TT&HĐ V - 47/l

 

 

HÀNH TRÌNH ĐẾN TẬN CÙNG VŨ TRỤ #2 | Thư Viện Thiên Văn

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 VIII (XXXXVII): NÓNG – LẠNH

“Nhiệt thể hiện ở chuyển động của các hạt vật chất.”

M.V. Lômônôxốp

 

“Tính chất kỳ lạ nhất của năng lượng là khả năng biến đổi của nó. Một trong những dạng phổ biến nhất của năng lượng trong tự nhiên là năng lượng chuyển động hay động năng. Năng lượng nhiệt là nguồn dự trữ động năng của các phân tử hoặc nguyên tử chuyển động hỗn loạn và liên tục.”

K.A Gladkov

 

"Tôi thích sự ngu dốt nhiệt tình hơn là sự thông thái thờ ơ".

Anatole France

 

"Trong sâu thẳm mùa đông, cuối cùng tôi cũng hiểu được trong tôi có mùa hè bất diệt".

Albert Camus

 

" Phần lớn con người sống cuộc đời tuyệt vọng trong im lặng, và rồi xuống mồ khi trong mình vẫn còn vang điệu nhạc".

Henry David Thoreau

 

"Không có đam mê, bạn không có năng lượng; không có năng lượng, bạn không có cái gì. Không có gì tuyệt vời trên thế giới được làm xong mà không có đam mê trong đó".

Donald Trump

 

"Hãy nuôi dưỡng hy vọng vì không có hy vọng sẽ không có nhiệt huyết. Nhiều khi chỉ cần một tia hy vọng cũng làm rực sáng cả bầu nhiệt huyết trong lòng người, soi rọi những thành quả lớn lao".

NTT

 

"Không thể tưởng tượng ra một Vũ Trụ vô tỉ! Chỉ khi nào vật lý học thừa nhận rằng các hằng số Vũ Trụ phải là những con số xác định (không vô tỉ), thì lúc đó nó mới có khả năng nhận thức được chân xác Vũ Trụ".

NTT 

 

  
(Còn tiếp)

Khi một số đông bức xạ điện từ phải lan truyền (vì không thể không lan truyền theo yêu cầu về bảo toàn chuyển hóa KG) trong một vùng chân không đã bị cô lập thì chúng không còn được lan truyền tự do nữa mà mang tính cưỡng bức, thường xuyên thay đổi hướng và chuyển hóa qua lại giữa vận động tịnh tiến và vận động xoáy. Tùy thuộc vào mật độ bức xạ điện từ trong vùng chân không cô lập mà tác động cưỡng bức (kích thích) đến sự vận động mà từng bức xạ điện từ, tính một cách trung bình cao hay thấp, nhiều hay ít…, thể hiện thông qua các thông số trạng thái: áp suất, thể tích, nhiệt độ. (Chú ý, cần phải thấy rằng đến một tầng nấc vi mô nào đó, sẽ không còn cảm nhận nhiệt độ, áp suất...nữa. Có lẽ trong tương lai, phải xây dựng một nền tảng nhận thức khác!...)

Xét ở góc độ về nhịp điệu chuyển hóa KG, vận động của một bức xạ điện từ, dù là trong vùng kg cô lập bị kích thích mạnh, miễn nó vẫn là nó (vẫn đảm bảo được sự liên kết nội tại), thì tần số của nó vẫn không đổi. Tính đối xứng của vùng chân không bị cô lập cùng với tổng hòa vận động của số đông các bức xạ điện từ sẽ dẫn đến hình thành một vùng môi trường cân bằng động, hay nhìn ở góc độ khác là một hệ cô lập có nội tại ở trạng thái cân bằng nhiệt động.

Theo chúng ta quan niệm, thực thể đóng vai trò lượng tử nhỏ nhất có thể tồn tại lâu dài một cách độc lập của bức xạ điện từ là hạt . Nó tồn tại dưới hai dạng cơ bản là một điểm xoáy (hạt xoáy) khi định xứ và là một dây sóng khi lan truyền với vận tốc c. Có thể biểu diễn toán học hai dạng ấy:

Với cũng mang nội dung năng lượng toàn phần

   m₁ khối lượng của

      

Quan niệm như thế sẽ phải dẫn đến cho rằng hạt không phải là bức xạ điện từ dù “quĩ đạo” lan truyền của nó cũng có dạng sóng. Vậy tần số cực đại trong Vũ Trụ không phải là tần số vận động nội tại của mà chính là tần số của .

Giả sử có k hạt  rời rạc hợp thành một luồng bức xạ điện từ lan truyền đồng hướng trong chân không thì có thể viết:

và hiểu rằng, một khi thấy năng lượng toàn phần của luồng bức xạ điện từ ấy tăng hoặc giảm thì có nghĩa là số lượng các hạt  đã được thêm vào hoặc bớt đi.

Nhưng nếu k hạt ấy có mối liên kết nào đó với nhau hợp thành một thực thể bức xạ điện từ thì không thể biểu diễn:

Biểu diễn như thế sẽ dẫn đến ngộ nhận rằng, sự tăng giảm tần số dẫn đến sự tăng giảm về khối lượng của thực thể bức xạ điện từ hoặc ngược lại, một cách tỷ lệ thuận. Nhưng trong thực tại đã không xảy ra như thế. Trong môi trường mở và thuần nhất, một thực thể bức xạ điện từ, tùy thuộc vào năng lượng toàn phần của nó mà có một giá trị tần số xác định, và giá trị này không đổi. Theo quan niệm của chúng ta thì lượng tử nhỏ nhất của bức xạ điện từ là . Biểu diễn toán học về nó chỉ ra rằng năng lượng toàn phần của nó là lượng năng lượng nhỏ tuyệt đối nhưng tần số mà nó mang lại có giá trị cực đại tuyệt đối trong Vũ Trụ thực tại. Từ đó suy ra: một thực thể bức xạ điện từ có năng lượng toàn phần (hay khối lượng) lớn hơn của thì tần số của nó phải nhỏ hơn tần số của . Không thể có chuyện trong hai thực thể bức xạ điện từ, thực thể nào có khối lượng (hay tần số) lớn hơn thì tần số (hay khối lượng) của nó cũng lớn hơn của thực thể kia. Nghĩa là quá trình làm hình thành nên các thực thể bức xạ điện từ phải tuân theo qui luật khối lượng tỷ lệ nghịch với tần số.

Vì có thể viết:

Và:

Nên:

Khi cho rằng:

Thì:

Từ đó, đối với  có thể biểu diễn:

Suy ra:

Năm 1924, nhà vật lý học người Pháp tên là Louis De Broghe đã có ý tưởng tách bạch, mở rộng quan niệm sóng – hạt về ánh sáng và cho rằng không chỉ ánh sáng mà nói chung, mọi hạt vật chất đều mang tính sóng. Nếu có thể thì các công thức mô tả tính chất sóng của các hạt và tính chất sóng của ánh sáng phải trùng nhau. Từ đó, ông nêu ra giả thuyết:

Chuyển động của một hạt tự do với xung lượng p=mv và năng lượng (động năng) E được biểu diễn bằng một sóng phẳng lan truyền theo phương chuyển động của hạt với bước sóng và tần số thỏa mãn hệ thức:

    

Từ hai hệ thức đó có thể suy ra được: , với .

Sóng phẳng vậtchất đó được gọi là sóng De Broglie (sóng D.B). Sự tồn tại của nó đã được thực nghiệm vật lý xác nhận.

Từ biểu thức suy ra vừa rồi của chúng ta cũng dẫn đến giả thuyết về sự tồn tại (ảo) của sóng DB.

Louis de Broglie
Sinh	15 tháng 8, 1892 Dieppe, Pháp
Mất	19 tháng 3, 1987 (94 tuổi) Louveciennes, Pháp
Ngành	Vật lý học
Nổi tiếng vì	Tính chất sóng của electron de Broglie wavelength
Giải thưởng	Giải Nobel Vật lý (1929)

Sự chuyển hóa qua lại giữa động năng của một vật và nội năng của nó gợi nên ý niệm (dù là giả tưởng): động năng cực đại của một vật bằng năng lượng toàn phần của nó. Ý niệm cho thấy vì sao Broglie xuất phát từ một phán đoán đúng, thông qua một dẫn dắt ngộ nhận lại đi đến một kết quả đúng.

Giả sử có một thực thể có khối lượng m_v, có năng lượng toàn phần hay động năng cực đại E=m_vc². Hoàn toàn có thể viết biểu thức suy ra của chúng ta cho m_v:

Suy ra:

Hay:

Vì cho rằng thực thể đó đang chuyển động với vận tốc v nào đó và nó vẫn là nó (nghĩa là liên kết nội tại của nó chưa bị phá vỡ) nên khối lượng m_v vẫn được bảo toàn hay nói cách khác là không đổi, do đó chỉ còn một khả năng xảy ra:

Cuối cùng:

Khi bức xạ  từ chân không lan truyền vào môi trường chiết quang hơn thì tốc độ của nó giảm xuống từ c còn c'. Gọi bước sóng và chu kỳ của bức xạ trong chân không là và . Trong môi trường chiết quang hơn, hai giá trị bước sóng và chu kỳ ấy chuyển biến thành và .

Để tiếp tục tìm hiểu vì sao h*=h.10²⁰, trước hết, chúng ta viết lại hai biểu thức (1’) và (2’) trong số 6 biểu thức mà chúng ta đã từng thiết lập được và cho rằng chúng rất cơ bản, với điều kiện :

Và:

Với là quãng đường lan truyền tịnh tiến đạt được trong chân không của sau khoảng thời gian .

X₁ là quãng đường lan truyền tịnh tiến đạt được trong môi trường chiết quang hơn của sau khoảng thời gian t₁ (đo theo đơn vị thời gian trong môi trường chiết quang ấy).

v có thứ nguyên vận tốc, nhưng không phải là vận tốc thực của một vật nào mà chỉ đóng vai trò như số chỉ mức vận động (hoạt động) hay sự cản trở vận động… của môi trường chiết quang đang xét. Nếu qui ước mức cản trở vận động trong chân không bằng 0 thì mức đó trong môi trường chiết quang đang xét là bằng v.

Khi môi trường chiết quang là thuần nhất và mở (không cô lập) thì v tương đối nhỏ, do đó sự chênh lệch giữa và , giữa và  ít, có khi không đáng kể và có thể cho .

Khi môi trường là một vùng kg bị cô lập hoàn toàn một cách lý tưởng (nhớ là không thể tuyệt đối được!) và trong đó gồm số đông các hạt , thì mức chiết quang trong môi trường ấy tăng vọt có tính đột biến, và tính thuần nhất bị thay thế bằng tính nhiễu loạn (hỗn loạn), làm cản trở nghiêm trọng đến tốc độ lan truyền tịnh tiến của . Tuy nhiên, sự chuyển hóa KG kịp thời là không thể vi phạm được, cho nên mức độ vận động của  vẫn được bảo đảm, nghĩa là đại lượng m_vc² của nó vẫn bảo toàn. Vì v tăng rất cao nên c' giảm xuống rất thấp làm cho lượng động năng tịnh tiến của cũng suy giảm mạnh theo. Nhưng vì chuyển hóa KG là không thể trì hoãn được nên coi như lượng động năng suy giảm đó đồng thời cũng nhanh chóng chuyển hóa thành năng lượng xoáy nội tại của  (thành phần m₀₁c²), và vận động này trở nên nổi trội, thể hiện “lấn át” vận động tịnh tiến của . Muốn thế, phải suy đoán rằng, sự cản trở đến lan truyền bức xạ điện từ của một môi trường có nguyên nhân từ mật độ vật chất và vận động vật chất trong môi trường ấy, và được “phân ra” thành hai thành phần có mối quan hệ nhân quả mật thiết với nhau. Một thành phần có tác dụng chủ yếu cản trở sự lan truyền thẳng và thành phần kia có tác dụng cản trở sự lan truyền xoáy của bức xạ điện từ. Khi sự cản trở lan truyền tịnh tiến của bức xạ điện từ tăng lên thì sự cản trở lan truyền xoáy của bức xạ điện từ giảm xuống và ngược lại. Có thể dựa vào biểu thức cơ bản (4) trong trường hợp để biểu diễn sự cản trở ấy như sau:

với: M là mức cản trở tổng hợp của môi trường

       : mật độ vật chất của môi trường

       V_m: thể tích của môi trường

       m: tổng khối lượng vật chất trong môi trường

       mc²: năng lượng toàn phần của môi trường

       V: số chỉ mức độ cản trở lan truyền tịnh tiến của bức xạ điện từ

      U: số chỉ mức độ cản trở lan truyền xoáy của bức xạ điện từ

Trong chân không, V=0, do đó U=C, suy ra bức xạ điện từ truyền thẳng. Trong vùng chân không hạn định và bị cô lập, số đông lượng hạt trong đó làm ảnh hưởng mạnh đến V và U, có thể làm đạt đến tình trạng U=0, do đó V=C, nghĩa là tất cả các hiện diện trong môi trường đó đều định xứ và xoáy hết khả năng.

Tình trạng đó rõ ràng là lý tưởng, phi thực! Dù sao thì cũng có thể rút ra kết luận: vận động nội tại của một hệ cô lập, ít nhiều gì cũng đều có tính xoáy. 

Như vậy, trong chân không, xét về mặt cản trở U, có thể nói là mức chiết quang đạt cực đại, và mọi môi trường khác chân không, về mặt cản trở U, đều kém chiết quang hơn, đó là những môi trường kg bị cô lập, chứa số đông bức xạ điện từ, là những môi trường kém chiết quang nhất.

Trên cơ sở hình dung đó và đặt  thì sẽ suy đoán ra biểu thức:

                    

Nếu C' là tốc độ lan truyền tịnh tiến của thì C'' là tốc độ xoáy của nó. Có thể thấy khi U< thì C''>>C', nghĩa là có thể có trường hợp dù C'' vẫn nhỏ hơn C nhưng coi như xấp xỉ bằng C. Khi , tỷ số dù vẫn nhỏ hơn 1 thì cũng “rất gần” với 1. Có thể biểu diễn sự rất gần ấy là:

                                     Chúng ta tin rằng, trong hệ cô lập chứa một mol hạt có trạng thái cân bằng nhiệt động và ở điều kiện tiêu chuẩn, tần số trung bình và bước sóng trung bình của các hạt , nếu đem “quy đổi” ra theo số đo thời gian và khoảng cách trong môi trường chân không, thì chính xác là:
                       

Đó chính là nguyên nhân sâu xa làm xuất hiện mối quan hệ:

Chúng ta đã có một phát hiện về sự biểu hiện lạ lùng nhưng kỳ diệu của lượng tử .

Trước hết, chúng ta nhắc lại:

Từ đó, chúng ta dò được một biểu diễn mới:

Và:         

Chưa hết lạ lùng vì còn có:

và:           2,88²=8,2944

Theo qui ước về thang đo nhiệt độ và thực nghiệm vật lý chỉ ra số chỉ nhiệt độ của một mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn thì có thể phân bố lại 10¹⁰ sao cho phù hợp với thực nghiệm vật lý như sau:

Nghĩa là:

Vậy thì hằng số Bônzman cũng được xác định:

Ôi, Thực Tại và Hoang Đường, tưởng là muôn trùng cách biệt mà sao gần gũi nhau đến thế! Phải chăng, khi đã đắm đuối yêu tin thì Hoang Đường là thực tại, và khi sự yêu tin ấy đã rạn vỡ thì Thực Tại cũng bỗng chốc trở nên Hoang Đường?! Mới hay, chân lý khách quan nhiều khi cũng trú ngụ ở những nơi tầm thường, đơn giản nhất. Nhưng chính ở những nơi ấy, chân lý lại ít bị phát giác nhất và nếu có bị nhận diện thì cũng thường là hời hợt qua loa. Chắc rằng từ xưa tới nay, chưa có một nhà triết học nào lại có ý định tìm chân lý ở phép nhân 1x1=1²=1.

Để tưởng thưởng cho sự phát hiện ra một biểu hiện lạ lùng và tuyệt diệu của tự nhiên ở trên, và cũng để giải lao cho đỡ mệt mỏi, chúng ta ngâm bài thơ:

TUYỆT TÁC

Nếu ai hỏi bông hoa nào thắm nhất

Thì anh nói rằng bông hoa đó là em

Chẳng phải bông hồng, bông huệ, bông sen

Bông bạc, bông vàng, bông kim cương chăng nữa

Nếu trời bảo cho anh hai người vợ.

Anh chọn vợ rồi lại sẽ lựa thêm em.

Khuôn mặt thanh xuân tỏa ngát êm đềm

Làn tóc vén hờ khéo khoe vầng trán mịn

Ánh mắt trong veo thoáng vương buồn thánh thiện

Bầu má trinh nguyên chan chứa hiền ngoan.

Chiếc mũi thon vẽ lên nét đoan trang

Đôi môi thắm đã đến thời ngọt lịm

Khi em cười là lộ niềm e thẹn

Vì cố giấu đi hàng răng trắng tinh khôi

Cổ em cao, tròn lẳn, mướt ánh ngời

Vươn ngạo nghễ say sưa vầng nhật nguyệt

Tượng Vệ Nữ còn đôi khi tỳ vết

Em tiên giáng trần, toàn bích những đường cong.

Trên đời này thắm nhất là bông em

Hiển hiện bên đường, có biết mình rực rỡ?

Mà rúc rích cười hồn nhiên trong lá, cỏ

Chưa lọt mắt ai nên chưa biết đợi chờ!

Khách vãng lai nào có thể ngờ

Bên vệ đường có bông hoa tươi thắm

Người ta đến chỉ dừng chân đứng ngắm

Cảnh sắc đẩu đâu, non nước tít xa vời…

Họ biết đâu rằng tuyệt tác rất gần thôi!

Tầm quan trọng đặc biệt của điều vừa phát hiện ra là ở chỗ nó đã mách bảo cho chúng ta biết rằng, thực sự có mối quan hệ sâu sắc giữa hiện tượng chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí và hiện tượng nhiễu loạn bức xạ điện từ. Thậm chí, sự phát hiện ấy đã hé lộ về bản chất đích thực của nhiệt và nhiệt độ.

(còn tiếp)
---------------------------------------------------------------