Con lắc Foucault

Một phần của tài liệu vu-tru-va-hoa-sen (Trang 74 - 75)

Không gian không chỉ là không thể phân chia ở thang hạ nguyên tử, mà cả ở thang toàn vũ trụ. Điều này được chứng tỏ bởi một thí nghiệm cũng nổi tiếng không kém đó là con lắc Foucault.

Điều mà nhà vật lí người Pháp Léon Foucault muốn chứng minh không phải là “tính bất khả tách” của vũ trụ mà là sự quay quanh mình nó của Trái Đất. Năm 1851, trong một thí nghiệm mà hiện nay được tái hiện trong nhiều bảo tàng trên thế giới, ông đã treo một con lắc từ vòm điện Panthéon ở Paris. Chúng ta đều biết rõ hành vi của con lắc này: sau khi được thả ra, mặt phẳng dao động của nó sẽ quay theo thời gian. Nếu ta thả nó theo hướng Nam-Bắc, thì sau vài giờ nó sẽ dao động theo hướng Đông- Tây. Còn nếu như ở các cực của Trái Đất, thì con lắc sẽ quay trọn một vòng sau đúng 24 giờ. Tại Paris, do ảnh hưởng của vĩ độ, con lắc chỉ xoay được một phần của vòng sau một ngày. Tại sao hướng của con lắc lại bị thay đổi? Foucault đã trả lời một cách đúng đắn rằng chuyển động này chỉ là biểu kiến: thực ra mặt phẳng dao động của con lắc là cố định; chính Trái Đất mới quay. Và khi đã chứng minh được Trái Đất quay bằng cách như thế, ông dừng lại ở đó.

Nhưng câu trả lời của Foucault là chưa đầy đủ, bởi một chuyển động chỉ có thể được mô tả khi so với một cái gì đó bất động. Đó chính là nguyên lí tương đối do Galilei tìm ra và đã được phát triển tới

mức cao nhất bởi Einstein chuyển động tuyệt đối là không tồn tại. Galilei đã hiểu được rằng “chuyển động như chả là gì cả”. Chuyển động không tồn tại tự thân mà phải là đối với một vật mốc cố định. Mặt phẳng của con lắc là cố định, nhưng nó là cố định đối với mốc nào? Vật nào xác định hành vi của nó? Nếu một vật là nguyên nhân chuyển động của con lắc thì nó sẽ nằm trong mặt phẳng dao động, mà ta biết rằng nó cố định. Ngược lại, nếu chuyển động của con lắc không được xác định bởi vật thể này thì cuối cùng nó cũng sẽ rời khỏi mặt phẳng dao động.

Hãy xem xét các vật thể vũ trụ đã biết, từ gần nhất tới xa nhất. Hãy hướng mặt phẳng dao động của con lắc của chúng ta về phía Mặt Trời. Trong hành trình thường nhật của thiên thể này trên bầu trời - chuyển động biểu kiến này là do sự tự quay của Trái Đất - mặt phẳng dao động có vẻ quay theo chuyển động của Mặt Trời. Vậy liệu có phải Mặt Trời xác định mặt phẳng dao động của con lắc không? Không phải, bởi vì thiên thể này sẽ đi ra khỏi mặt phẳng dao động sau vài tuần. Các ngôi sao gần nhất, cách chúng ta vài năm ánh sáng, cũng như thế sau vài năm. Thiên hà Andromeda nằm cách chúng ta 2,3 triệu năm ánh sáng, trôi ít hơn nhưng cuối cùng vẫn đi ra khỏi mặt phẳng dao động. Thời gian trôi qua trong mặt phẳng dao động sẽ kéo dài hơn và độ trôi tiến về không khi các vật thể thí nghiệm ở càng xa. Chỉ khi mặt phẳng dao động hướng về những đám thiên hà xa nhất có thể, cách chúng ta hàng tỉ năm ánh sáng, tại biên của vũ trụ mà ta biết, thì chúng mới không trôi ra khỏi mặt phẳng dao động của con lắc.

Kết luận rút ra từ thí nghiệm này thật lạ lùng: con lắc Foucault điều chỉnh hành vi của nó không phải theo môi trường địa phương mà theo những thiên hà ở xa xôi nhất, chính xác hơn là theo toàn bộ vũ trụ, bởi vì gần như toàn bộ khối lượng thấy được của vũ trụ không phải tập trung ở các ngôi sao gần nhất mà ở trong các thiên hà xa xôi này. Nói cách khác, những gì xảy ra ở chỗ chúng ta lại được quyết định trong khoảng bao la của vũ trụ, những gì xảy ra trên hành tinh nhỏ nhoi của chúng ta đều phụ thuộc vào toàn bộ cấu trúc của vũ trụ!

Tại sao con lắc Foucault lại có hành vi như thế? Hiện nay chúng ta vẫn chưa có câu trả lời. Nhà vật lí người Áo Ernst Mach (tên của ông được dùng làm đơn vị đo tốc độ siêu thanh) nhìn thấy ở đó một loại vật chất và ảnh hưởng của nó hiện diện khắp nơi. Theo ông, khối lượng của một vật - đại lượng đo quán tính của nó, tức là sự kháng cự chống lại chuyển động - là kết quả tác động của toàn bộ vũ trụ lên vật đó. Đây chính là cái mà người ta gọi là “nguyên lí Mach”, được phát biểu từ cuối thế kỉ 19. Khi bạn khổ sở đẩy chiếc ô tô bị hỏng, sự kháng cự chống lại chuyển động của nó xuất phát từ toàn bộ vũ trụ. Chúng ta lại tìm thấy ở đây khái niệm duyên khởi của Phật giáo: mỗi bộ phận đều mang trong nó tính toàn thể, và phụ thuộc vào tất cả các bộ phận còn lại. Mach chưa bao giờ mô tả chi tiết về sự ảnh hưởng phổ quát bí ẩn này, nó khác với hấp dẫn, và sau ông vẫn chưa làm được điền đó. Dù sao thì con lắc Foucault cũng đã buộc chúng ta phải thừa nhận trong vũ trụ tồn tại một tương tác có bản chất hoàn toàn khác với những tương tác mà vật lí hiện tại mô tả: một tương tác không dùng tới lực hay trao đổi năng lượng, nhưng lại kết nối toàn thể vũ trụ.

Một phần của tài liệu vu-tru-va-hoa-sen (Trang 74 - 75)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(93 trang)