Bạn có thể phù hợp với toàn bộ loài người trong khối lượng của một khối đường. Đó là bởi vì vật chất là tâm trí trống rỗng. Có thể, trong đầu bạn đang hình dung về một nguyên tử, viên gạch Lego cơ bản của mọi vật chất. Rất có thể, đó là hình ảnh của một Hệ Mặt trời thu nhỏ, với một hạt nhân nằm ở trung tâm giống như một mặt trời xung quanh đó các electron quay xung quanh giống như các hành tinh. Tuy nhiên, hình ảnh này không truyền tải được lượng không gian trống bên trong nguyên tử. Nhà viết kịch Tom Stoppard đã nói điều đó hay nhất: “Bây giờ hãy tạo một nắm đấm, và nếu nắm đấm của bạn lớn bằng hạt nhân của một nguyên tử, thì nguyên tử đó lớn bằng St Paul, và nếu nó là nguyên tử hydro thì nó có một electron duy nhất phóng ra giống như một con thiêu thân trong một thánh đường trống, bây giờ là mái vòm, bây giờ là bàn thờ. “
Theo phần trăm, lượng không gian trống trong một nguyên tử là khoảng 99,9999999999999 phần trăm. Bạn là một con ma. Tôi là một con ma. Tất cả chúng ta đều là ma. Và, nếu bạn có thể vắt hết không gian trống của tất cả 7 tỷ người trên thế giới thì loài người thực sự sẽ vừa với thể tích của một khối đường – một khối đường rất nặng, bạn nhớ nhé.
Đây không phải là sự tưởng tượng đơn thuần về mặt lý thuyết. Có những thiên thể trong vũ trụ mà các nguyên tử của chúng đã có tất cả không gian trống bị ép ra khỏi chúng. Sao neutron là điểm cuối của quá trình tiến hóa của những ngôi sao rất lớn. Khi một ngôi sao như vậy thổi các lớp bên ngoài của nó vào không gian như một siêu tân tinh, lõi của nó sẽ nổ tung. (Trên thực tế, đó là vụ nổ được cho là dẫn đến vụ nổ.) Ngôi sao neutron tạo thành có kích thước tương đương với đỉnh Everest nhưng có khối lượng bằng Mặt trời. Và, nếu bạn có thể du hành tới một ngôi sao neutron, và đào ra một khối có kích thước bằng một khối đường, nó thực sự sẽ nặng tương đương với loài người.
Lý do tại sao nguyên tử trống rỗng như vậy là do lý thuyết lượng tử. Đây là mô tả tốt nhất của chúng tôi về thế giới vi mô của các nguyên tử và các thành phần của chúng. Nó thành công ngoài sức tưởng tượng. Nó đã cung cấp cho chúng ta tia laser, máy tính và lò phản ứng hạt nhân. Nó giải thích tại sao mặt trời chiếu sáng và tại sao mặt đất bên dưới chân bạn lại rắn. Nhưng ngoài việc là một công thức tuyệt vời để xây dựng mọi thứ và dự đoán mọi thứ, lý thuyết lượng tử còn cung cấp một cửa sổ duy nhất về thế giới Alice in Wonderland tồn tại bên dưới lớp vỏ thực tế mà chúng ta nhận thức được.
Đó là một nơi mà một nguyên tử có thể ở hai nơi cùng một lúc – tương đương với việc bạn ở London và New York cùng một lúc. Nơi mọi thứ xảy ra hoàn toàn không có lý do gì và nơi hai nguyên tử có thể ảnh hưởng lẫn nhau ngay lập tức ngay cả khi ở hai phía đối lập của vũ trụ.
Tất cả sự điên rồ lượng tử này bắt nguồn từ một thực tế quan sát đơn giản: các khối cấu tạo cơ bản của vật chất có một bản chất kép kỳ lạ. Chúng có thể hoạt động như những hạt cục bộ giống như những quả bóng bi-a nhỏ và chúng có thể hoạt động như những làn sóng lan tỏa giống như những gợn sóng lan truyền trên mặt hồ. Thậm chí đừng cố tưởng tượng làm thế nào điều này có thể được. Nó là không thể. Sự thật là các electron và photon, v.v. tạo nên thế giới không phải là hạt hay sóng mà là thứ mà chúng ta không có gì để so sánh với chúng trong thế giới hàng ngày và chúng ta không có từ nào trong vốn từ vựng của mình.
Giống như một vật thể mà chúng ta không bao giờ có thể nhìn thấy trực tiếp mà chỉ có thể biết được từ cái bóng mà nó đổ lên hai bức tường liền kề, chúng ta không bao giờ có thể nhìn thấy trực tiếp các lớp phủ của thế giới lượng tử. Tất cả những gì chúng ta có thể thấy là những cái bóng mà chúng tạo ra trong các thí nghiệm của chúng tôi: một của viên đạn nhỏ, còn lại là gợn sóng nhảy múa.
Điều quan trọng là hạt càng nhỏ thì sóng lượng tử của nó càng lớn. Và hạt nhỏ nhất của vật chất quen thuộc là electron. Do đó, nó có sóng lượng tử lớn nhất. Và chính vì sóng điện tử cần rất nhiều không gian trống nên các nguyên tử phải lớn đến mức tương đối so với hạt nhân của chúng – nên chúng chứa rất nhiều không gian trống. (Thực ra, trong một bước ngoặt bất ngờ, lý thuyết lượng tử cho chúng ta biết rằng không gian trống không hoàn toàn trống rỗng như nó xuất hiện. Nó là một biển hỗn độn của “các dao động điểm 0 của trường lượng tử”. Nhưng đó là một câu chuyện khác.)
Nếu có một thứ gói gọn hoàn hảo sự điên rồ của thế giới lượng tử thì đó chính là điều này. Nhà vật lý “JJ” Thomson đã đoạt giải Nobel vì đã chỉ ra rằng electron là một hạt. Con trai của ông, George Thomson, đã giành được giải Nobel vì đã cho thấy rằng không phải vậy. Trong tâm trí của tôi, tôi tưởng tượng những lần gặp mặt của gia đình Thomson là những cuộc vui nhộn, với “JJ” hét lên, “Đó là một hạt!” – và con trai ông hét lại, “Không, không phải!”
Cuốn sách mới nhất của Marcus Chown, “The Ascent of Gravity” (Weidenfeld & Nicolson), được tờ Sunday Times bình chọn là cuốn sách khoa học của năm
Theo: Newhumanist.
