Chân không và cuộc chiến Sóng-Hạt

Khoa học hiện đại không hoàn toàn là những tri thức đã hoàn thiện. Chân không Ether và tính sóng-hạt của vật chất là một ví dụ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chân không và cuộc chiến Sóng-Hạt Chân không và cuộc chiến Sóng-Hạt Khoa học hiện đại không hoàn toàn là những tri thức đã hoàn thiện.Chân không Ether và tính sóng-hạt của vật chất là một ví dụ. Những tranh cãivề chúng đã kéo dài qua hàng thế kỷ nhưng đến nay vẫn chưa có hồi kết. Với đa số người, chân không nghĩa là chẳng có gì hết. Nhưng từ nhiều thế kỷtrước câu hỏi “chân không liệu có phải là trống rỗng tuyệt đối?” đã thường xuyênđược đặt ra và thậm chí bùng lên thành những cuộc tranh luận nóng bỏng. Rấtnhiều nhà khoa học tin rằng chân không được lấp đầy bởi vật chất mà người ta gọilà Ether hoặc Aether. Vấn đề chỉ tạm lắng đi khi Anhxtanh (Einstein) vĩ đại nói rằngchẳng có chất Ether nào hết. Nhiều người lảng đi khi nghe Anhxtanh nói vậy bởiAnhxtanh không nói suông. Sinh mạng hàng trăm ngàn người Nhật bản đã bị cướpđi do hai quả bom nguyên tử ném xuống nước Nhật, tiếc thay, lại đóng vai trò củamột minh chứng vô cùng ấn tượng. Nhưng “phong trào tạm lắng” không có nghĩa là “phong trào lại yên”. Vấn đềchân không một lần nữa đang nóng dần. Thầy bói Anhxtanh và con voi Chân không Từ hơn hai ngàn năm trước câu hỏi về chân không đã xuất hiện và cũng đãcó câu trả lời đầu tiên. Trong mô hình vũ trụ của người Hy lạp, bầu trời là một vòmthuỷ tinh khổng lồ và các vì sao được gắn lên đó. Như vậy, người Hy lạp cổ đại tinrằng giữa các vật thể vũ trụ có vật chất để giúp các vật thể này tương tác (gắn kết)với nhau. Niềm tin này tan vỡ khi mô hình Địa tâm sụp đổ. Nhưng một bước tiến lớnkhác về chân không được tạo ra ở thế kỷ 17. Christiaan Huygens đã đề xuất giảthiết ánh sáng là một loại sóng lan truyền trong một môi trường mà ông gọi làAether. Ý tưởng này xuất phát từ sự so sánh. Tất cả các loại sóng đều cần một môitrường để lan truyền. Nếu không có không khí, sẽ chẳng có âm thanh nào hết mặcdù các vật thể vẫn dao động. Nếu ánh sáng có bản chất sóng nó cũng cần một môitrường để lan truyền. Tiếc thay, ý tưởng này bị Niu-tơn (Newton) chống đối kịchliệt vì e ngại rằng chất Aether sẽ làm cản trở chuyển động của các vật thể vũ trụvốn đang tuân thủ rất hoàn hảo các định luật Kepler và định luật vạn vật hấp dẫn.Niu tơn cho rằng ánh sáng là các hạt tồn tại tự thân và chẳng cần môi trường để nóchuyển động. Tuy vậy Niu tơn đã vô cùng kinh ngạc đặt câu hỏi tại sao hai vật thể trong vũtrụ ở cách nhau rất xa, chẳng có gì ở giữa lại có thể hút nhau với một lực khổng lồnhư vậy. Rõ ràng, Niu tơn đã bị kẹt giữa các lý thuyết của chính mình và khôngthoát ra được. Nhưng do uy tín của Niu tơn quá lớn nên trong một thời gian dàingười ta không mặn mà với chất Aether nữa. Họ chọn giải pháp “quẳng gánh lo điđể vui sống”. Khoảng một thế kỷ sau, Young và Fresnel đã chứng minh được cả bằng lýthuyết và thực nghiệm ánh sáng là một sóng ngang, khác với Huygens trước đónghĩ rằng ánh sáng là sóng dọc. Và vấn đề chân không là một môi trường màHuygens đặt đã ra một lần nữa lại bùng lên. Người ta tìm cách chứng minh sự tồntại của Aether. Vấn đề môi trường chân không càng được hâm nóng thêm sau khi Maxwellđã chứng minh rằng sóng điện từ có thể tồn tại và lan truyền. Ông cũng chỉ ra rằngsóng điện từ có cùng bản chất với ánh sáng và suy ra từ lý thuyết của mình tốc độlan truyền của sóng điện từ xấp xỉ bằng 300 000 Km/s. Điều đáng nói là tốc độ nàyđược rút ra mà không cần đến bất kỳ hệ quy chiếu nào. Maxwell đã đề xuất vài mô hình môi trường chân không để giải thích quátrình lan truyền ánh sáng. Nhưng nhìn chung các nhà chân không học gặp khókhăn lớn khi xây dựng một mô hình môi trường chân không. Theo hình dung củahọ, môi trường chân không phải là chất lỏng để vật chất có thể chuyển động trongđó mà không gặp trở ngại. Mặt khác nó phải cực kỳ cứng (hơn thép hàng triệu lần)để có sự lan truyền ánh sáng cực nhanh như vậy. Một mô hình thoả hiệp là chânkhông rất cứng ở tần số cao nhưng lại rất mềm đối với các tần số thấp và bị cuốntheo khi vật chất chuyển động. Năm 1887 Michelson và Morley ở nước Mỹ đã tiến hành một thí nghiệmnhằm tìm kiếm sự cuốn theo của Ether quanh trái đất đang chuyển động. Thínghiệm được đa số các nhà khoa học cho là chặt chẽ về lô gic, tinh xảo về thiết bị(Michelson về sau được trao giải Nô ben do đã chế ra những thiết bị quang họctinh xảo để làm thí nghiệm chứ không phải nhờ kết quả thí nghiệm). NhưngMichelson cũng như tất cả mọi người đã vô cùng sửng sốt khi kết quả thí nghiệmcho thấy không có sự cuốn theo nào đã xảy ra. Lorentz, một nhà khoa học Hà lan đãđặt ra giả thiết các thước đo cũng bị co lại khi chuyển động. Giả thiết này đượcchấp nhận một cách dè dặt. Poincaré, nhà toán học xuất sắc nhất cuối thế kỷ 19 cũng đã có những bướctiến lớn trong vấn đề này. Nhưng lời giải cuối cùng lại đến từ một người vô danhtiểu tốt tên là Anhxtanh trong một công trình mà sau này được gọi là thuyết Tươngđối hẹp. Anhxtanh đã tổng hợ ...