Bản đồ Miền đất Vô hình - Phần 2

CHUYẾN THÁM HIỂM I

Đứng cho vững, đừng say sóng

Một con thuyền, nó làm bằng gì chứ – Hải âu, cá heo và nhiễu động – Một bài học từ hoa tiêu – Một số thủy thủ hoài nghi, không kiên nhẫn giong buồm – Hoa tiêu vẫn đi tới, cùng với laser – Các thủy thủ bị thuyết phục – Không phải loại lĩnh vực quen thuộc của bạn – Khoảng cách ngắn, năng lượng cao và mối liên hệ giữa chúng – Tầm quan trọng của việc bạn chọn đường đi

Bản đồ Miền đất Vô hình

1

Căng buồm

Đã có một con tàu nhỏ nhưng chịu được sóng gió, với một thủy thủ đoàn lộn xộn gồm các nhà vật lí chuyên nghiệp và những kẻ nghiệp dư hiếu kì, chúng ta căng buồm thôi. Khoang tàu chứa đầy nhu yếu phẩm, một mớ lộn xộn gồm trang thiết bị khoa học lẫn đàn ghita. Ta đã có một số lí thuyết để kiểm tra, và ta cần dữ liệu. Giống như Darwin trên chuyến đi của con tàu Beagle, ta hi vọng tìm thấy bản thân mình sẽ được tiến bộ bởi chuyến đi đến những đất nước xa xôi.

Ta tiến vào vùng biển bí ẩn của cái vô cùng nhỏ từ phía tây. Trên bản đồ của chúng ta, những đường nét ở phía tây là những vật ở cấp độ con người. Khi ta giong buồm đông tiến, ta sẽ thu mình nhỏ dần, nhìn từ cột buồm trên tàu của chúng ta vào trái tim của vật chất, lập bản đồ cái vô hình.

Phần lớn mọi thứ được làm bằng những thứ nhỏ hơn. Con tàu của chúng ta được làm bằng gỗ, kim loại, sợi thủy tinh. Chẳng cần tốn sức cũng thấy được bản thân những vật liệu này được làm bằng chất liệu nhỏ hơn: những thớ gỗ, sợi thủy tinh, plastic. Sợi thủy tinh, bề dày bằng sợi cotton, được làm bằng silica. Mỗi một sợi trong số này được làm bằng các nguyên tử silicon liên kết với các nguyên tử oxygen, với hai nguyên tử oxygen ứng với mỗi nguyên tử silicon – silicon dioxide. Một nguyên tử silicon nhỏ hơn một tỉ lần so với bề dày của sợi thủy tinh. Nếu mỗi nguyên tử silicon có kích cỡ bằng một hạt đậu trong gian bếp của con tàu, thì sợi thủy tinh sẽ có đường kính gần bằng Trái Đất.

Mỗi nguyên tử silicon gồm một hạt nhân với mười bốn electron vây xung quanh, mỗi electron mang điện tích âm. Hạt nhân silicon có điện tích dương bằng mười bốn lần điện tích electron, vì thế mà có mười bốn electron bám lấy nó. Đó là một loại cấu hình quen thuộc. Hệ Mặt Trời có tám hành tinh (cùng một số thiên thạch và vẩn thạch) quay xung quanh Mặt Trời ở giữa. Cũng thú vị nếu bạn hình dung nguyên tử silicon như một Hệ Mặt Trời nhỏ xíu, với mười bốn hành tinh-electron nhỏ bé quay xung quanh hạt nhân. Nhưng như chúng ta sẽ khám phá, các electron không phải những hành tinh nhỏ bé, chúng thực sự là cái gì đó khá mới mẻ và khác biệt.

Khi tàu của chúng ta căng buồm đông tiến, và chúng ta thu nhỏ kích cỡ dần dần, thế giới xung quanh chúng ta biến đổi. Phần lớn những định luật có thể dự báo chi phối những vùng đất mà chúng ta đi qua hóa ra chỉ được tuân thủ ở mức trung bình, electron và những vật thể khác mà chúng ta gặp phải đều khác hoàn toàn với những thứ nổi bật mà ta đã quen thuộc ở phía tây.

Vì những lí do liên quan đến chuyện này, ở những mặt sẽ được làm rõ hơn trong chuyến đi, khả năng nhìn thấy những mảnh càng lúc càng nhỏ hơn của vật chất đòi hỏi những chùm hạt – tương đương như kính hiển vi – có năng lượng càng lúc càng cao hơn. Điều này có nghĩa là tiền phương của cái rất nhỏ cũng trở thành tiền phương của năng lượng cao. Điểm quan trọng của năng lượng trong vật lí hạt là sự tập trung năng lượng vào một không gian nhỏ, hay tương đương, vào một số lượng nhỏ hạt. Do vậy, một bản đồ về năng lượng cao và khoảng cách ngắn cũng cho ta biết về nền vật lí của vũ trụ rất xa xưa: những thời khắc nóng bỏng, dày đặc ngay sau Big Bang. Trong vài thời khắc đầu tiên đó, năng lượng trong một thể tích cho trước bất kì của không gian cao đến mức những thành phần nhỏ nhất của vật chất cũng phải nằm phơi thây trơ trẽn.

Để hiểu được toàn bộ câu chuyện đó, trước tiên ta cần tìm xem cái gì cư trú trong thế giới mới lạ này. Ta có thể tìm thấy gì bên trong một nguyên tử? Hiện nay, toàn bộ những gì chúng ta biết là những thứ mà ta tìm thấy sẽ rất nhỏ, và ta cần rất nhiều năng lượng để truy xuất chúng. Nhưng ta sắp đi đâu đây? Ta đang đi tới những vùng biển lạ nào, và những định luật nào áp dụng được, nếu có thể? Nơi bắt đầu chuyến thám hiểm đầu tiên của chúng ta nằm trong hải cảng đầu tiên khá an toàn mà ta nhận ra từ xa – Cảng Electron, trên bờ biển lạ của một hòn đảo chưa biết tên.

Bản đồ Miền đất Vô hình - Jon Butterworth
Bản dịch của Thư Viện Vật Lý
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 11)
09/04/2018
Tương đương khối lượng-năng lượng Phương trình nổi tiếng nhất thế giới vật lí học cho ta biết rằng khối lượng và
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 10)
26/03/2018
Nguyên tử cơ học lượng tử Bất chấp những nỗ lực tột bậc của Rutherford và Bohr, những phương diện nhất định của cấu
Nguyên tố Rhodium
22/03/2018
Rhodium là một nguyên tố kim loại màu trắng bạc có ánh kim cao và chống ăn mòn. Nó được xem là kim loại quý hiếm nhất và giá
Hội nghị giảng dạy vật lý toàn quốc lần thứ IV - năm 2018 tại Đà Nẵng
17/03/2018
Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng phối hợp với Hội Giảng dạy Vật lí thuộc Hội Vật lí Việt Nam và Vụ
Stephen Hawking: 1942-2018
15/03/2018
Nhà vũ trụ học Stephen Hawking đã tạ thế hôm 14 tháng Ba 2018 tại nhà riêng của ông ở Cambridge, Anh. Ông nổi tiếng thế giới
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 9)
13/03/2018
Cấu trúc nguyên tử của Rutherford Lưỡng tính sóng-hạt chứng minh rằng thuyết lượng tử không những áp dụng được cho ánh
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 8)
12/03/2018
Lưỡng tính sóng-hạt Vào đầu thập niên 1920, bằng chứng rằng ánh sáng có các đặc tính vừa là sóng vừa là hạt đã được
ADN của nhà du hành vũ trụ thật sự bị biến đổi trong không gian
12/03/2018
Kết quả thu từ chương trình nghiên cứu Twins Study của NASA xác nhận: ADN của nhà du hành vũ trụ Scott Kelly bị biến đổi sau

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com