuân theo nguyên lý nhân quả. Thế nhưng xem xét theo một góc độ khác thì vận động tự thân cũng không thoát ra ngoài vòng nhân quả. Chỉ có điều phải coi đây là trường hợp đặc biệt: vận động tự thân vừa là nguyên nhân vừa là kết quả của tồn tại. Tồn Tại là sự thể hiện do đó mà có vận động, vận động là để đảm bảo và duy trì tồn tại. Vậy, có thể nói, hệ vận động tự thân điện tử - prôtôn vận động để đáp ứng sự chuyển hóa KG của nội tại Hydrô.

Nhưng tại sao điện tử và prôtôn liên kết, quay quanh nhau, hay nói tương đối là điện tử lại quay quanh prôtôn được? Tại sao điện tử lại phải xử sự như thế chứ không theo cách khác? Phải chăng là do hai hạt mang điện tích trái dấu đã chuyển biến miền không gian giữa chúng và do đó, làm xuất hiện một hiệu ứng hút điện từ lẫn nhau? Nếu có thế thì cũng vẫn chưa đủ yếu tố vì chỉ với lực hút ấy thôi, điện tử dễ dàng “đâm sầm” vào prôtôn, mà trong thực tại đâu thấy xảy ra như thế. Vậy thì phải còn ít ra là một yếu tố nữa để cùng với hiệu ứng hút điện từ hợp thành nên nguyên nhân rực tiếp làm cho điện tử vận động quay quanh prôtôn.

(Còn tiếp)

-----------------------------------------------------------

Đại Chúng

Trang

Thứ Năm, 23 tháng 12, 2021

TT&HĐ V - 46/h

Upanishad

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét

Tìm kiếm thông tin trong blog