BAN TIN VAT LI THANG 5 2011

WWW.THUVIENVATLY.COM Bản Tin Vật Lý Tháng - 2011  Thư Viện Vật Lý www.thuvienvatly.com banquantri@thuviemvatly.com Tháng năm 2011 Nội dung: Trần Nghiêm – trannghiem@thuvienvatly.com Tuấn Quốc - tuanquoc511@yahoo.com Biên tập: Trần Triệu Phú – trieuphu@thuvienvatly.com Thiết kế: Bích Triều, Vũ Vũ Cùng số Cộng tác viên khác Trong tin có sử dụng hình ảnh dịch từ tạp chí tiếng Physics World, Nature Physics, New Scientist, số tạp chí khác Nội dung Màng mỏng có khả làm quay ánh sáng Những hang nhỏ mặt trăng bẫy nước lí tưởng Trái đất lớn lên từ đá “mè xửng” Sự sống tồn xung quanh chết Kỉ lục làm vướng víu 14 qubit Chúng ta sống kỉ nguyên trận động đất khổng lồ? Ảnh: Các thiên hà va chạm 12 Yuri Gagarin: 108 phút không gian 16 vị anh hùng vũ trụ 18 Sự sống tồn bên lỗ đen 24 Các nhà vật lí tạo ảnh gương lượng tử 26 50 năm du hành vũ trụ 28 Các thiên hà xoắn ốc hình thành từ ngoài? 31 Kĩ thuật tạo hologram màu sắc nét 34 Dòng electron qua làm từ hóa graphene 35 Các hạt WIMP tiếp tục lảng tránh thí nghiệm 37 Các nguyên tử cực lạnh mô tương tác từ 39 Tại giảng Richard Feynman có sức thu hút lớn? 41 Làm lạnh nhiệt 42 25 năm sau Chernobyl, không rõ số thương vong 43 Điện mặt trời không cần tế bào mặt trời 44 SpaceX đưa người lên Hỏa 10 đến 20 năm tới 46 Giấy graphene bền thép 47 Pluto có carbon monoxide khí 49 Chính thức mắt Hội Thiên văn học châu Phi 50 Trung Quốc công bố kế hoạch xây dựng trạm vũ trụ Thiên Cung 53 Hành trình hướng đến điện trở không 55 Những số lí thuyết dây 65 Màng mỏng có khả làm quay ánh sáng Giản đồ thể phân cực ánh sáng bị quay ánh sáng qua chất liệu có mặt từ trường (Ảnh: Viện Công nghệ Vienna) Các nhà vật lí Áo Đức vừa áp dụng hiệu ứng Faraday đến thái cực việc cho quay phân cực ánh sáng 45o cách cho qua màng cực mỏng “Hiệu ứng Faraday khổng lồ” ngày dùng để chế tạo transistor quang học chuyển mạch ánh sáng cải tiến hệ ghi ảnh terahertz Nay Andrei Pimenov đồng nghiệp Viện Công nghệ Vienna Áo trường Đại học Würzburg vừa chứng tỏ thủy ngân telluride có số Verdet 106 radian/tesla – Pimenov mô tả “bất ngờ” Được Michael Faraday phát vào năm 1845, hiệu ứng Faraday mô tả cách thức từ trường làm chuyển dịch phân cực ánh sáng ánh sáng qua môi trường Khả làm quay ánh sáng chất liệu xác định số Verdet – lượng góc quay tính tesla cảm ứng từ mét chất liệu Kỉ lục hiệu ứng Faraday mạnh trước thuộc chất bán dẫn indiumantimony, có số Verdet vào khoảng 104 radian/tesla Để nghiên cứu tính chất quang học thủy ngân telluride, đội nghiên cứu xếp lớp chất liệu lên miếng mỏng cadmium-telluride, chất liệu không góp phần cho chuyển động quay Faraday Sau đó, ánh sáng phân cực thẳng – với thành phần điện trường dao động theo hướng định – gửi vào mẫu http://www.thuvienvatly.com Phương pháp xếp lớp Điện trường dao động làm cho electron dẫn chất liệu trôi giạt tới lui Khi thiết lập từ trường lên chất liệu, electron chuyển động thành quỹ đạo tròn Những quỹ đạo làm ảnh hưởng đến tốc độ mà ánh sáng phân cực tròn trái tròn phải truyền qua chất liệu Đây hiệu ứng quay hướng phân cực Các nhà nghiên cứu đo hiệu ứng cách cho ánh sáng ló qua lọc phân cực – thẳng hàng với hướng phân cực ban đầu, vuông góc với Khi từ trường, phân cực thẳng hàng cho ánh sáng qua, lọc vuông góc chặn lại hoàn toàn Tuy nhiên, từ trường tăng lên, ánh sáng qua lọc thẳng hàng ánh sáng qua lọc vuông góc nhiều Tỉ lệ ánh sáng truyền qua xếp cho nhà nghiên cứu biết mức độ chùm tia bị điều chỉnh Để khai thác hiệu ứng trên, nhà nghiên cứu đề xuất thiết kế transistor dùng cho điện toán quang học “Sử dụng từ trường ngoài, bạn tắt mở truyền ánh sáng”, Pimenov phát biểu Trong transistor điện tử có cho dòng điện qua hay không tùy thuộc vào điện áp đặt vào nó, lớp thủy ngân telluride hai phân cực thẳng thẳng hàng cho ánh sáng qua từ trường, không cho ánh sáng qua có từ trường Để chế tạo dụng cụ này, đội khoa học cần làm xoắn ánh sáng 90o thay có 45o Pimenov cho biết lớp bội thủy ngân telluride, cách cadmiumtelluride, làm quay ánh sáng 360o nhiều Các van chiều ‘Chất liệu kì thú’ Đối với màng mỏng có bề dày 70 nm, chuyển động quay đạt tới cực đại khoảng 15o với từ trường tesla Tuy nhiên, lớp thủy ngân telluride dày µm làm quay ánh sáng 45o chút Sébastien Francoeur trường Bách khoa École Montreal gọi chất bán dẫn “chất liệu kì thú” electron chuyển động đoạn tương đối dài mà không bị tán xạ electron giảm bớt khối hiệu dụng – chúng hành xử thể chúng mức 1/30 khối lượng thật chúng Francoeur cho biết tính chất “những thành phần đặc biệt thu hiệu ứng quang-từ khổng lồ này” Khối lượng hiệu dụng electron cường độ từ trường giúp xác định tần số cyclotron quỹ đạo tròn Khi chuyển động quay ánh sáng lớn nhất, tần số cyclotron ăn khớp với tần số ánh sáng, cho thấy cộng hưởng góp phần vào hiệu ứng Faraday khổng lồ http://www.thuvienvatly.com Với chuyển động quay 45o, hiệu ứng dùng để tạo van chiều Ánh sáng qua lọc thẳng sau quay 45o hành trình phía trước Nếu bị phản xạ, xoay thêm 45o đường quay trở lại qua thủy ngân telluride Giờ vuông góc với phân cực, qua Hiệu ứng dùng để thực ghi ảnh terahertz nghiên cứu quang phổ lĩnh vực sinh học phân tử, y khoa, an ninh Theo Francoeur, ánh sáng terahertz “rất khó dẫn hướng việc thao tác tren trạng thái phân cực thật sự thách thức” Hiệu ứng Faraday khổng lồ thủy ngân telluride mang lại bổ sung cho hộp công cụ nghiên cứu Nghiên cứu công bố tạp chí Phys Rev Lett 106 107404 Nguồn: physicsworld.com Những hang nhỏ mặt trăng bẫy nước lí tưởng Nhật Bản báo cáo Hội nghị Khoa học Mặt trăng Hành tinh tổ chức Houston, Texas, Các phân tử nước bị giữ hang nhỏ bề mặt mặt trăng Hồi năm 2009, tàu thăm dò Kaguya phát hang nhỏ mặt trăng rộng từ 50 đến 100 mét sâu chừng Những hang nhỏ cho phần hang động gọi ống dung nham Nay Junichi Haruyama Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản đồng nghiệp cho biết hang nhỏ giữ nước hình thành hydrogen gió mặt trời kết hợp với oxygen đá mặt trăng Sàn đáy lạnh lẽo, tối tăm hang nhỏ giữ chặt lấy phân tử nước này, trái với khu vực có tính rộng mở hơn, nơi ánh sáng mặt trời làm chúng thoát khỏi bề mặt – đội khoa học Một hang nhỏ mặt trăng Tàu quỹ đạo Trinh sát Mặt trăng NASA chụp (Ảnh: NASA/Goddard/ASU) Việc nghiên cứu thành phần đồng vị lượng nước giúp xác định xem có xuất xứ từ gió mặt trời chổi Nguồn: New Scientist Trái đất lớn lên từ đá “mè xửng” Ảnh chụp hiển vi điện tử cho thấy phân bố nguyên tố khác phần mỏng thiên thạch Allende rơi xuống Mexico hồi năm 1969 (Ảnh: Philip Bland) http://www.thuvienvatly.com Những đá sớm hệ mặt trời, từ hành tinh nhóm đời, trông giống với “mè xửng” đá cứng – theo phức tạp đội nghiên cứu Anh Australia thực Đây chứng địa chất ủng hộ ý tưởng cho vật liệu rắn hệ mặt trời xốp trước bị nén lại thành vật thể lớn hơn, từ trở thành hành tinh mà biết ngày Để tìm hiểu loại chất liệu nguyên thủy xung quanh Mặt trời thời non trẻ chúng ta, nhà địa chất học vũ trụ thường nhìn vào vành đai tiểu hành tinh quay quỹ đạo Hỏa tinh Mộc tinh – vật thể không kết tập thành hành tinh Những tiểu hành tinh mang lại cho thiên thạch, có họ đá gọi chondrite chứa cacbon, chất liệu bảo toàn nguyên vẹn từ hệ mặt trời sơ khai Trong nhà địa chất khảo sát tỉ mỉ nhiều loại chondrite rơi xuống Trái đất dạng thiên thạch, họ nhận thấy khó mà khảo sát cấu trúc bên hạt thường mịn “Với đá địa cầu – đá phiến sa thạch – thường thấy cấu trúc bên mắt trần Nhưng làm với chất liệu dưới-micron tìm thấy thiên thạch”, phát biểu Philip Bland, nhà nghiên cứu trường Imperial College, London xạ nghịch electron, kĩ thuật cho phép họ phân giải đặc điểm cấu trúc xuống tới kích cỡ 0,3 µm Sau đó, từ hình ảnh này, đội Bland phát minh phương pháp để định lượng sức nén mà khối đá chịu quãng thời gian sống để suy luận cấu trúc ban đầu Trong trường hợp mẫu thiên thạch trên, việc quan sát cấu nội “mạnh mẽ” cho thấy khối đá lúc khởi đầu có tính xốp cao trước hạt bị nén thành trạng thái có trật tự cao Sử dụng phương pháp trên, đội khoa học nhận thấy mẫu đá từ thiên thạch Allende có phần lớn bên không gian trống rỗng, với tính xốp ban đầu tới 70-80% Để giải thích xem sức bền cấu có ý nghĩa gì, Bland sử dụng tương tự việc đặt xếp lớp mẻ ngói “Nếu miếng ngói lát phẳng thẳng hàng, nói chúng có cấu mạnh Nhưng chúng đặt ngẫu nhiên thành mớ lộn xộn, chúng có cấu yếu không tồn tại” Quả cầu lửa Mexico Để tiếp cận cấu trúc dạng hạt này, Bland đồng nghiệp phân tử mẫu đá lấy từ thiên thạch Allende, thiên thạch rơi xuống Mexico hồi năm 1969, khối chondrite chứa cacbon lớn phát Trái đất Họ sử dụng kĩ thuật tương đối sử dụng ngành khoa học vật liệu gọi nhiễu xạ tán http://www.thuvienvatly.com Ảnh minh họa hình thành hành tinh, tiểu hành tinh chổi đĩa tiền hành tinh quay xung quanh trẻ (Ảnh: NASA/JPL-Caltech) Các hành tinh lớn lên từ khởi đầu hỗn loạn Kết tìm thấy khối đá nguyên thủy có tính xốp ban đầu cao phù hợp tốt với mô hình máy tính gần dự đoán hạt mầm hành tinh hệ mặt trời sơ khai xuất từ hỗn hoạn đĩa bụi bao xung quanh Mặt trời thời non trẻ “Mọi người cố gắng tìm hiểu hình thành mầm hành tinh”, phát biểu William Bottke, nhà nghiên cứu tiểu hành tinh Viện nghiên cứu Southwest Boulder, Colorado Bottke tin kết ủng hộ cho quan điểm hạt mầm gieo hành tinh xuất bất ổn định hấp dẫn đĩa tiền hành tinh “Một mầm hành tinh tạo ra, số mầm chịu bồi tụ liên tục để sinh tiền hành tinh Những mầm lại trở thành tiểu hành tinh chổi” Hiện nay, Bland dự định thực thêm kiểm tra với đồng nghiệp ông trường Đại học Liverpool Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Anh quốc, trường Đại học Curtin CSIRO Australia Ông hi vọng họ làm sáng tỏ thêm số chi tiết đặc điểm có liên quan phát triển hành tinh, có bồi tụ lũy tiến nhanh Những kết công bố tạp chí Nature Geoscience Nguồn: physicsworld.com Sự sống tồn xung quanh chết Mờ nhạt, đậm đặc hấp hối, lùn trắng trông không nơi để tìm kiếm người anh em Trái đất Nhưng nhà thiên văn Mĩ cho biết hành tinh quay xung quanh dung dưỡng sống hàng tỉ năm trời Ngoài ra, lùn trắng lại đông đúc kiểu Mặt trời mà tìm kiếm sống địa cầu hướng tới, kết bổ sung thêm hàng tỉ nơi có tiềm sống cho thiên hà “Tôi vừa nghĩ tới thôi, ‘Đâu phương pháp đơn giản để phát hành tinh kiểu Trái đất chứ?’, phát biểu Eric Agol trường Đại học Washington Seattle Ông lưu ý việc tìm kiếm hành tinh nhỏ cỡ Trái đất thường khó khăn đòi hỏi kính thiên văn vũ trụ đắt tiền “Đó khiến đến với lùn trắng” Thông thường, lùn trắng có kích cỡ nhỏ Mặc dù lùn trắng tiêu biểu có 60% khối lượng Mặt trời, đường kính lớn Trái đất chút Do đó, hành tinh cỡ Trái đất che khuất toàn ánh sáng sao, kính thiên văn mặt đất cỡ 1m phát có mặt hành tinh Con đẻ kềnh đỏ Sao lùn trắng hình thành từ giống Mặt trời, lõi chúng sử dụng phản ứng hạt nhân để biến đổi hydrogen thành helium Khi lõi có đầy helium, http://www.thuvienvatly.com bắt đầu đốt chát hydrogen bên lõi, làm cho nở bề mặt nguội chuyển sang màu đỏ, trở thành kềnh đỏ Sau đó, kềnh đỏ tống bỏ khí bên nó, để lộ lõi nóng bỏng Giống bướm, lùn trắng bắt đầu đời thổi tung kén vây kín tiền thân Cái kén trên, tinh vân hành tinh tên gọi NGC 2440, chứa lùn trắng nóng biết tới Ngôi lùn trắng nhìn thấy dạng chấm sáng gần ảnh (Ảnh: H Bond (STSci), R Ciardullo (PSU), WFPC2, HST, NASA) Cái lõi nóng lùn trắng, bắt đầu sống nhiệt độ 100.000 K Nó tỏa sáng phản ứng hạt nhân nữa, mà nhiệt sót lại Khi lùn trắng phát xạ ánh sáng vào không gian, nguội mờ dần Agol cho biết lùn trắng có triển vọng cho hành tinh thích hợp với sống có nhiệt độ bề mặt từ 3000 đến 9000 K – sánh với nhiệt độ Mặt trời 5780 K Những lùn trắng mờ dần dần, chúng cấp dưỡng cho hành tinh quay xung quanh bầu nhiệt độ êm dịu “Nếu bạn bề mặt hành tinh đó, bạn trông kích cỡ góc màu sắc Mặt trời”, Agol nói Vùng Những lùn trắng phát 1/10.000 ánh sáng Mặt trời, hành tinh có nhiệt độ địa cầu phải cách xa cự li 1/100 khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời http://www.thuvienvatly.com Thật không may, kềnh đỏ nuốt chửng hành tinh gần vậy, Agol cho biết hành tinh bị đánh bật đến gần lùn trắng sức hấp dẫn hành tinh khác – chí hình thành có chất khí vây tròn xung quanh lùn trắng đời Một hành tinh thích hợp với sống che khuất khoảng hai phút, Agol cho biết Ông tính lùn trắng có khối lượng 60% Mặt trời có khả có hành tinh quay tròn vòng đến 32 đồng hồ Ở chu kì quỹ đạo nhỏ hơn, hành tinh gần lực thủy triều xé toạc hành tinh ra; chu kì dài hơn, hành tinh xa lạnh Cho dù chu kì quỹ đạo bao nhiêu, hành tinh quay xung quanh lùn trắng có phía ban ngày vĩnh cửu – nơi sống tồn – phía ban đêm vĩnh cửu Đó lực thủy triều từ mẹ khóa chặn hành tinh cho phía hướng mặt phía sao, giống hệt tình trạng Mặt trăng Trái đất chúng ta/ Không sợ thiếu lùn trắng Khoảng 5% số sao lùn trắng Chúng phổ biến nên hai thành viên số chúng – Sirius B Procyon B – cư trú cách Mặt trời có tá năm ánh sáng mà Xác suất để hành tinh vùng che khuất nhìn từ Trái đất khoảng 1% Có chừng 15.000 lùn trắng nằm cự li 300 năm ánh sáng xung quanh chúng ta, cho n: hành tinh bắt đầu nóng”, ông nói, nóng, nhiệt làm bay toàn nước hành tinh “Mặt khác, Trái đất lúc khởi nguyên nóng vậy” Nước tới bề mặt hành tinh lùn trắng qua vụ va chạm với chổi phun trào núi lửa Bài báo Agol đăng tạp chí The Astrophysical Journal: Letters Nguồn: physicsworld.com Kỉ lục làm vướng víu 14 qubit Các nhà vật lí Áo vừa phá kỉ lục bit lượng tử - hay qubit - vướng víu ngày hình thành nên tảng máy tính lượng tử Phá vỡ kỉ lục trước họ làm vướng víu qubit, lần nhà nghiên cứu làm vướng víu thành công 14 qubit ion calcium Điện toán lượng tử khai thác định luật kì lạ ngành vật lí lượng tử để xử lí phép tính định, thí dụ tìm http://www.thuvienvatly.com kiếm phân tích thành thừa số, nhanh nhiều so với máy vi tính ngày Trong bit thông tin bình thường nhận giá trị 1, qubit máy tính lượng tử tồn chồng chất hỗn hợp hai trạng thái Sự bất định cho phép số qubit, N, kết hợp lại với – hay nói theo ngôn ngữ lượng tử “bị vướng víu” – biểu diễn 2N kênh hoạt động, sau xử lí song song Hồi năm 2005, nhóm nhà nghiên cứu đứng đầu Rainer Blatt trường Đại học BCS chứng minh, cho trước điều kiện thích hợp, dao động – chúng thường nguyên nhân gây điện trở bên kim loại – mang lại tương tác hút cho phép chất liệu dẫn mà điện trở Khá đơn giản, lí thuyết BCS xếp thành tựu tao nhã ngành vật lí vật chất ngưng tụ Nói chung, mô tả ghép cặp hai fermion trung chuyển trường boson: fermion, ghép boson Tất chất siêu dẫn biết tuân theo công thức chung mà lí thuyết BCS đưa ra, dạng biểu thức đơn giản: Tc _ Θ/e1/λ, Tc nhiệt độ chuyển pha, hay nhiệt độ tới hạn, nhiệt độ mà chất liệu trở nên siêu dẫn, Θ nhiệt độ đặc trưng trường boson (nhiệt độ Debye gồm phonon), λ số kết hợp trường với fermion (electron và/hoặc lỗ trống chất rắn) Một chất liệu có giá trị λ lớn thường ứng cử viên tốt dùng làm chất siêu dẫn, cho dù – phản trực giác chút - kim loại “nghèo” điều kiện bình thường với electron liên tục bị nảy khỏi mạng tinh thể dao động Điều giải thích sodium (natri), vàng, bạc đồng, kim loại tốt, lại chất siêu dẫn, chì lại siêu dẫn (hình 2) Tuy nhiên, BCS mô tả định tính, không định lượng Không giống phương trình Newton Maxwell sở lí thuyết dải khe lượng chất bán dẫn, mà với nhà nghiên cứu thiết kế cầu nối, mạch điện chip máy tính, dám chúng hoạt động nào, lí thuyết BCS tệ việc nên dùng chất liệu chế tạo chất siêu dẫn Nói chung, khám phá siêu dẫn thành tựu trí tuệ, lời nhà vật lí gốc Đức Berndt Matthias nói, “BCS cho biết thứ, chẳng tìm thấy cho cả” Hình Hơn 100 năm qua, ngày có nhiều nguyên tố bảng tuần hoàn hóa học tìm thấy có tính siêu dẫn Bảng thể nguyên tố siêu dẫn áp suất tùy ý (tô màu vàng/cam), http://www.thuvienvatly.com 59 nguyên tố siêu dẫn áp suất cao (tô màu tím) Ảnh: Stephen Blundell (Trích, Tìm hiểu Sự siêu dẫn, 2009, NXB Đại học Oxford) Những bước ngoặc muộn sau Sau phát triển lí thuyết BCS, bước ngoặc nghiên cứu siêu dẫn dự đoán năm 1962 Brian Josephson trường Đại học Cambridge Anh quốc dòng điện chui hầm qua hai chất siêu dẫn phân cách lớp cách điện mỏng hàng rào kim loại bình thường Hiện tượng này, ngày gọi hiệu ứng Josephson, lần quan sát thấy vào năm sau John Rowell Philip Anderson phòng thí nghiệm Bell, mang lại phát triển dụng cụ giao thoa lượng tử siêu dẫn, hay SQUID, dụng cụ đo từ trường nhỏ đồng thời mang lại chuẩn điện áp dễ dàng nhân dùng cho phòng thí nghiệm đo lường khắp giới Tuy nhiên, với bước ngoặc nghiên cứu siêu dẫn, phải chờ thêm hai thập kỉ nữa, quan sát tình cờ Georg Bednorz Alex Müller thấy điện trở không nhiệt độ cao 30 K hợp chất đồng oxide phân lớp Sự khám phá “chất siêu dẫn nhiệt độ cao” họ phòng thí nghiệm Zurich hãng IBM vào năm 1986 không mang cho cặp đôi tác giả giải thưởng Nobel Vật lí năm 1987, mà gây sóng bùng nổ nghiên cứu lĩnh vực Trong vòng năm, M K Wu, Paul Chu, cộng họ, trường Đại học Houston Alabama phát thấy hợp chất yttrium– barium–đồng-oxide – YBa2Cu3O6.97, gọi YBCO, lượng pháp xác lúc chưa rõ – siêu dẫn nhiệt độ đến 93 K Vì nhiệt độ cao 16 K so với điểm sôi nitrogen lỏng, việc khám phá chất liệu cho phép nhà nghiên cứu lần khảo sát ứng dụng siêu dẫn cách sử dụng chất đông lạnh thông dụng rẻ tiền Kỉ lục nhiệt độ chuyển pha chứng minh 138 K với chất HgBa2Ca2Cu3O8+d áp suất (hoặc 166 K áp suất 23 GPa) Với Bednorz Müller khăn gói lên đường sang Stockholm nhận giải Nobel cho nghiên cứu họ siêu dẫn, thời khắc tuyệt vời nghiên cứu lĩnh vực Đúng có hàng nghìn báo siêu dẫn công bố năm đó, với phần lễ ăn mừng thâu đêm, trở thành huyền thoại, diễn họp tháng năm 1987 Hội Vật lí Mĩ thành phố New York đặt tên “Woodstock ngành vật lí”, người tham gia, có tôi, có đêm quậy tưng bừng, khó quên Công nghệ trước thời đại Song song với tiến ngành khoa học siêu dẫn vô số nỗ lực nhằm áp dụng tượng để cải tiến công nghệ cũ sáng tạo công nghệ – chúng phong phú đủ loại, từ nhỏ (dùng cho máy vi tính cực nhanh) lớn (dùng cho phát điện) Thật vậy, thời kì từ thập niên 1970 đến thập niên 1980 chứng kiến số minh chứng kĩ thuật thành công áp dụng siêu dẫn Mĩ, châu Âu Nhật Bản Trong lĩnh vực lượng, có lẽ trội phát triển năm 1975 1985 đường cáp điện xoay chiều http://www.thuvienvatly.com 60 siêu dẫn Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven Mĩ, Bộ Năng lượng Mĩ Công ti Điện lực Philadelphia tài trợ Thôi thúc trước viễn cảnh cụm lớn nhà máy điện hạt nhân đòi hỏi khả truyền tải lớn để phân phối điện phát chúng, dây cáp siêu dẫn thu hút nhiều ý Mặc dù tuyến cáp hoạt động, thật đáng tiếc, hóa không cần thiết mà nước Mĩ tiếp tục đốt than đá bắt đầu chuyển sang đốt khí thiên nhiên Tương tự vậy, Nhật Bản, nhiều công ti triển khai minh chứng tuyến cáp điện, máy phát điện, máy biến áp siêu dẫn, tất chúng tỏ thành công nhìn từ quan điểm kĩ thuật Những dự án ủng hộ phủ Nhật Bản, lúc nước chịu áp lực lớn nhu cầu điện bùng nổ dân số Tuy nhiên, dự án không thành thực, biết dự án minh chứng siêu dẫn quan trọng Nhật Bản ngày nay, ngoại trừ tuyến đường thử nghiệm lực nâng từ Yamanashi hoạt động hồi năm 1970, sử dụng chất siêu dẫn niobium–titanium Năm 1996, có công bố báo mang tựa đề “Sự siêu dẫn cấp điện: hứa hẹn, hứa hẹn khứ, tương lai” (IEEE Trans Appl Supercond 1053), nhìn thấy trước tương lai sáng sủa cho siêu dẫn nhiệt độ cao Một số lượng lớn minh chứng thiết bị điện thành công xuất sau đó, với nhiều công ti phát triển cáp điện, máy phát điện, máy điều điện (máy biến áp ổn áp) siêu dẫn, tất chúng tỏ thành công Mặc dù số minh chứng biến thành sản phẩm hoạt động được, có nhiều công nghệ siêu dẫn tiên tiến nằm giá chờ tương lai đến, cần thiết Thật đáng tiếc, chẳng có nhiều tác động lên ngành công nghiệp điện, lĩnh vực chịu chi phối lớn trị thông qua công chúng công nghệ thiết yếu với sống hàng ngày Trái lại, với ngành công nghiệp điện tử, giá thành hiệu - thí dụ laptop hay điện thoại thông minh đời – tất Một câu chuyện có phần tương tự với việc áp dụng siêu dẫn cho điện tử học, thí dụ tuyệt vời việc máy vi tính hoạt động “tiếp xúc Josephson”, hứa hẹn mang lại tốc độ CPU nhanh hơn, tiêu hao nhiệt so với công nghệ silicon lưỡng cực thống trị từ thập niên 1960 đầu thập niên 1980 Hãng IBM phủ Nhật Bản đánh cược nhiều vào thành công nó, thành công góc độ kĩ thuật, bị lu mờ trước xuất transistor hiệu ứng trường kim loại oxide-silicon (MOSFET), đáp ứng hai mục tiêu không cần nhiệt độ đông lạnh Làm lạnh mẫu chất Tháng năm 2001, năm sau bình minh thiên niên kỉ mới, Jun Akimitsu thuộc trường Đại học Aoyama-Gakuin Nhật Bản công bố hội nghị oxide kim loại chuyển tiếp việc khám phá siêu dẫn magnesium diboride (MgB2) – chất liệu tổng hợp thành công lần gần 50 trước Viện Công nghệ California Thật ra, Akimitsu đồng nghiệp tìm kiếm khác – phản sắt từ - chất liệu này, bất ngờ tìm thấy MgB2, chất có cấu trúc xếp lớp lục giác chế tạo dạng vi tinh thể, trở nên siêu dẫn http://www.thuvienvatly.com 61 nhiệt độ cao bất ngờ 39 K Khám phá thúc nhiều nhà nghiên cứu khác bắt tay vào khảo sát chất liệu đơn giản và, thập kỉ vừa qua, dây MgB2 hiệu suất cao người ta chế tạo Thật vậy, MgB2 có từ trường tới hạn (giá trị mà siêu dẫn loại II biến mất) cao chất liệu nào, trừ YBCO, với tính toán cho thấy chất siêu dẫn 4,2 K chịu tác động từ trường khủng khiếp cường độ 200 T Hình Các chất siêu dẫn tìm thấy loại ứng dụng, ứng dụng tiếngnhaats nam châm lưỡng cực Máy Va chạm Hadron Lớn CERN Cỗ máy va chạm có 1232 nam châm vậy, nam châm dài 15 m, gồm cuộn dây niobium–titanium siêu dẫn làm lạnh xuống tới 1,9 K helium lỏng Mang dòng điện 13.000 A, nam châm tạo từ trường cực cao có cường độ 8,3 T, giúp lái proton vòng quanh cỗ máy va chạm chu vi đến 27 km (Ảnh: CERN) Tuy nhiên, có bước ngoặc thú vị câu chuyện Năm 1957, nhà hóa học Robinson Swift David White trường Đại học Syracuse New York đo nhiệt đặc trưng mạng MgB2 giữ 18 K 305 K để xem có phụ thuộc vào bình phương nhiệt độ giống cấu trúc phân lớp khác hay không Kết họ, cho thấy phụ thuộc vào T2, công bố Tạp chí Hội Hóa học Mĩ, đồ thị mà thể biểu bảng Khi liệu họ phân tích lại sau công bố hồi năm 2001 Akimitsu vẽ dạng đồ thị, Paul Canfield Sergei Bud'ko trường Đại học Bang Iowa (cũng tác giả viết này, làm việc độc lập nhau), bất ngờ tìm thấy dị thường nhiệt đặc trưng nhỏ gần 38-39 K, cho thấy bắt đầu siêu dẫn Câu hỏi đặt sau: nhà hóa học Syracuse vẽ đồ thị liệu họ trình bày trước đồng nghiệp vật lí, phải lịch sử siêu dẫn từ kỉ 20 phát triển theo lộ trình khác? Theo tôi, có khả kim loại chuyển tiếp niobium, thí dụ hợp kim niobium–titanium dùng nam châm siêu dẫn Máy Va chạm Hadron Lớn CERN, không cần thiết, chí phát triển đầy đủ (hình 3) Các nam châm từ trường cao http://www.thuvienvatly.com 62 chế tạo từ MgB2 có lẽ dây cáp điện siêu dẫn động quay chế tạo từ chất liệu bình thường sử dụng ngày Bài học rút thật rõ ràng: bạn nghĩ bạn có kim loại (hoặc cũ) có tính chất cấu trúc hóa tính khác thường, Holst, Bednorz Akimitsu làm – bạn làm lạnh Thật vậy, Claude Michel Bernard Raveau trường Đại học Caen Pháp chế tạo 123 hợp chất đồng oxide trước Chu đến bốn năm, thiết bị đông lạnh phòng thí nghiệm họ - nhận thấy khó mà có quyền sử dụng sở khác hệ thống ủy ban nghiên cứu quốc gia Pháp – nên họ bỏ lỡ hội tự thực khám phá Sự siêu dẫn xếp vào tối hậu đẹp, tao nhã, sâu sắc, lí thuyết lẫn thực nghiệm, số tiến ngành vật lí vật chất ngưng tụ kỉ 20, người ta tìm thấy vài ba ứng dụng có thâm nhập vào sống Tuy nhiên, khuôn khổ BVS tảng siêu dẫn dường chạm sâu sâu vào phần lõi bên neutron, với ghép cặp quark fermion tính trường gluon boson tính chịu nhiệt độ chuyển tiếp ngưỡng 109 K Một kỉ sau Leiden, nói theo lời Ella Fitzgerald “Bạn đòi hỏi chứ?’ Paul Michael Grant (W2AGZ Technologies, San Jose, California, Mĩ) http://www.thuvienvatly.com 63 Những mốc son lịch sử nghiên cứu siêu dẫn 1908 – 1911: Heike Kamerlingh Onnes giành phần thắng đua với James Dewar hóa lỏng helium (1908), sau phát điện trở không thủy ngân với Gilles Holst (1911) 1913: Heike Kamerlingh Onnes giành giải Nobel Vật lí 1931: Wander Johannes de Haas Willem Keesom phát siêu dẫn hợp kim 1933: Walther Meissner Robert Ochsenfeld phát thấy từ trường bị đẩy khỏi chất siêu dẫn “Hiệu ứng Meissner” có nghĩa chất siêu dẫn nâng lên nam châm 1935: Brothers Fritz Heinz London thực cú đột phá lí thuyết trông đợi từ lâu, thiết lập hai phương trình cố gắng mô tả cách thức chất siêu dẫn tương tác với trường điện từ 1957: John Bardeen, Leon Cooper Robert Schrieffer công bố lí thuyết (BCS) họ, lí thuyết xây dựng ý tưởng cặp Cooper đề xuất trước đó, mô tả tất electron hàm sóng chung Lí thuyết BCS dự đoán siêu dẫn xảy nhiệt độ 20 K nhiều 1962: Brian Josephson dự đoán dòng điện qua hai chất siêu dẫn cách hàng rào cách điện Hai “tiếp xúc Josephson” quấn song song tạo thành dụng cụ giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUID), dụng cụ đo từ trường yếu 1962: Lev Landau nhận Giải Nobel Vật lí 1972: Brian Josephson nhận Giải Nobel Vật lí 1973: John Bardeen, Leon Cooper Robert Schrieffer nhận Giải Nobel Vật lí 1981: Klaus Bechgaard đồng nghiệp tìm thấy siêu dẫn chất muối – chất hữu siêu dẫn áp suất tùy ý Cho đến nay, chất siêu dẫn hữu có nhiệt độ TC cao Cs3C60 38 K 1986: Georg Bednorz Alexander Muller tìm thấy siêu dẫn 30 K, cao giới hạn 20 K lí thuyết BCS, không thấy kim loại mà ceramic 1987: Paul Chu đội ông phá vỡ rào cản nitrogen lỏng 77 K phát thấy siêu dẫn 93 K hợp chất gồm yttrium, barium, đồng oxygen, ngày gọi “YBCO” 1987: Georg Bednorz Alexander Muller nhận Giải Nobel Vật lí 2001: Jun Akimitsu công bố hóa chất đơn giản rẻ tiền magnesium diboride (MgB2) siêu dẫn nhiệt độ tới 39 K 2003: Alexei Abrikosov Vitaly Ginzburg nhận Giải Nobel Vật lí 2006: Hideo Hosono đồng nghiệp phát thấy siêu dẫn hợp chất chứa sắt Nhiệt độ Tc cao tìm thấy chất liệu 55 K http://www.thuvienvatly.com 64 Những số lí thuyết dây Một hệ thống số bị lãng quên phát minh hồi kỉ thứ 19 mang lại giải thích đơn lí giải vũ trụ có 10 chiều John C Baez & John Huerta Lúc nhỏ, tất học số Chúng ta bắt đầu với việc đếm, sau cộng, trừ, nhân chia Nhưng nhà toán học biết hệ thống số mà học trường lớp nhiều khả mà Những loại số khác có tầm quan trọng việc tìm hiểu hình học vật lí học Trong số biến thể có hệ octonion Phần lớn bị lãng quên kể từ khám phá chúng hồi năm 1843, vài thập niên vừa qua, chúng tỏ có tầm quan trọng thật ngành lí thuyết dây Và thật vậy, lí thuyết dây biểu diễn xác vũ trụ, chúng giải thích vũ trụ lại có số chiều Cái ảo tạo thực Octonion mảnh đất toán học túy sau sử dụng để cải thiện kiến thức vũ trụ Nó hệ thống số khác sau tỏ có ứng dụng thực tiễn Để tìm hiểu nguyên do, trước hết nhìn vào trường hợp đơn giản số - hệ thống số học trường lớp – nhà toán học gọi tên số thực Tập hợp tất số thực tạo thành đường thẳng, nói tập hợp số thực có tính chiều Chúng ta hiểu theo hướng ngược lại: đường thẳng chiều việc định rõ điểm đòi hỏi số thực Trước năm 1500, số thực nhân vật vương quốc toán học Sau đó, thời kì Phục hưng, nhà toán học lỗi lạc nỗ lực tìm lời giải cho dạng phương trình ngày phức tạp hơn, chí tổ chức thi xem người giải toán khó Căn bậc hai -1 đưa làm thứ vũ khí bí mật nhà toán học, nhà vật lí, nhà cờ bạc, nhà chiêm tinh học người Italy tên Gerolamo Cardano Trong nhà toán học khác cố cãi bướng, ông liều lĩnh sử dụng số bí mật phần phép tính dài đáp số số thực bình thường Ông không rõ thủ thuật hoạt động được; tất ông biết mang lại cho ông đáp số xác Ông công bố ý tưởng vào năm 1545, từ bắt đầu diễn tranh cãi kéo dài hàng kỉ: Căn bậc hai -1 có thật tồn tại, hay thủ thuật toán học? Gần 100 năm sau, nhà tư tưởng René Descartes đưa phán cuối ông đặt cho tên mang tính chế giễu “số ảo”, ngày viết tắt i Tuy nhiên, nhà toán học tiếp bước Cardano bắt đầu làm việc với số phức – số có dạng a + bi, a b số thực bình thường Khoảng năm 1806, Jean-Robert Argand phổ biến quan điểm số phức mô tả điểm nằm mặt phẳng Vậy a + bi mô tả điểm mặt phẳng nào? Đơn giản thôi: số a cho biết điểm cách bên trái bên phải bao nhiêu, b cho biết phía hay phía http://www.thuvienvatly.com 65 Như vậy, nghĩ số phức điểm mặt phẳng, Argand xa bước: ông rõ người ta nghĩ toán tử thực số phức – cộng, trừ, nhân chia – giống phép tính hình học mặt phẳng Để hình dung toán tử sánh với thao tác hình học nào, trước tiên ta nghĩ tới số thực Cộng trừ số thực làm trượt trục thực sang trái sang phải Nhân chia cho số dương làm giãn co trục lại Thí dụ, nhân với làm giãn trục lên lần, chia cho thu ngắn lần Nhân với -1 đảo chiều trục Thủ tục tương tự hoạt động số phức, với vài khác biệt nhỏ Cộng số phức a + bi với điểm mặt phẳng làm trượt điểm sang phải (hoặc sang trái) lượng a, trượt lên (hoặc trượt xuống) lượng b Nhân với số phức làm giãn co, đồng thời làm quay mặt phẳng phức Đặc biệt, nhân với i làm quay mặt phẳng phức phần tư vòng Như vậy, nhân với i hai lần, làm quay mặt phẳng phức nửa vòng tròn so với điểm ban đầu, giống nhân với -1 Phép chia ngược lại với phép nhân, phép chia, việc co thay cho giãn, ngược lại, sau quay theo chiều ngược lại Toán học không gian đa chiều Ở trường phổ thông, dạy cách liên hệ quan niệm trừu tượng phép cộng phép trừ với thao tác rời rạc – di chuyển số lên xuống trục số Mối liên hệ đại số hình học hóa mạnh mẽ Do đó, nhà toán học sử dụng đại số octonion để giải toán không gian tám chiều khó tưởng tượng Hai hình bên trình bày làm mở rộng toán tử đại số trục số thực sang ánh sáng cho số phức (hai chiều) http://www.thuvienvatly.com 66 Hầu thứ làm với số thực làm với số phức Thật vậy, đa số phép tính hoạt động tốt hơn, Cardano biết, với số phức giải nhiều phương trình so với số thực Nhưng hệ thống số hai chiều mang lại cho người sử dụng sức mạnh tính toán vượt trội hơn, với hệ thống cao chiều sao? Thật không may, mở rộng đơn giản hóa Hàng thập niên sau đó, nhà toán học người Ireland vén bí mật cho đậy hệ thống số cao chiều Và hai kỉ trôi qua, bắt đầu tìm hiểu sức mạnh thật chúng Thuật giả kim Hamilton Năm 1835, tuổi 30, nhà toán học nhà vật lí William Rowan Hamilton khám phá phương pháp xử lí số phức dạng cặp số thực Lúc ấy, nhà toán học thường viết số phức dạng a + bi mà Argand phổ biến, Hamilton để ý thấy tự nghĩ số phức a + bi cách viết lạ hai số thực – thí dụ (a, b) Kí hiệu cho phép dễ cộng trừ số phức – việc cộng trừ số thực tương ứng cặp Hamilton tới quy tắc phức tạp chút để http://www.thuvienvatly.com 67 nhân chia số phức cho chúng giữ nguyên ý nghĩa hình học đẹp đẽ mà Argand khám phá Sau Hamilton phát minh hệ thống đại số cho số phức có ý nghĩa hình học, ông nỗ lực nhiều năm để phát minh sở đại số lớn gồm ba giữ vai trò tương tự hình học ba chiều; nỗ lực chẳng mang lại cho ông thành Có lần, ông viết cho trai sau: “Mỗi buổi sáng bước xuống ăn sáng, em trai (khi ấy), nữa, thường hỏi cha: ‘Cha à, cha nhân ba số không?’ Khi đó, cha miễn cưỡng trả lời, với lắc đầu buồn bã, ‘Không, cha cộng trừ chúng thôi’” Mặc dù lúc ông không biết, nhiệm vụ ông tự giao cho thân ông thật thực mặt toán học Hamilton tìm hệ số ba chiều, ông thực cộng, trừ, nhân chia Phép chia khó nhất: hệ số ta thực phép chia gọi đại số chia Cho đến năm 1958 ba nhà toán học chứng minh thực tế bất ngờ bỏ ngỏ hàng thập kỉ: đại số chia phải có chiều (như số thực), hai chiều (như số phức), bốn chiều tám chiều Để tiếp tục, Hamilton buộc phải thay đổi quy tắc trò chơi Tự Hamilton nêu giải pháp vào ngày 16 tháng 10 năm 1843 Ông vợ ven Kênh đào Hoàng gia để đến dự họp Viện Hàn lâm Hoàng gia Ireland Dublin, ông có phát kiến bất ngờ Trong ba chiều, quay, giãn nén mô tả với ba số Ông cần số thứ tư, từ tạo tập hợp bốn chiều gọi quaternion có dạng a + bi + cj + dk Ở đây, số i, j k ba bậc hai khác -1 Sau này, Hamilton có viết: “Khi đó, cảm thấy mạch điện tư gần bên; tia lóe lên từ phương trình i, j k; thể quen chúng tận hồi nào” Và hành động đáng nhớ chủ nghĩa phá hoại toán học, ông khắc phương trình lên thành đá cầu Brougham Mặc dù ngày chúng bị chôn vùi vết tích lịch sử, biển dựng lên để kỉ niệm khám phá Có vẻ thật lạ cần điểm không gian bốn chiều để mô tả biến đổi không gian ba chiều, điều Ba bốn số dùng để mô tả quay, dễ thấy tưởng tượng cố gắng điều khiển máy bay Để định hướng máy bay, phải điều khiển chuyển động liệng, hay góc hợp với phương ngang Có thể cần điều chỉnh chuyển động trệch đường để rẽ trái rẽ phải xe Và cuối cùng, cần điều chỉnh lộn vòng: góc cánh máy bay Con số cần dùng để mô tả giãn co lại Hamilton trải qua phần lại đời ông với nỗi ám ảnh quaternion tìm thấy nhiều công dụng thực tiễn cho chúng Ngày nay, nhiều ứng dụng này, quaternion bị thay người anh em đơn giản chúng: vec-tơ, nghĩ quaternion có dạng đặc biệt + bj + ck (với số thứ không) Nhưng quaternion có chỗ thích hợp dành cho chúng: chúng mang lại cách hiệu để biểu diễn chuyển động quay ba chiều máy vi tính tỏ thật hữu dụng, từ hệ thống điều khiển độ cao phi thuyền xử lí ảnh trò chơi video http://www.thuvienvatly.com 68 Sức tưởng tượng hồi kết Bất chấp ứng dụng này, tự hỏi xác j, k định nghĩa bậc hai -1 i Những bậc hai -1 có thật tồn hay không? Chúng ta tiếp tục phát minh bậc hai -1 cho nhân vật câu chuyện hay không? Những câu hỏi nêu John Graves, người bạn sinh viên Hamilton, người yêu thích đại số khiến Hamilton nghĩ tới số phức ba Rất sớm sau lần định mệnh vào mùa thu năm 1843, Hamilton gửi cho Graves thư mô tả đột phá ông Graves hồi âm ngày sau đó, tán dương táo bạo ý tưởng Hamilton, bổ sung thêm: “Vẫn có hệ khiến khó nghĩ Tôi quan điểm rõ ràng mở rộng cho tùy tiện tạo số phức, phú cho chúng tính chất siêu nhiên” Và ông nêu vấn đề: “Nếu với thuật giả kim anh, anh chế tạo ba cân vàng, anh dừng lại chứ?” Giống Cardano trước đây, Graves dành thời gian quan tâm đủ lâu để làm ảo thuật với phần vàng riêng ông Ngày 26 tháng 12, ông lại viết thư cho Hamilton, mô tả hệ số tám chiều mà ông gọi octave (bộ tám), ngày gọi octonion Tuy nhiên, Graves không khiến Hamilton quan tâm đến ý tưởng ông Hamilton hứa phát biểu octave Graves trước Hội Hoàng gia Ireland, cách công bố kết mang tính chiều thời kì Nhưng Hamilton tiếp tục gạt sang bên, vào năm 1845, nhà trí thức trẻ Arthur Cayley tái khám phá octonion qua mặt Graves công bố kết Vì lí nên octonion gọi số Cayley Tại Hamilton không thích octonion? Trước hết, ông liều lĩnh dấn thân với nghiên cứu khám phá riêng ông, quaternion Ông có lí túy toán học nữa: octonion phá vỡ số định luật đáng yêu số học Các quaternion có chút kì lạ Khi bạn nhân số thực, thứ tự nhân không thành vấn đề - chẳng hạn nhân nhân Chúng ta nói phép nhân có tính giao hoán Quy tắc tương tự số phức Nhưng quaternion tính giao hoán Thứ tự nhân quan trọng Thứ tự quan trọng quaternion mô tả quay không gian ba chiều, quay vậy, thứ tự mang đến khác biệt kết Bạn tự kiểm tra điều (xem hình: Bài toán quay) Lấy sách, lật từ xuống (sao cho bạn nhìn thấy bìa sau) quay phần tư vòng tròn theo chiều kim đồng hồ (khi nhìn từ xuống) Giờ làm hai thao tác theo chiều ngược lại: trước tiên quay phần tư vòng, sau lật sách Vị trí cuối thay đổi Do kết cuối phụ thuộc vào thứ tự, nên phép quay tính giao hoán Các octonion lạ nhiều Không chúng không giao hoán, chúng phá vỡ quy tắc quen thuộc số học: quy tắc kết hợp (xy)z = x(yz) Chúng ta thấy toán tử phi kết hợp nghiên cứu toán học mình: phép trừ Thí dụ, (3 – 2) – khác với – (2 – 1) Nhưng quen với phép nhân kết hợp, đa số nhà toán học thấy điều “kì kì”, họ quan với toán tử phi giao hoán Thí dụ, phép quay có tính kết hợp, chúng không giao hoán Nhưng có lẽ quan trọng nhất, không rõ hồi thời Hamilton, octonion thích hợp dùng cho Chúng liên quan chặt chẽ với hình học không gian bảy tám chiều, mô tả phép quay chiều phép nhân octonion http://www.thuvienvatly.com 69 Nhưng kỉ, tập túy trí tuệ Cần có phát triển vật lí hạt đại – đặc biệt lí thuyết dây – người ta thấy octonion hữu ích giới thực Xem hình động tại: ScientifcAmerican.com/may2011/octonions Sự đối xứng dây Vào thập niên 1970 1980, nhà vật lí lí thuyết phát triển ý tưởng đẹp gọi siêu đối xứng (Sau này, nhà vật lí biết lí thuyết dây đòi hỏi siêu đối xứng) Nó phát biểu rằng, cấp độ nhất, vũ trụ biểu đối xứng vật chất lực tự nhiên Mỗi hạt vật chất (thí dụ electron) có hạt đối tác mang lực Và hạt lực (thí dụ photon, hạt mang lực điện từ) có hạt vật chất song sinh Siêu đối xứng bao hàm quan điểm định luật vật lí bất biến hoán chuyển toàn hạt vật chất hạt lực Hãy tưởng tượng ngắm vũ trụ gương kì lạ, thay hoán chuyển bên trái bên phải, trao đổi hạt lực cho hạt vật chất, ngược lại Nếu siêu đối xứng đúng, thật mô tả vũ trụ chúng ta, vũ trụ gương hoạt động giống hệt vũ trụ Mặc dù nhà vật lí chưa tìm thấy chứng thực nghiệm chắn ủng hộ cho siêu đối xứng, lí thuyết thật đẹp dẫn tới nhiều sở toán học đầy mê mà nhiều nhà vật lí hi vọng trông đợi Tuy nhiên, có thứ biết đúng, học lượng tử Và theo học lượng tử, hạt có tính chất sóng Trong phiên ba chiều chuẩn học lượng tử mà nhà vật lí sử dụng hàng ngày, loại số (gọi spinor) mô tả chuyển động sóng hạt vật chất Một loại số khác (gọi vec-tơ) mô tả chuyển động sóng hạt lực Nếu muốn hiểu tương tác hạt, phải kết hợp hai số theo kiểu phép nhân Mặc dù hệ thống sử dụng hoạt động, không tao nhã cho Để thay thế, tưởng tượng vũ trụ kì lạ thời gian, có không gian Nếu vũ trụ một, hai, bốn tám chiều, hạt vật chất lẫn hạt lực sóng mô tả loại số - số đại số chia, loại hệ số http://www.thuvienvatly.com 70 cho phép cộng, trừ, nhân chia Nói cách khác, chiều này, vec-tơ spinor trùng với nhau: chúng tương ứng số thực, số phức, quaternion octonion Siêu đối xứng xuất cách tự nhiên, mang lại mô tả thống vật chất lực Phép nhân đơn giản mô tả tương tác, hạt – cho dù thuộc loại – sử dụng hệ thống số Nhưng vũ trụ đồ chơi thực, cần xét thời gian Trong lí thuyết này, xem xét có tác dụng hấp dẫn Tại thời điểm thời gian, dây một chiều, đường cong đường thẳng Nhưng dây vạch mặt hai chiều thời gian trôi qua [xem hình minh họa] Sự diễn biến làm thay đổi chiều siêu đối xứng phát sinh, bổ sung thêm hai chiều – cho dây cho thời gian Thay siêu đối xứng một, hai, bốn tám chiều, có siêu đối xứng ba, bốn, sáu mười chiều Trong lí thuyết dây, dây chiều vạch mặt hai chiều theo thời gian.Trong lí thuyết M, màng hai chiều vạch khối ba chiều Việc bổ sung thêm chiều cho tám chiều octonion mang lại manh mối lí giải lí thuyết đòi hỏi 10 11 chiều Thật trùng hợp, nhiều năm qua, nhà lí thuyết dây cho biết phiên 10 chiều lí thuyết có tính quán Những phiên lại dị thường, việc tính toán yếu tố hai cách khác cho hai đáp số khác Ngoài phiên 10 chiều ra, phiên lí thuyết dây khác bị sụp đổ Nhưng lí thuyết dây 10 chiều, vừa thấy, phiên lí thuyết sử dụng octonion Cho nên http://www.thuvienvatly.com 71 lí thuyết dây đúng, octonion hiếu kì vô ích nữa: trái lại, chúng mang lại lí sâu sắc lí giải vũ trụ phải có 10 chiều: 10 chiều, hạt vật chất hạt lực thân loại số - octonion Nhưng câu chuyện chưa dừng lại Thời gian gần đây, nhà vật lí xa dây, chuyển sang xét màng Thí dụ, màng hai chiều, hay 2-brane, thời điểm trông giống tấm, thời gian trôi qua, vạch khối ba chiều không-thời gian Trong lí thuyết dây, phải bổ sung thêm hai chiều cho tập hợp chuẩn gồm một, hai, bốn tám chiều, phải cộng thêm ba chiều Như vậy, xử lí với màng, muốn siêu đối xứng xuất tự nhiên chiều bốn, năm, bảy 11 Và lí thuyết dây, có chút bất ngờ: nhà lí thuyết cho biết lí thuyết M (M thường kí hiệu cho chữ “membrane” – màng) đòi hỏi 11 chiều – ngụ ý tự nhiên sử dụng octonion Chao ôi, tiếc hiểu lí thuyết M đủ tốt để viết phương trình (nên chữ M kí hiệu cho chữ “mysteroius” – bí ẩn) Khó mà nói xác lí thuyết M trông tương lai Ở đây, nên nhấn mạnh lí thuyết dây lí thuyết M chưa nêu dự đoán thực nghiệm kiểm tra Chúng giấc mơ tuyệt vời – giấc mơ Vũ trụ mà sống không trông có 10 11 chiều, chưa thấy đối xứng hạt vật chất hạt lực David Gross, chuyên gia hàng đầu giới lí thuyết dây, đặt tỉ lệ nhìn thấy chứng cho siêu đối xứng Máy Va chạm Hadron Lớn CERN 50% Những người hoài nghi nói tỉ lệ nhỏ nhiều Chỉ có thời gian cho câu trả lời Do không chắn này, nên lâu biết octonion kì lạ có tầm quan trọng sở việc tìm hiểu giới mà thấy xung quanh hay không, hay đơn mảnh ghép toán học đẹp đẽ mà Tất nhiên, đẹp toán học tự thân đích đến đáng giá, tuyệt vời octonion hóa có mặt công thức xây dựng tự nhiên Như câu chuyện số phức vô số phát triển toán học khác chứng minh, lần phát minh toán học túy sau mang lại công cụ xác mà nhà vật lí cần đến Theo Scientifc American, tháng 5/2011 http://www.thuvienvatly.com 72 WWW.THUVIENVATLY.COM Bản Tin Vật Lý Tháng - 2011  Thư Viện Vật Lý www.thuvienvatly.com banquantri@thuviemvatly.com Tháng năm 2011 Nội dung: Trần Nghiêm – trannghiem@thuvienvatly.com Tuấn Quốc - tuanquoc511@yahoo.com Biên tập: Trần Triệu Phú – trieuphu@thuvienvatly.com Thiết kế: Bích Triều, Vũ Vũ Cùng số Cộng tác viên khác Trong tin có sử dụng hình ảnh dịch từ tạp chí tiếng Physics World, Nature Physics, New Scientist, số tạp chí khác [...]... xem li u một trận động đất lớn có thể kích hoạt một trận động đất lớn khác nữa trong một phần khác của thế giới hay không Nhưng trận động đất thường tạo ra các dư chấn nhỏ hơn, trong đó một số dư chấn ở cự li rất xa Cơn địa chấn Nhật Bản vừa qua đã kích thích một số rung chuyển nhỏ ở xa tận bang Nebraska ở Mĩ Nhưng Andrew Michael, một nhà vật lí địa cầu tại Cục Địa chất Hoa Kì ở Menlo Park, California,... Keystone-France/Gamma-Keystone/Getty) http://www.thuvienvatly.com 19 Chuyến đi bộ vũ trụ đầu tiên Nhà du hành Alexei Arkhipovich Leonov đã thực hiện chuyến đi bộ vũ trụ đầu tiên khi ông bước chân ra khỏi phi thuyền Xô Viết Voskhod 2 vào ngày 18 tháng 3 năm 19 65 Ông ở bên ngoài phi thuyền trong thời gian chỉ hơn 12 phút, nối với phi thuyền qua một dây thắt 5, 35 mét Leonov gặp chút xíu trục trặc khi đi trở vào... chí Phys Rev Lett 106 13 050 6 Nguồn: physicsworld.com Chúng ta đang sống trong kỉ nguyên của những trận động đất khổng lồ? Quang cảnh đường phố ở Valdivia, Chile, sau trận động đất 9 ,5 độ Richter hồi năm 1960 – trận động đất lớn nhất từng được ghi nhận trong lịch sử Ảnh: NOAA | Pierre St Arnand Đợt sóng thần tàn khốc hồi năm 2004 ở Indonesia, với thiệt hại nhân mạng lên tới 250 .000 người, có nguyên nhân... http://www.thuvienvatly.com 14 đã mang lại những lượng nhiệt lớn được giải phóng, biến nó thành một thiên hà hoạt động “phát xạ hồng ngoại” Những ảnh chụp như ảnh của NGC 6240 ở đây là hiếm gặp, vì chúng chụp một pha ngắn ngủi trong sự hợp nhất của các thiên hà (Ảnh: NASA/JPL-Caltech/STScI-ESA) Sau va chạm MACSJ 00 25 được hình thành khi hai đám thiên hà lớn va chạm nhau Hai đám thiên hà ban đầu, đám này... thì chuyển động chậm đi và cụm lại ở giữa (Ảnh: NASA/ESA/CXC/M Bradac and S Allen) http://www.thuvienvatly.com 15 Va chạm vòng hai NGC 6670 hầu như chắc chắn đã từng chịu ít nhất là một lần chạm trán gần Nhưng với hai nhân của hai thiên hà đang chồng lấn này (NGC 6670E và NGC 6670W) cách nhau chừng 50 .000 năm ánh sáng, NGC 6670 dường như đang bước vào những giai đoạn đầu của một cú va chạm lần thứ... lớp http://www.thuvienvatly.com ~66 phút sau khi phóng YG: Tôi đang bay trên biển Ta có thể xác định hướng chuyển động của biển Hạ cánh (108 phút sau khi phóng) (Gagarin đáp xuống trên một cánh đồng ở vùng Saratov thuộc Li n Xô Anna Takhtarova và một cô gái đón ông ở đó) YG: Đừng sợ nhé, đồng chí! Tôi là bạn mà Anna Takhtarova: Anh vừa từ vũ trụ đến à? 17 YG: Đồng chí sẽ không tin đâu Hồ sơ Phát biểu... Ngày 12 tháng 4 năm 1961, nhà du hành Li n Xô Yuri Gagarin trở thành con người đầu tiên bay vào vũ trụ khi phi thuyền Vostok của ông hoàn tất một quỹ đạo quanh Trái đất Kể từ Gagarin, 52 0 người đàn ông và phụ nữ từ 38 quốc gia đã tiếp bước theo ông Dưới đây, chúng ta hãy điểm lại những kỉ lục đáng nhớ nhất trong lịch sử bay vũ trụ của nhân loại http://www.thuvienvatly.com 18 Chú chó trong vũ trụ Vâng,... Ngày 16 tháng 6 năm 1963, cựu công nhân thợ dệt Valentina Tereshkova, 26 tuổi, người Li n Xô, đã trở thành người phụ nữ đầu tiên bay vào vũ trụ Bà là nhà du hành thứ năm bay vào quỹ đạo trên phi thuyền Vostok 6, rời bệ phóng lúc 12:30 giờ Moscow Các đài phát thanh gọi bà là “Chaika” – tiếng Nga có nghĩa là chim mòng biển Nikita Khrushchev, lãnh tụ Li n Xô khi đó, đã chúc mừng Tereshkova qua đường truyền... thường của những cơn địa chấn lớn, nghĩa là những cơn địa chấn có độ lớn 8,0 hoặc cao hơn Thí dụ, dữ li u địa chấn toàn cầu cho thấy sự gia tăng đột ngột tần suất của những trận động đất lớn từ năm 1 950 đến năm 1967 Nhưng cũng có những thời kì yên ắng với ít trận động đất lớn hơn Và chỉ với 100 năm số li u tham khảo, các nhà nghiên cứu không dám chắc chắn sự phân bố như thế này của những trận động đất... http://www.thuvienvatly.com 21 Một mình ở trong vũ trụ lâu nhất Nhà du hành Valeri Polyakov giữ kỉ lục người ở li n tục trên vũ trụ lâu nhất Ông đã ở trên trạm vũ trụ Mir Xô Viết trong 14 tháng trời (437 ngày 18 giờ) Đó là chuyến đi thứ hai của ông, bay trên phi thuyền Soyuz TM-18 vào hôm 8 tháng 1 năm 1994 và trở về Trái đất hôm 22 tháng 3 năm sau trên phi thuyền TM-20 (Ảnh: NASA) http://www.thuvienvatly.com ...WWW.THUVIENVATLY.COM Bản Tin Vật Lý Tháng - 2011  Thư Viện Vật Lý www.thuvienvatly.com banquantri@thuviemvatly.com Tháng năm 2011 Nội dung: Trần Nghiêm – trannghiem@thuvienvatly.com Tuấn... đỏ, lục lam lên màng mỏng dày 150 nm thuộc chất li u nhạy sáng gọi quang trở, gắn lên chất thủy tinh Sau đó, họ tráng lên quang trở lớp bạc 55 nm, lớp thủy tinh 25 nm Để nhìn thấy hologram, nhà... học vật li u gọi nhiễu xạ tán http://www.thuvienvatly.com Ảnh minh họa hình thành hành tinh, tiểu hành tinh chổi đĩa tiền hành tinh quay xung quanh trẻ (Ảnh: NASA/JPL-Caltech) Các hành tinh lớn