Chuyển động quay – bí quyết của tự nhiên

Ngành vật lý đang gặp khó khăn vì lý thuyết không giải thích nổi một số hiện tượng các nhà thiên văn mới quan sát được. Đó là sự giãn nở ngày càng nhanh của vũ trụ, vật chất tối, năng lượng tối và bản chất của khối lượng. Chúng ta có thể hiểu các “khó khăn” này khi đọc những bài viết của hai nhà vật lý nổi tiếng (gốc Việt) là Phạm Xuân Yêm và Trịnh Xuân Thuận.

I – KHÓ KHĂN HIỆN TẠI

1. Các bài viết của giáo sư Phạm Xuân Yêm – nhà vật lý – nguyên giám đốc nghiên cứu Trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp.

Trong bài: “Neutrino, sứ giả của hai thế giới thái cực” được đăng trên tạp chí Tia sáng vào ngày 27/10/2011, ở một đoạn giữa có viết:

“Ngày nay trong vũ trụ bao la đó có chừng 96% một cái năng-khối lượng gì mà chúng ta chưa từng biết, chúng mang tên gọi Năng lượng tối (chiếm khoảng 74%) và Vật chất tối (chiếm 22%). Còn lại chừng 4% là vật chất bình thường quen thuộc mà phản ứng tổng hợp nhiệt hạch của chúng làm chói sáng bầu trời ban đêm, trong đó neutrino, chi phối duy nhất bởi lực hạt nhân yếu, đóng vai trò cực kỳ quan trọng.

Năng lượng tối liên hệ đến sự dãn nở ngày càng tăng tốc của vũ trụ từ 7 tỷ năm gần đây mà ngược lại từ 13.7 đến 7 tỷ năm trước đó, do sức ép của trọng trường vật chất, vũ trụ đã giảm dần gia tốc tăng trưởng của thủa ban đầu Big Bang. Còn Vật chất tối là ngôn từ để diễn tả sự gắn kết mạnh mẽ giữa các chùm thiên hà xa xăm không cho chúng phân tán. Vật chất tối kỳ lạ này không bức xạ, nghĩa là không bị chi phối bởi ba tương tác cơ bản quen thuộc (điện từ, mạnh và yếu của hạt nhân nguyên tử), khối lượng của nó chỉ có vai trò duy nhất là tạo ra trọng lực hút vào để giữ cho các thiên hà góp thành chùm chứ không tung bay khắp phía. Nguồn gốc và bản chất bí ẩn của năng lượng tối (mang tính chất đẩy ra) và vật chất tối (mang tính chất ép vào), hai thành phần chế ngự hầu như toàn diện vũ trụ, là đề tài nóng bỏng của thiên văn và vật lý hạt cơ bản hiện đại.

Kỳ lạ và bí ẩn thay, 96% năng – khối lượng của vũ trụ ở ngoài tầm hiểu biết hiện nay của con người!”

Ở đoạn cuối, trong phần chú thích có viết:

“Khám phá quan trọng khởi đầu từ năm 1998 đang trên đà phát triển mạnh, nó bất ngờ vì trái ngược với trực giác và định kiến, đó là thay vì giảm tốc do áp lực co hút, nén vào của trọng trường vật chất, vũ trụ lại tăng tốc và dãn nở mạnh hơn lên! Thực thế vụ nổ Big Bang kinh hoàng ban đầu với một lực đẩy ra cực kỳ mạnh đã tạo ra không-thời gian và làm nó dãn nở, nhưng sau đó vũ trụ nguội dần, đám mây các hạt cơ bản ban đầu đặc lại và hút lẫn nhau tạo nên những chùm thiên hà. Chúng phải gây ra một trọng trường để nén ép không gian co lại và vũ trụ vì thế có nhiều khả năng giảm dần tốc độ dãn nở. Để trả lời câu hỏi là không gian giảm gia tốc dãn nở ra sao, hai nhóm các nhà thiên văn – dẫn đầu một bên bởi Saul Perlmutter ở Berkeley (Mỹ) và bên kia bởi Brian Schmidt ở Mount Stromlo (Úc) cùng Adam G. Riess ở Baltimore (Mỹ) – tìm cách đo lường sự giảm tốc này bằng cách đo lường vận tốc tách rời nhau (qua sự xê dịch về phía đỏ của quang phổ) của các siêu tân tinh (supernovae) loại Ia ở nhiều khoảng cách khác nhau (qua độ sáng vô cùng rực rỡ của chúng).

Sau gần mười năm cật lực tìm tòi khoảng 50 siêu tân tinh loại Ia để đo lường khoảng cách cùng vận tốc tách rời nhau của chúng, hai nhóm Mỹ và Úc đưa ra kết luận giống nhau và rất bất ngờ: vũ trụ tuy có giảm tốc tăng trưởng nhưng chỉ trong có 7 tỷ năm đầu thôi, sau đó nó lại tăng tốc dãn nở cho đến nay. Biện minh và bổ sung thêm cho khám phá sửng sốt này đến từ những đo lường mới đây rất chính xác bởi vệ tinh WMAP về sự thăng giáng nhiệt độ của bức xạ nền, chúng cho ta một biên vũ trụ Euclid không lồi lõm mà phẳng và đang dãn nở ngày càng nhanh. Điều này đòi hỏi một lực đẩy vạn vật ra xa, chống lại lực hút vào của trọng trường vật chất, nghĩa là cần phải có một áp lực mới để sinh ra lực đẩy đó. Thành phần năng lượng diễn tả lực đẩy mới này mang tên năng lượng tối. Để có được sự tăng tốc dãn nở ở thời điểm 7 tỷ năm sau Big Bang, tính toán cho biết năng lượng tối phải chiếm đến khoảng 74% tổng năng – khối lượng của toàn vũ. Trong 26% còn lại, chỉ chừng 4% là vật chất bình thường quen thuộc mà phản ứng nhiệt hạch của chúng làm chói sáng bầu trời ban đêm. Phần 22% sau rốt là một loại vật chất tối hoàn toàn khác lạ. Vật chất tối kỳ lạ này không bức xạ, nghĩa là không bị chi phối bởi ba tương tác cơ bản quen thuộc (điện từ, mạnh và yếu của hạt nhân nguyên tử), khối lượng của nó chỉ có vai trò duy nhất là tạo ra trọng lực hút vào để giữ cho các thiên hà góp thành chùm chứ không tung bay khắp phía.

Giải Nobel vật lý 2011 vinh tặng Saul Perlmutter, Brian Schmidt và Adam G. Riess về khám phá này.”

Trong bài “Cái không trong lượng tử” được đăng trên tạp chí Vietsciences vào 29/8/2007 ở đoạn cuối, trong phần chú thích có viết:

“Thuyết tương đối rộng diễn tả luật hấp dẫn của trọng trường là do sự cong xoắn của không-thời gian làm mọi vật rơi lại gần nhau chứ chẳng có lực nào hút chúng cả”

Bài liên quan:

– “Vũ trụ đang giãn nở có gia tốc” được đăng trên tạp chí Tia sáng của bộ Khoa học và Công nghệ vào 18/10/2011.

—

2. Các bài viết của giáo sư Trịnh Xuân Thuận – nhà vật lý, thiên văn – đang công tác tại đại học Virginia – Mỹ.

Trong bài “Sự tiến hóa của vũ trụ” được đăng trên tạp chí Vietsciences vào năm 2005 có viết:

“Trong lĩnh vực chuyên môn vũ trụ học của tôi, thì đó là vấn đề vật chất tối, một bài toán đau đầu của các nhà thiên văn học hiện đại. Được phát hiện vào năm 1933, vấn đề này không ngừng ám ảnh họ. Vật chất tối có mặt ở khắp nơi, nó thâm nhập vào mọi cấu trúc của vũ trụ. Tuy nhiên, sau hơn sáu mươi năm làm việc cật lực, bản chất của vật chất tối vẫn còn là một điều bí ẩn”.

Trong bài “Thuyết bigbang và các thuyết khác” được đăng trên tạp chí Vietsciences vào năm 2005 ở đoạn đầu có viết:

“Vật chất tối đã trở thành đứa con cưng của các nhà vật lý hạt cơ bản. Họ xây dựng các lý thuyết được mệnh danh là “thống nhất lớn” với ý đồ thống nhất bốn lực của tự nhiên (gồm lực hấp dẫn, lực điện từ và hai lực hạt nhân – mạnh và yếu) thành một lực duy nhất, lực đã tác dụng trong những phần giây đầu tiên của Vũ trụ. Những lý thuyết này tiên đoán sự tồn tại của vô số những hạt có khối lượng.”

“Trái đất đưa chúng ta chuyển động ngang qua không gian trên hành trình quay hàng năm xung quanh Mặt trời của nó với vận tốc 30km/s. Đến lượt mình, Mặt trời lại kéo Trái Đất cùng quay theo một vòng tròn xung quanh Ngân Hà với vận tốc 230km/s và chính Ngân Hà cũng lại quay xung quanh thiên hà Andromede – thiên hà sinh đôi với nó – với vận tốc 90km/s. Và vẫn chưa hết. Cụm thiên hà địa phương (tức là một tập hợp gồm một chục thiên hà trong đó có thiên hà Andromede và Ngân Hà của chúng ta) lại quay với vận tốc 600km/s quanh đám thiên hà Vierge (tức một tập hợp gồm hàng ngàn thiên hà) và siêu đám thiên hà Hydre và Centaure (tức một cụm các đám thiên hà). Và vũ điệu ấy cứ tiếp diễn mãi…

Rồi chính bản thân đám thiên hà Vierge và siêu đám thiên hà Hydre và Centaure lại quay quanh một tập hợp lớn hơn nữa các thiên hà mà do thiếu thông tin các nhà thiên văn gọi tập hợp đó là “Nhân hút lớn””.

—

Với các quan sát mới nhất, ta thu được các kết quả là:

Thuyết Bigbang là đúng đắn, bởi hai lý do:

• Các thiên hà đang chuyển động ra xa nhau. Chứng tỏ xưa kia chúng phải ở cùng một điểm.
• Phát hiện bức xạ tàn dư vũ trụ (~3°K). Bức xạ này tồn tại tràn ngập trong vũ trụ.

Các vấn đề sau các lý thuyết chưa giải quyết được:

• Năng lượng tối là gì? Thứ là tác nhân đẩy các thiên hà chuyển động ra xa nhau.
• Vật chất tối là loại vật chất gì? Thứ là nguyên nhân kéo các thiên hà lại với nhau.
• Thống nhất bốn loại lực cơ bản trong tự nhiên. Đó là: mạnh, yếu, điện từ và hấp dẫn.

II – THÁO GỠ

Thí nghiệm giả tưởng: đổ đầy dầu ăn vào một quả cầu thủy tinh, nhúng và giữ cho quả cầu đó lơ lửng ở lưng chừng của một bể bơi chứa đầy nước. Hãy tưởng tượng khi hai điều sau xảy ra:

• Không còn lực hấp dẫn của trái đất.
• Lớp vỏ thủy tinh tự dưng biến mất.

Khi ấy quả cầu dầu ăn sẽ tan ra, pha loãng vào trong nước của bể bơi. Tôi cho rằng: vũ trụ ban đầu của chúng ta cũng giống như vậy, chỉ khác là vũ trụ xuất phát từ một điểm và vô cùng nóng.

Để giải thích, ta sử dụng tiên đề sau của thuyết năng lượng:

“Mọi loại năng lượng luôn có xu hướng giải phóng mình để tìm về mức độ thấp hơn”.

Newton nghiên cứu tự nhiên qua các vật thể, sự vận động và tương tác của chúng. Tôi nghiên cứu tự nhiên qua các loại năng lượng – như tôi đã trình bày trong thuyết năng lượng. Vì có những vật thể cùng một lúc mang trong mình nhiều loại năng lượng. Ví dụ quả tạ bị nung nóng đưa lên cao thì nó vừa có thế năng, lại vừa có nhiệt năng.

1. Năng lượng tối là gì?

Vậy thì bản chất của năng lượng là luôn tan rã, loãng ra khi có thể. Khi đó chúng giảm được mức độ. Và khi về mức thấp hơn, thậm chí thấp nhất, để chúng ổn định hơn. Câu hỏi “năng lượng tối là gì?” đã được trả lời. Thứ đẩy các thiên hà ra xa nhau đơn giản chỉ là năng lượng tự giải phóng mình.

Đến đây thì mọi người hiểu, tôi bác thuyết “Vạn vật hấp dẫn” của Newton. Ông cho rằng “vật hút vật” là không đúng. Phát biểu này sau được Einstein mở rộng trong “Thuyết tương đối” thành thành “điểm hút điểm” vì hạt ánh sáng (photon) không có khối lượng nhưng vẫn bị hút bởi lực hấp dẫn.

2. Vật chất tối là gì?

Trở lại thí dụ bên trên, tôi đưa thêm vào dữ kiện mới. Mọi người nghĩ sẽ ra sao nếu trong lòng quả cầu dầu ăn vừa mới bị vỡ mất thành thủy tinh kia xuất hiện chuyển động quay?

Chuyển động quay đó sẽ kéo dầu ăn quay – trong phạm vi ảnh hưởng của nó – như một cơn lốc xoáy nhỏ. Trong vũ trụ, các thiên hà cũng được hình thành như vậy – từ những chuyển động quay. Chuyển động quay hút vật chất quay trong vùng ảnh hưởng của chúng. Và khi không có chuyển động quay, mọi thứ sẽ pha loãng ra.

Newton tuyên bố là vật hút vật. Einstein nâng cao lên thành điểm hút điểm. Nhưng tôi cho là không phải vậy, mà các chuyển động quay (hiện tượng) mới hút vật chất lại với nhau. Vật chất tối là một loại hiệu ứng, chứ không phải là vật chất, nên ta sẽ không bao giờ tìm được nó.  Ta cần phải xem lại hạt higgs và hằng số hấp dẫn!

Vật chất tối là năng lượng của các chuyển động quay trong vũ trụ. Bao gồm chuyển động quay của các thiên hà và toàn bộ vũ trụ. Tôi tin rằng vũ trụ đang quay. Toàn bộ vũ trụ là một cơn lốc xoáy. Do các thiên hà đang chuyển động dần xa nhau, nên vũ trụ đang quay chậm dần. Lực đẩy của sự tan rã lớn hơn hiệu ứng hút của cơn lốc xoáy vũ trụ.

3. Vật chất thông thường

Chuyển động quay ở tầm vĩ mô hút vật chất lại với nhau. Chuyển động quay tạo nên các thiên hà, các hệ mặt trời… Nhưng ở tầm vi mô, chính chuyển động quay cũng tạo nên các hạt cơ bản.

Tôi tin rằng khi phát hiện ra các hạt nhỏ nữa (cơ bản), chúng cũng sẽ quay. Quay trái, quay phải chưa biết, nhưng chắc chắn chúng quay. Chuyển động quay tạo nên toàn bộ vật chất trong tự nhiên.

Vũ trụ ban đầu hẳn nhiên là khác quả cầu dầu ăn trong thí nghiệm của tôi bên trên. Ban đầu vũ trụ xuất phát từ một điểm, dưới áp suất cùng vô cùng lớn, nên nhiệt độ cũng vô cùng lớn. Vì xuất phát từ một điểm, nên sẽ có một sự “đồng điệu” của sự vận động trên toàn vũ trụ, dù nó lớn cỡ nào.

Chuyển động quay cũng tạo nên khối lượng và trọng lượng.

Khối lượng: theo khái niệm cũ là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức quán tính (sức ì) của vật.

– Theo tôi, khối lượng là do chuyển động quay kéo năng lượng cô đọng lại thành vật chất (thể hiện qua các vật thể hay sự vật). Khối lượng không phải là sức nặng, mà – gần như – chỉ là số đếm các hạt cơ bản mà thôi.

Trọng lượng: theo khái niệm cũ là sức nặng của vật được thể hiện qua giá trị đo của lực kế lò xo.

Theo tôi, trọng lượng là khối lượng nằm trong trường hấp dẫn – trong vùng của một hay nhiều chuyển động quay. Trọng lượng mới là sức nặng của vật thể. Nếu không có chuyển động quay, vật lớn hay nhỏ, cấu tạo từ loại vật liệu gì cũng đều không có trọng lượng.

Một quả tạ đơn độc trong vũ trụ sẽ không nặng. Nhưng nếu nó nằm trong trường hấp dẫn trái đất (sự quay), nó sẽ có sức nặng (trọng lượng). Tức ta phải hao phí năng lượng nếu muốn di chuyển nó.

***

III – KẾT LUẬN

Chuyển động quay kéo vật chất lại với nhau tạo nên các hạt cơ bản, các hạt cấu tạo nên vật chất, nên vật chất được hình thành từ chuyển động quay.

Khối lượng – bản chất là số đếm các hạt cơ bản – cũng được hình thành từ chuyển động quay. Trọng lượng là khối lượng trong trường hấp dẫn, nên trọng lượng cũng do chuyển động quay mà có.

Việc cho rằng một loại hạt (higgs) tạo nên khối lượng (sức nặng) cho các hạt khác là điều phi lý. Điều này giống như hai tên ăn trộm cùng đi ăn trộm, nhưng lại lần lượt làm chứng cho nhau vô tội. Đó là còn chưa nói đến, về bản chất, khối lượng không phải là sức nặng – như đã nói bên trên.

Các vật thể có sức nặng cục bộ và sức nặng trong toàn vũ trụ. Ví dụ quả táo của Newton: có sức nặng trong hấp dẫn của trái đất. Nhưng trái đất quay quanh mặt trời, mặt trời quay dải ngân hà (thiên hà của chúng ta), thiên hà lại quay trong vũ trụ… Nên sức nặng của quả táo đó trong vũ trụ là vô cùng lớn.

1. Các loại lực cơ bản.

Có bốn loại lực cơ bản là các lực hấp dẫn, lực điện từ, lực tương tác yếu và lực tương tác mạnh. Với những người bình thường như chúng ta, cứ hiểu nôm na là chúng đương nhiên có.

Hấp dẫn:

Một trong những tiên đoán nổi tiếng của Einstein là: “Trái đất quay làm xoắn không gian quanh nó.” Mới đây, tiên đoán này đã được kiểm chứng. Có thể nói, việc kiểm chứng được tiên đoán cuối cùng này của Einstein là một lần nữa, thêm được bằng chứng, khẳng định tính đúng đắn của thuyết tương đối.

Từ trực quan, ta thấy trái đất quay quanh mình và hút mọi thứ quanh nó – khí quyển (không gian) – quay theo.

–> Nên không gian quanh trái đất bị xoắn đi là điều đương nhiên.

Tuy  nhiên, toàn bộ trái đất, khí quyển, mặt trăng cũng là một cơn lốc xoáy là một hệ. Chúng ta cũng chưa chứng minh được hệ này là do một cơn lốc xoáy trong vũ trụ tạo thành, hay trái đất quay trước rồi hút khí quyển xung quanh quay theo. Nhưng dù được hình thành thế nào, thì trái đất và những thứ trong vùng ảnh hưởng của nó cũng là một hệ.

Chúng ta sẽ ra sao nếu hệ này dừng lại – không quay nữa? Tất nhiên, ta sẽ lao theo phương pháp tuyến với trái đất ra ngoài không gian, rồi ở lửng ở ngoài đó. Khi đó ta sẽ không có trọng lượng. Vì hấp dẫn của trái đất có là từ chuyển động quay của nó mà thôi. Hấp dẫn là hiệu ứng cuốn – các vật xung quanh – của chuyển động quay.

Con tàu chạy qua sân ga kéo cát bụi tung lên. Trái đất chuyển động quay hút không khí quay theo. Các vật thể bay từ ngoài vũ trụ vào hệ trái đất không rơi xuống theo phương thẳng đứng, mà rơi xuống theo đường xoắn ốc. Hệ mặt trời – cũng là một cơn lốc xoáy – hút trái đất không phải theo phương thẳng, mà cũng cuốn theo đường xoắn ốc. Tương lai, trái đất sẽ “rơi” xuống mặt trời theo đường này!

2. Năng lượng – vật chất:

– Năng lượng tối – đẩy các thiên hà chuyển động xa nhau – là năng lượng đang giải phóng mình. Chúng luôn tan ra, loãng ra để trở về mức thấp hơn. Các loại năng lượng có trong một vật thể cũng có xu hướng đó.

– Vật chất tối – kéo các thiên hà lại với nhau – là năng lượng của các chuyển động quay trong vũ trụ. Bao gồm chuyển động quay của các thiên hà và toàn bộ vũ trụ.

– Vật chất thông thường (sao, hành tinh) hình thành do chuyển động quay ở các mức khác nhau. Chuyển động quay cũng tạo ra khối lượng và trọng lượng (sức nặng). Trọng lượng chính là khối lượng ở trong các chuyển động quay.

3. Chuyển động quay:

• Chuyển động quay tạo nên các hạt cơ bản, từ đó tạo nên khối lượng và trọng lượng.
• Chuyển động quay tạo nên các lực cơ bản. Hấp dẫn và các lực khác ở tầm vi mô.
• Vật không (tự dưng) hút vật như quan niệm của Newton.

————————————-

Đề xuất của tác giả:
Để đọc và hiểu được bài viết này, người đọc cần:

• Nắm vững các kiến thức vật lý cơ bản, hiểu rõ các thuật ngữ chuyên môn của ngành vật lý như: năng lượng, cơ năng, động năng, thế năng, quang năng, nhiệt năng, entropy, bigbang, khối lượng, trọng lượng…
• Đọc qua các cuốn sách về vật lý như: “Thuyết tương đối cho hàng triệu người”, “Thuyết tương đối cho mọi người”, “ABC về thuyết tương đối”, “Lược sử thời gian”…
• Luôn đọc và cập nhật các thông tin mới nhất về ngành vật lý.
• Đọc các bài viết được liên kết từ bài viết này.
• Có tâm thế rộng mở, dễ tiếp nhận điều mới.
• Cuối cùng là đọc xong, hiểu thấu rồi mới phản biện.

————————————-

Bài liên quan

• Chế biến chuyển động quay
• Hấp dẫn là hiệu ứng cuốn của chuyển động quay