Từ đa vũ trụ đến lỗ đen, đây là bảng gian lận của bạn về khía cạnh ma quái của vũ trụ.
1. Thế giới lượng tử bị vón cục
Thế giới lượng tử có rất nhiều điểm chung với giày. Bạn không thể chỉ đến một cửa hàng và chọn một đôi giày thể thao phù hợp với đôi chân của mình. Thay vào đó, bạn buộc phải chọn giữa các cặp có kích thước định trước.
Thế giới hạ nguyên tử cũng tương tự như vậy. Albert Einstein đã giành được giải thưởng Nobel vì đã chứng minh rằng năng lượng là lượng tử hóa. Cũng giống như bạn chỉ có thể mua giày với số lượng gấp rưỡi kích thước, do đó năng lượng chỉ đến ở bội số của cùng một “lượng tử” – do đó có tên là vật lý lượng tử.
Lượng tử ở đây là hằng số Planck , được đặt theo tên của Max Planck, cha đỡ đầu của vật lý lượng tử. Ông ấy đang cố gắng giải quyết một vấn đề với sự hiểu biết của chúng ta về các vật thể nóng như mặt trời. Những lý thuyết tốt nhất của chúng tôi không thể phù hợp với những quan sát về năng lượng mà chúng tạo ra. Bằng cách đề xuất rằng năng lượng được lượng tử hóa, ông đã có thể đưa lý thuyết phù hợp với thực nghiệm.
2. Một cái gì đó có thể vừa là sóng vừa là hạt
Thomson đoạt giải Nobel năm 1906 nhờ phát hiện ra rằng electron là các hạt. Tuy nhiên, con trai của ông, George đã đoạt giải Nobel năm 1937 vì đã chỉ ra rằng các electron là sóng. Ai đã đúng? Câu trả lời là cả hai. Cái gọi là đối ngẫu sóng-hạt này là nền tảng của vật lý lượng tử. Nó áp dụng cho ánh sáng cũng như các điện tử. Đôi khi, việc nghĩ về ánh sáng như một sóng điện từ sẽ hữu ích hơn, nhưng những lúc khác, việc hình dung nó dưới dạng các hạt gọi là photon sẽ hữu ích hơn.
Một kính thiên văn có thể tập trung sóng ánh sáng từ các ngôi sao xa xôi, và cũng có thể đóng vai trò như một cái xô ánh sáng khổng lồ cho việc thu thập photon. Điều đó cũng có nghĩa là ánh sáng có thể tạo ra áp suất khi các photon đập vào một vật thể. Theo Rusty Schweickart, Chủ tịch Quỹ B612, đây là thứ chúng ta đã sử dụng để đẩy tàu vũ trụ với cánh buồm mặt trời và có thể khai thác nó để điều động một tiểu hành tinh nguy hiểm khi va chạm với Trái đất , theo Rusty Schweickart, Chủ tịch Quỹ B612.
3. Đối tượng có thể ở hai nơi cùng một lúc
Đối ngẫu sóng-hạt là một ví dụ của sự chồng chất . Đó là, một đối tượng lượng tử tồn tại ở nhiều trạng thái cùng một lúc. Ví dụ, một electron vừa ‘ở đây’ và ‘ở đó’ đồng thời. Chỉ một lần chúng tôi thực hiện một thử nghiệm để tìm ra vị trí mà nó sẽ lắng xuống thành cái này hay cái kia.
Điều này làm cho vật lý lượng tử tất cả về xác suất. Chúng ta chỉ có thể nói một đối tượng có nhiều khả năng ở trạng thái nào nhất khi chúng ta nhìn vào. Các tỷ lệ cược này được gói gọn trong một thực thể toán học được gọi là hàm sóng. Việc thực hiện một quan sát được cho là làm ‘sụp đổ’ hàm sóng, phá hủy sự chồng chất và buộc vật thể chỉ ở một trong nhiều trạng thái có thể có của nó.
Ý tưởng này nằm sau thí nghiệm tư duy về mèo nổi tiếng của Schrödinger . Một con mèo trong hộp kín có số phận của nó liên quan đến một thiết bị lượng tử. Vì thiết bị tồn tại ở cả hai trạng thái cho đến khi thực hiện phép đo, con mèo đồng thời sống và chết cho đến khi chúng ta nhìn.
4. Nó có thể dẫn chúng ta đến một đa vũ trụ
Ý tưởng cho rằng sự quan sát làm sụp đổ hàm sóng và buộc một ‘sự lựa chọn’ lượng tử được gọi là cách giải thích Copenhagen của vật lý lượng tử. Tuy nhiên, nó không phải là lựa chọn duy nhất trên bàn. Những người ủng hộ cách giải thích ‘nhiều thế giới’ lập luận rằng không có sự lựa chọn nào liên quan. Thay vào đó, tại thời điểm đo lường được thực hiện, thực tế phân tách thành hai bản sao của chính nó: một bản mà chúng ta trải nghiệm kết quả A và một bản sao khác nơi chúng ta thấy kết quả B mở ra. Nó xoay quanh một vấn đề hóc búa là cần một người quan sát để biến mọi thứ thành hiện thực – một con chó được coi là một người quan sát hay một người máy?
Thay vào đó, liên quan đến một hạt lượng tử, chỉ có một thực tế rất kỳ lạ bao gồm nhiều lớp lộn xộn. Khi chúng ta thu nhỏ về phía quy mô lớn hơn mà chúng ta trải nghiệm hàng ngày, những lớp đó gỡ rối vào thế giới của lý thuyết nhiều thế giới. Các nhà vật lý học gọi quá trình này là sự suy giảm mạch lạc.
5. Nó giúp chúng ta mô tả đặc điểm của các ngôi sao
Nhà vật lý Đan Mạch Niels Bohr đã cho chúng ta thấy rằng quỹ đạo của các electron bên trong nguyên tử cũng được lượng tử hóa. Chúng có kích thước định trước được gọi là mức năng lượng. Khi một êlectron giảm từ mức năng lượng cao hơn xuống mức năng lượng thấp hơn, nó phóng ra một phôtôn có năng lượng bằng kích thước của khoảng trống. Tương tự, một electron có thể hấp thụ một hạt ánh sáng và sử dụng năng lượng của nó để nhảy lên mức năng lượng cao hơn.
Các nhà thiên văn sử dụng hiệu ứng này mọi lúc. Chúng ta biết những ngôi sao được làm bằng gì bởi vì khi chúng ta chia nhỏ ánh sáng của chúng thành một quang phổ giống như cầu vồng, chúng ta sẽ thấy những màu sắc bị thiếu. Các nguyên tố hóa học khác nhau có khoảng cách mức năng lượng khác nhau, vì vậy chúng ta có thể tìm ra các thành phần cấu tạo của mặt trời và các ngôi sao khác từ các màu chính xác không có.
6. Không có nó, mặt trời sẽ không chiếu sáng
Mặt trời tạo ra năng lượng của nó thông qua một quá trình gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân. Nó liên quan đến hai proton – các hạt mang điện tích dương trong nguyên tử – dính vào nhau. Tuy nhiên, các điện tích giống hệt nhau của chúng khiến chúng đẩy nhau, giống như hai cực bắc của một nam châm. Các nhà vật lý gọi đây là rào cản Coulomb, và nó giống như một bức tường giữa hai proton.
Hãy coi proton như các hạt và chúng chỉ va chạm vào tường và chuyển động ra xa nhau: Không có phản ứng tổng hợp, không có ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, hãy nghĩ về chúng như những con sóng, và đó là một câu chuyện khác. Khi đỉnh của sóng chạm đến bức tường, cạnh hàng đầu đã vượt qua nó. Chiều cao của sóng biểu thị vị trí mà proton có khả năng ở đó nhất. Vì vậy, mặc dù nó không chắc là nơi có lợi thế dẫn đầu, nhưng đôi khi nó vẫn ở đó. Nó giống như thể proton chui qua rào cản, và phản ứng tổng hợp xảy ra. Các nhà vật lý gọi hiệu ứng này là “đường hầm lượng tử”.
7. Nó ngăn những ngôi sao chết sụp đổ
Cuối cùng sự hợp nhất trong mặt trời sẽ dừng lại và ngôi sao của chúng ta sẽ chết. Lực hấp dẫn sẽ chiến thắng và mặt trời sẽ sụp đổ, nhưng không phải là vô thời hạn. Nó càng nhỏ, vật liệu càng được nhồi nhét vào nhau. Cuối cùng, một quy tắc vật lý lượng tử được gọi là nguyên lý loại trừ Pauli ra đời. Điều này nói rằng cấm một số loại hạt – chẳng hạn như electron – tồn tại ở cùng một trạng thái lượng tử. Khi lực hấp dẫn cố gắng làm điều đó, nó gặp phải một lực cản mà các nhà thiên văn học gọi là áp suất thoái hóa. Sự sụp đổ dừng lại và một vật thể mới có kích thước bằng Trái đất được gọi là sao lùn trắng hình thành.
Tuy nhiên, áp lực thoái hóa chỉ có thể tạo ra rất nhiều lực cản. Nếu một ngôi sao lùn trắng lớn lên và tiếp cận khối lượng bằng 1,4 mặt trời, nó sẽ kích hoạt một làn sóng nhiệt hạch khiến nó nổ tung thành từng bit. Các nhà thiên văn gọi vụ nổ này là siêu tân tinh Loại Ia và nó đủ sáng để vượt xa cả một thiên hà.
8. Nó làm cho các lỗ đen bốc hơi
Một quy tắc lượng tử được gọi là nguyên lý bất định Heisenberg nói rằng không thể biết đồng thời hai thuộc tính của một hệ một cách hoàn hảo. Bạn càng biết chính xác một cái, bạn càng biết ít chính xác cái kia. Điều này áp dụng cho động lượng và vị trí, và riêng cho năng lượng và thời gian.
Nó giống như đi vay. Bạn có thể vay nhiều tiền trong thời gian ngắn hoặc một ít tiền mặt trong thời gian dài hơn. Điều này dẫn chúng ta đến các hạt ảo. Nếu đủ năng lượng được ‘vay mượn’ từ tự nhiên thì một cặp hạt có thể xuất hiện trong thời gian ngắn, trước khi biến mất nhanh chóng để không bị vỡ nợ.
Stephen Hawking đã tưởng tượng quá trình này xảy ra ở ranh giới của một lỗ đen, nơi một hạt thoát ra (dưới dạng bức xạ Hawking), nhưng hạt kia bị nuốt chửng. Theo thời gian, lỗ đen dần bay hơi, vì nó không trả lại toàn bộ số tiền mà nó đã vay.
9. Nó giải thích cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ
Lý thuyết tốt nhất của chúng ta về nguồn gốc vũ trụ là Vụ nổ lớn . Tuy nhiên, nó đã được sửa đổi vào những năm 1980 để đưa vào một lý thuyết khác được gọi là lạm phát . Trong phần nghìn tỷ đầu tiên của một phần nghìn tỷ của một phần nghìn tỷ giây, vũ trụ đã bong bóng từ nhỏ hơn một nguyên tử đến kích thước bằng một quả bưởi. Đó là một con số khổng lồ lớn hơn gấp 10 ^ 78 lần. Việc thổi phồng một tế bào hồng cầu lên cùng một lượng sẽ khiến nó lớn hơn toàn bộ vũ trụ có thể quan sát được ngày nay.
Vì ban đầu nó nhỏ hơn một nguyên tử, vũ trụ sơ sinh sẽ bị chi phối bởi các dao động lượng tử liên quan đến nguyên lý bất định Heisenberg. Lạm phát khiến vũ trụ phát triển nhanh chóng trước khi những biến động này có cơ hội biến mất. Năng lượng này tập trung vào một số khu vực hơn là những khu vực khác – thứ mà các nhà thiên văn học tin rằng đóng vai trò như những hạt giống mà vật chất có thể tập trung lại để tạo thành các cụm thiên hà mà chúng ta quan sát hiện nay.
10. Nó còn hơn một chút ‘ma quái’
Ngoài việc giúp chứng minh rằng ánh sáng là lượng tử, Einstein đã lập luận ủng hộ một hiệu ứng khác mà ông gọi là ‘hành động ma quái ở khoảng cách xa’. Ngày nay chúng ta biết rằng ‘sự vướng víu lượng tử’ này là có thật, nhưng chúng ta vẫn chưa hiểu hết những gì đang xảy ra. Giả sử rằng chúng ta mang hai hạt lại gần nhau theo cách mà trạng thái lượng tử của chúng liên kết chặt chẽ hoặc vướng vào nhau. Một ở trạng thái A, và một ở trạng thái B.
Nguyên tắc loại trừ Pauli nói rằng cả hai không thể ở cùng một trạng thái. Nếu chúng ta thay đổi một cái, cái kia sẽ thay đổi ngay lập tức để bù đắp. Điều này xảy ra ngay cả khi chúng ta tách hai hạt ra khỏi nhau ở hai phía đối diện của vũ trụ. Dường như thông tin về sự thay đổi mà chúng ta đã thực hiện truyền đi giữa chúng nhanh hơn tốc độ ánh sáng, điều mà Einstein đã nói là không thể.
Theo: Space.
