Friday, August 31, 2012

Tản mạn về: đi tìm nguồn gốc của vạn vật… (Phần 1)

Vũ trụ này từ đâu có. Con người, chủ nhân của địa cầu, sinh linh với nhiều thuộc tính phức tạp nhất: viễn vông nhất, thông minh nhất, đa tình nhất,… từ đâu đến và sẽ đi về đâu?

Câu hỏi này từ ngàn xưa đã là một ám ảnh, một khắc khoải khiến cho bao lớp người: nhà văn, nhà thơ, nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã phải trăn trở, phải đi tìm cho ra nguồn cội. Nhiều  giả thiết, lý thuyết đã được xây dựng… Ngay từ thời xa xưa ở Hy Lạp, Thales (624-546 TCN) cho rằng mọi thứ đều do Nước mà ra; Anaximenes (585-528 TCN) thì lại cho rằng mọi thứ đều do Không Khí mà thành; nhân vật nổi tiếng với câu nói: “Không ai tắm hai lần trên một giòng sông”; Heraclitus (sống trong khoảng thế kỷ thứ VII đến thứ V trước CN) thì lại nói vạn vật do Lửa mà có và Empedocles (490-430 TCN) thì lại cho rằng vạn vật do bốn nguyên tố: Đất, Nước, Lửa, Không khí liên kết với nhau bởi lực hút và lực đẩy mà được hình thành.

Các giả thiết tương tự cũng được truyền bá ở phương Đông với hai trường phái Âm-Dương, Ngũ Hành. Phái Âm Dương thì cho rằng vạn vật đều do Âm Dương tương tác mà thành, còn Ngũ Hành thì tin rằng mọi  vật phải do Kim, Mộc, Thủy, Hỏa, Thổ tương sinh tương khắc mà hiện hữu: trong quan hệ Sinh thì Mộc sinh Hỏa, Hỏa sinh Thổ, Thổ sinh Kim, Kim sinh Thủy, Thủy sinh Mộc, trong quan hệ Khắc thì Mộc khắc Thổ, Thổ khắc Thủy, Thủy khắc Hỏa, Hỏa khắc Kim, Kim khắc Mộc. Vạn vật cứ xoay quanh chu trình ấy…

Từ đầu thế kỷ thứ V trước công nguyên Anaxagoras (500-428 TCN) đã cho rằng vạn vật được cấu thành từ các hạt rất nhỏ; và quan điểm đóng đinh cho lý thuyết nguyên tử chính là của Democritus (460-370 TCN) khi ông cho rằng vạn vật được hình thành từ các nguyên tử (là thành phần nguyên cuối cùng không thể chia nhỏ hơn được nữa). Giả thiết về sự tồn tại của nguyên tử cuối cùng cũng được kiểm nghiệm xác thực bởi các nhà khoa học sau đó hơn hai mươi thế kỷ. Nhưng nguyên tử đã phải là hạt nhỏ nhất cuối cùng chưa hay còn hạt bé hơn…

Ngày nay với tiến bộ của khoa học-kỹ thuật và tri thức phát triển của loài người, người ta đã biết chắc là có các hạt bé hơn nguyên tử (hạ nguyên tử),  nguyên tử không phải là hạt nhỏ nhất để tạo nên vật chất mà thực tế nguyên tử được cấu thành bởi các hạt bé hơn nữa: hạt cơ bản. Các hạt này được chia thành hai nhóm lớn gồm nhóm fermion tạo ra vật chất (như các quarks trong nhân nguyên tử và các electron ở vỏ nguyên tử…) và nhóm các hạt boson tạo ra trường lực như các gluon (hạt truyền lực mạnh), W & Z boson (hạt truyền lực yếu), photon (hạt truyền lực điện từ) và graviton (hạt truyền lực hấp dẫn). Mọi vật trong vũ trụ cả dưới dạng Chất và dạng Trường đều được tạo thành từ các hạt cơ bản này mà kích thước của chúng vô cùng nhỏ bé chỉ khoảng một phần triệu tỷ mét, vì thế muốn hiểu các hạt này thì phải có các lý thuyết để khảo sát, lý thuyết đó là Cơ Học Lượng Tử. Theo lý thuyết này thì các hạt cơ bản có kiểu hành xử rất lạ so với vật thể vĩ mô trong thế giới thông thường bởi chúng vừa là “Sóng” vì có thể lan truyền vừa là “Hạt” vì đứng yên tại chỗ, nhưng thực tế chúng ‘nhảy múa’ không ngừng, không gian càng hẹp chúng nhảy múa càng dữ dội. Lực khảo cứu trong thế giới lượng tử là Lực Mạnh, Lực Yếu, và Lực Điện Từ tùy vào đối tượng khảo sát. Còn ở khoảng cách cực lớn, thường chỉ ở trong các nghiên cứu thiên văn thì thế giới lại được mô tả bởi một lý thuyết  khác: Thuyết Tương Đối. Theo thuyết này thì không gian và thời gian gắn chặt với nhau và không thể tách rời, năng lượng  và khối lượng có thể quy đổi cho nhau và vận tốc ánh sáng là vận tốc giới hạn của vũ trụ. Lực ngự trị trong thế giới thiên văn là Lực Hấp Dẫn.

Như vậy có bốn loại Lực ngự trị trong tự nhiên: Lực Mạnh, Lực Yếu, Lực Điện Từ và Lực Hấp Dẫn. Mọi nhà khoa học đều mong mỏi tìm được một lý thuyết có thể thống nhất được bốn loại lực trên, nhưng cho đến nay chưa ai làm được việc ấy cả, vấn đề này hiện nay là một thách thức lớn cho khoa học nói chung và vật lý hiện đại nói riêng. Tuy vậy, ngày nay các nhà khoa học đã thành công trong việc thống nhất ba lực là Lực Mạnh, Lực Yếu và Lực Điện Từ bằng một lý thuyết là Mô Hình Chuẩn, mô hình này đã cho phép giải thích được nhiều điều trong thế giới lượng tử, thí dụ lý thuyết này đòi hỏi sự tồn tại của các hạt gluon, boson và photon và thực nghiệm đã kiểm chứng điều này với sự chính xác RẤT CAO. Thực ra Mô Hình Chuẩn đóng vai trò dẫn dắt trong các nghiên cứu về vật lý hạt, trước khi tìm kiếm một hạt mới các nhà khoa học đã có thể tiên đoán chính xác tính chất của hạt đó ra sao rồi. Nhưng Mô Hình Chuẩn chưa có câu trả lời cho nhiều câu hỏi, chẳng hạn như vì sao các hạt cơ bản lại có khối lượng?... Để giải thích câu hỏi này cách tốt nhất là giả thiết có một hạt nào đó có trách nhiệm mang lại khối lượng cho các hạt cơ bản thông qua tương tác với chúng. Ý tưởng về hạt này được 6 nhà vật lý đưa ra từ năm 1964, sau này gọi là hạt boson Higgs. Việc tìm được hạt Higgs không những chỉ giải thích được vì sao các hạt cơ bản khác có khối lượng mà còn chứng minh được Mô Hình Chuẩn là đáng tin vì hạt Higgs là mảnh ghép cuối cùng trong bức tranh thế giới mà Mô Hình Chuẩn vẽ ra, hơn thế, nó sẽ giúp cho con người hiểu rõ hơn về cấu trúc vật chất, từ đó tìm ra sự hình thành vũ trụ -lúc mà- bốn loại lực trên còn thống nhất với nhau trong tự nhiên (giả thiết Big Bang). Thế là hàng chục ngàn nhà khoa học trên toàn thế giới miệt mài đi tìm hạt Higgs trong các máy gia tốc từ hàng chục năm qua.

Việc bỏ ra chi phí để kiến tạo,  ngày nay loài người có trạm không gian với chi phí khoảng 100 tỷ đô la hiện đang trên quỹ đạo, công trình khác có giá trị cao nhất hiện nay trên mặt đất -theo tôi biết- là thủy điện Tam Hiệp của Trung quốc với giá trị quyết toán  kể cả phát sinh không quá 35 tỷ đô la (có tài liệu nói khoảng gần 30 tỷ đô la) Việt Nam nghe đâu các vị đang quyết làm “Đường Sắt Cao Tốc Bắc Nam” với dự toán 56 tỷ đô la chưa tính hết phát sinh, nếu thế VN sẽ có công trình lớn nhất của mọi thời đại trên mặt đất (sic!) Nhưng -theo tôi- công trình thể hiện tột bực tri thức của nhân loại ngày nay là máy gia tốc hạt (LHC) với chi phí chưa quá 9 tỷ đô la ở biên giới Pháp-Thụy sĩ của Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử Châu Âu (CERN) trong hành trình đi tìm hạt Higgs mà tôi vừa giới thiệu ở trên.

Còn tiếp

Đỗ Thế Hùng (sưu tầm & tổng hợp)

19.00pm31/8/2012 Lăng cô – Huế trong khuôn khổ tháng mừng diễn đàn thbmt 1 năm tuổi, nhằm đa dạng hóa trang blog.

No comments:

Post a Comment