Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking & Leonard Mlodinow (Phần 8)

CHƯƠNG 4 NHỮNG LỊCH SỬ KHÁC Vào năm 1999, một đội gồm các nhà vật lí người Áo đã bắn một loạt những phân tử hình quả bóng đá về hướng một rào chắn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking & Leonard Mlodinow (Phần 8) Thiết kế vĩ đại - Stephen Hawking & Leonard Mlodinow (Phần 8) CHƯƠNG 4 NHỮNG LỊCH SỬ KHÁC Vào năm 1999, một đội gồm các nhà vật lí người Áo đã bắn một loạt nhữngphân tử hình quả bóng đá về hướng một rào chắn. Những phân tử đó, mỗi phân tửgồm sáu mươi nguyên tử carbon, thỉnh thoảng được gọi là bóng bucky vì kiến trúcsư Buckminster Fuller đã xây dựng nên cấu trúc có hình dạng đó. Nhà vòm đo đạccủa Fuller có lẽ là những vật hình quả bóng đá lớn nhất từng tồn tại. Những quảbóng bucky thì là nhỏ nhất. Rào cản mà các nhà khoa học nhắm bắn tới có hai khenhỏ để bóng bucky có thể bay qua. Phia sau bức tường, các nhà vật lí bố trí cáitương đương của màn ảnh để phát hiện và đếm số phân tử đi qua. Bóng bucky. Bóng bucky trông như những quả bóng đá cấu tạo từ nhữngnguyên tử carbon. Nếu chúng ta bố trí một thí nghiệm tương tự với những quả bóng đá thật sự,chúng ta cần một cầu thủ đá không hay lắm nhưng có khả năng sút bóng theo tốcđộ mà chúng ta chọn. Chúng ta sẽ để người cầu thủ này đứng trước một bức tườngcó hai khe hở. Ở phía sau tường, và song song với nó, ta đặt một màng lưới rất dài.Đa số những cú sút của cầu thủ sẽ va vào tường và dội trở lại, nhưng một số sẽ đilọt qua khe này hoặc khe kia, và đi vào lưới. Nếu hai khe chỉ hơi lớn hơn quả bóngmột chút, thì ở phía đằng sau sẽ hiện ra hai dòng chuẩn trực cao. Nếu hai khe rộngra thêm chút nữa, thì mỗi dòng bóng sẽ loe ra một chút, như thể hiện trong hìnhbên dưới. Để ý rằng nếu chúng ta đóng một khe lại, thì dòng bóng tương ứng sẽ khôngcòn đi qua, nhưng điều này không ảnh hưởng gì đến dòng bóng kia. Nếu chúng tamở khe thứ hai ra trở lại, thì điều đó chỉ làm tăng số lượng quả bóng chạm đất ởbất kì điểm nào ở phía đằng sau, khi đó chúng ta sẽ có tất cả những quả bóng điqua khe vẫn còn mở, cộng với những quả bóng đi từ khe mới mở. Nói cách khác,cái chúng ta quan sát thấy với cả hai khe mở bằng tổng những cái chúng ta nhìnthấy với mỗi khe trên tường mở độc lập. Đó là thực tế mà chúng ta đã tích lũy đượctrong cuộc sống hàng ngày. Nhưng đó không phải là cái các nhà nghiên cứu ngườiÁo tìm thấy khi họ bắn những phân tử của họ. Cầu môn hai khe. Một cầu thủ sút bóng vào hai khe trên tường sẽ tạo ra mộtkiểu phân bố rõ ràng. Trong thí nghiệm của người Áo, việc mở cái khe thứ hai thật sự làm tăng sốphân tử đi tới một số điểm nhất định trên màn ảnh, nhưng nó làm giảm số phân tửđi tới một số điểm khác, như thể hiện trong hình bên dưới. Thật vậy, có nhữngđiểm không có quả bóng bucky nào tiếp đất trong khi hai khe vẫn mở, nhưng nónhững điểm các quả bóng thật sự tiếp đất khi chỉ có khe này hoặc khe kia mở. Điềuđó trông rất kì lạ. Làm thế nào việc mở khe thứ hai có thể làm giảm số phân tử đitới những điểm nhất định? Cầu thủ bóng bucky. Khi bắn những quả bóng phân tử vào hai khe, trênmàn hình thu được kiểu phân bố phản ánh những định luật lượng tử xa lạ. Chúng ta có thể đi tìm manh mối cho câu trả lời bằng cách khảo sát từng chitiết. Trong thí nghiệm trên, nhiều quả bóng phân tử tiếp đất tại một điểm nằmngay chính giữa nơi bạn muốn chúng tiếp đất nếu các quả bóng đi qua khe nàyhoặc khe kia. Xa điểm chính giữa đó chút nữa thì có rất ít phân tử đi tới, nhưng xađiểm chính giữa đó thêm chút nữa, thì các phân tử lại thấy xuất hiện. Kiểu phân bốnày không bằng tổng của những phân bố khi mở từng khe độc lập, nhưng bạn cóthể nhận ra nó từ chương 3 là kiểu phân bố đặc trưng của sóng giao thoa. Nhữngchỗ không có phân tử nào đi tới tương ứng với những vùng trong đó những sóngphát ra từ hai khe đi tới ngược pha với nhau, và tạo ra sự giao thoa triệt tiêu;những chỗ nơi nhiều phân tử đi tới tương ứng với những vùng trong đó các sóngtới cùng pha, và tạo ra sự giao thoa tăng cường. Trong hai nghìn năm đầu tiên hay tương đương như thế của tư duy khoa học,kinh nghiệm đời thường và trực giác là cơ sở cho sự lí giải lí thuyết. Khi chúng tadần cải tiến công nghệ của mình và mở rộng phạm vi của hiện tượng mà chúng tacó thể quan sát, chúng ta bắt đầu nhận thấy tự nhiên hành xử theo những kiểu mỗilúc một khác với sự trải nghiệm hàng ngày của chúng ta, và vì thế với trực giác củachúng ta, như vừa chứng minh với thí nghiệm với những quả bóng bucky. Thínghiệm đó là điển hình của loại hiện tượng không thể nào dung chứa bởi khoa họccổ điển, mà được mô tả bởi cái gọi là vật lí lượng tử. Thật vậy, Richard Feynmantừng viết rằng thí nghiệm hai khe giống như cái chúng ta vừa mô tả ở trên “chứađựng mọi bí ẩn của cơ học lượng tử”. Các nguyên lí của cơ học lượng tử được phát triển trong hai thập niên đầucủa thế kỉ 20 sau khi người ta nhận thấy lí thuyết Newton không còn thỏa đáng đểmô tả tự nhiên ở cấp độ nguy ên tử - hoặc dưới nguyên tử. Các lí thuyết vật lí cơbản mô tả các lực của ...