Cái Không trong lượng tử - phần 2 ( hết )

Cái Không trong lượng tử  -   phần 2 ( hết )

 Đây là bài viết của tác giả Phạm Xuân Yêm trên © http://vietsciences.free.fr  và http://vietsciences. org
Xin phép tác giả được đăng tải lại trên Blog Toán - Cơ học ứng dụng  
Trân trọng cám ơn

Xem phần 1 : http://cohtran.blogspot.com/2012/04/cai-khong-trong-luong-tu-phan-1.html


+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Trở về với Chân không     

           

Sáu hương vị và ba màu sắc của các quark và phản hạt . 

Mũi tên cho thấy quá trình chuyển đổi mạnh và yếu .

Chân không lượng tử được định nghĩa như trạng thái cơ bản tận cùng của vạn vật, nó vô hướng, trung hòa, mang năng lượng cực tiểu trong đó vật chất, tức là tất cả các trường lượng tử, bị loại bỏ hết. Nhưng không phải vì Không chẳng chứa trường vật chất nào mà năng lượng của nó bằng 0. Theo nguyên lý bất định (nguồn gốc của sự thăng giáng lượng tử), năng lượng của bất cứ trạng thái vi mô nào là chuỗi (1/2)hν, (3/2)hν, (5/2) hν...chứ không phải là 0hν, 1hν, 2hν...Cũng dễ hiểu thôi, nguyên lý bất định bảo ta nếu xung lượng |k| được xác định rõ rệt bao nhiêu thì vị trí trong không gian |x| lại mơ hồ rối loạn bấy nhiêu, vậy năng lượng tối thiểu ε = (1/2) hν ≠ 0 chính là một thỏa hiệp tối ưu bình đẳng cho cả hai bên |k| và |x|. Thực thế, nếu ε  = 0, |k| = 0 , vậy |x| không sao được xác định nổi. Phản ánh nguyên lý này, thế giới vi mô luôn luôn dao động ngay ở nhiệt độ tuyệt đối thấp nhất (năng lượng cực tiểu) và đó là ý nghĩa của sự thăng giáng lượng tử. Bởi năng lượng tối thiểu khác 0 và vì tần số ν có thể là bất cứ con số nào từ 0 đến vô tận nên Không có năng lượng phân kỳ khi ta lấy tích phân tất cả các mốt dao động ν. Làm sao ước tính được năng lượng của Không, mặc dầu vô hạn? Phép phân tích thứ nguyên cho ta cách trả lời. Với ba đại lượng cơ bản phổ cập trong vật lý là h = 2π ћ hằng số Planck, G hằng số trọng lực Newton và c vận tốc ánh sáng, ta chỉ có một cách duy nhất để lập nên những đại lượng mang thứ nguyên chiều dài (L), khối lượng (M), và thời gian (T). Ðó là chiều dài Planck Lp = [Gћ /c^3]½ = 1.6 × 10^−35 m  , khối lượng Planck Mp  =  ћ /(cLp) = 2.2 × 10^−8 kg, và thời gian Planck Tp = Lp /c  = 5.4 × 10^−44 s. Từ đó, năng lượng Planck Ep  =  Mpc^2 = 2 × 10^+9 joule. Mật độ năng lượng của Không được ước tính theo (27/16π^2) Ep/(Lp)^3 = 8.4 × 10^112  joule/ m^3 với những đóng góp của các trường ảo tràn đầy trong Không :  photon trong tương tác điện từ, ba boson W±, Z0 của tương tác yếu, và tám gluon trong tương tác mạnh. Ðóng góp của quark và lepton cũng chẳng thay đổi công thức trên bao nhiêu.

Cái Không trong lượng tử - phần 1

Cái Không trong lượng tử  -   phần 1 

 Đây là bài viết của tác giả Phạm Xuân Yêm trên © http://vietsciences.free.fr  và http://vietsciences. org
Xin phép tác giả được đăng tải lại trên Blog Toán - Cơ học ứng dụng  
Trân trọng cám ơn


++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

Tóm tắt       

 Chân không lượng tử (viết gọn thành Không) là trạng thái cơ bản tận cùng của vạn vật, nó vô hướng, trung hòa, mang năng lượng cực tiểu, trong đó chẳng hề vẩn gợn chút vật chất kể cả điện từ trường (ánh sáng nói riêng). Do những nhiễu loạn của năng lượng trong Không mà vật chất (cùng phản vật chất)  nẩy sinh, tương tác, biến chuyển, phân rã và trở về với Không, cứ thế tiếp nối vòng sinh hủy. Tuy vậy năng lượng của Không lại vô hạn theo nguyên lý bất định Heisenberg.

Werner Karl Heisenberg
5 December 1901
Würzburg, Bavaria, Germany

 Cực tiểu nhưng vô hạn, nghịch lý này hẳn đòi hỏi một cuộc cách mạng trong nhận thức? Dẫu sao có ít nhất hai biểu hiện của Không đã được kiểm chứng thành công bởi thực nghiệm. Ðó là hiệu ứng Casimir và các hằng số tương tác cơ bản không cố định mà biến đổi. Nhưng mặt khác vì năng lượng vô hạn, vai trò của Không trong sự dãn nở của Vũ trụ chưa tìm thấy lời giải đáp, minh họa sự mâu thuẫn căn bản giữa hai trụ cột của vật lý hiện đại: Lượng tử trong thế giới vi mô và Tương đối rộng của thế giới vĩ mô . Kỳ thú thay khi ngược dòng thời gian tìm về một thế kỷ đã trôi qua với hai cột mốc 1900 và 1905 vì chính hai năm đó, Max Planck và Albert Einstein lần lượt theo thứ tự trên đã mang đến cho nhân loại hai kho tàng tri thức tuyệt vời gọi là thuyết lượng tử và thuyết tương đối hẹp trong vật lý, chắt chiu vun tròn qua hai phương trình E = hν và E = mc^2 ngắn gọn mà đẹp biết bao. Không gì hơn, hai lý thuyết ấy chẳng những ảnh hưởng lan tràn sang nhiều điạ hạt khác của khoa học từ toán đến sinh qua hóa thậm chí cả nhân văn nghệ thuật, cũng là cội nguồn và chiếc nôi nuôi dưỡng triển khai của biết bao công nghệ cao hiện đại, ngoài ra còn khơi dậy nhiều nhận thức sâu sắc về bản thể của sự vật, câu hỏi từ buổi bình minh của loài người về tự tính, tại sao, từ đâu và về đâu của thế giới hiện tượng ngoại cảnh, nó có hoàn toàn khách quan độc lập với ý thức nội tâm con người không? Những tia sáng mà hai lý thuyết trên rọi vào cho khoa học cơ bản, công nghệ và triết lý đã vô hình trung thoảng dần thay đổi nếp sống cũng như suy tư của mỗi chúng ta trong quá trình tiến hóa của loài người. Vấn đề mênh mông, bài này chỉ đề cập đến một khái niệm then chốt của vật lý hiện đại gọi là Chân không lượng tử mà hai hệ quả đã được thực nghiệm kiểm chứng thành công: hiệu ứng Casimir, hằng số tương tác cơ bản không hằng mà biến chuyển. Nhưng mặt khác liên quan đến thuyết tương đối rộng, vì có năng lượng vô hạn nên câu hỏi về vai trò của Không trong sự dãn nở của Vũ trụ chưa biết giải quyết ra sao. Vấn đề này sẽ được nói qua ở đoạn cuối,  liên đới đến lý thuyết siêu dây/lý thuyết M.

  

Hiệu ứng con bướm (Butterfly Effect)

Hiệu ứng con bướm (Con bướm đập cánh ở Brazil có thể gây ra cơn bão lớn ở Texas)

 Đây là bài viết MATHVN 
Xin phép tác giả được đăng tải lại trên Blog Toán - Cơ học ứng dụng  
Trân trọng cám ơn

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

MATHVN 09-12-2010 11:17 5 comments

Bất chấp hàng loạt lý thuyết ra đời trong thế kỷ 20 dẫn tới những cuộc cách mạng đảo lộn vũ trụ quan cổ điển, đến nay tư tưởng chủ đạo của khoa học vẫn là chủ nghĩa tất định (determinism) – tư tưởng cho rằng vũ trụ vận hành theo những quy luật xác định và do đó, về nguyên tắc, khoa học phải dự báo được tương lai một cách chính xác. Nhưng thực ra Tự Nhiên phức tạp, hỗn độn (chaotic) và khó dự đoán hơn ta tưởng rất nhiều: Tính ngẫu nhiên và bất định không chỉ tác động trong thế giới lượng tử, mà ngay cả trong những hệ phức tạp (complex systems) của thế giới vĩ mô. Bản chất bất định và hỗn độn của Tự Nhiên đã được Lý thuyết hỗn độn (Theory of Chaos) mô tả một cách ẩn dụ bởi “Hiệu ứng con bướm” (Butterfly Effect): “Một con bướm vỗ cánh ở Tokyo có thể dẫn tới hậu quả là một cơn bão ở Florida một tháng sau đó”(1).
Lý thuyết hỗn độn đang ngày càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết, bởi vì người ta khám phá ra rằng có rất nhiều hệ phức tạp trong tự nhiên và xã hội chịu sự tác động của “hiệu ứng con bướm”: Từ cơ học thiên thể cho tới các chương trình computers, vấn đề dự báo thời tiết, vấn đề môi trường toàn cầu, hệ thống mạch điện, hiện tượng bùng nổ dịch bệnh, bùng nổ dân số, khủng hoảng kinh tế, vấn đề hoạch định chính sách, v.v.
Tuy phải đợi tới những năm 1960 thì hiện tượng hỗn độn mới được nghiên cứu thành những lý thuyết hệ thống, nhưng thực ra nó đã được khám phá lần đầu tiên từ cuối thế kỷ 19 bởi nhà toán học lừng danh Henri Poincaré – người được gọi là “Mozart của toán học” và là một trong những nhà toán học vĩ đại nhất của mọi thời đại.

1* Henri Poincaré và “bài toán ba vật thể”:

“Bài toán ba vật thể” (Three body problem) do Isaac Newton nêu lên từ năm 1687 trong tác phẩm Principia (Nguyên lý) nhằm nghiên cứu chuyển đông của các thiên thể trong mối quan hệ tương tác hấp dẫn giữa chúng:
Hãy xác định vị trí của 3 vật thể chuyển động trong không gian nếu biết vị trí ban đầu của chúng.
Thoạt nghe, bài toán có vẻ khá đơn giản, nhưng thực ra lại phức tạp và khó đến mức thách thức những bộ óc siêu việt nhất của nhân loại.
Các nhà toán học vĩ đại như Euler, Lagrange, … đã từng lao vào giải, nhưng chỉ tìm được lời giải cho những trường hợp đặc biệt. Đến cuối thế kỷ 19 vẫn chưa có ai tìm được lời giải cho trường hợp tổng quát với n vật thể.
Năm 1887, nhà toán học Gosta Mittag Leffler đã kiến nghị với vua Thụy Điển và Na-uy lúc đó là Oscar II nên mở cuộc thi giải “bài toán ba vật thể” dưới dạng tổng quát để mừng sinh nhật lần thứ 60 của chính nhà vua vào năm 1889. Vua Oscar II chuẩn y và ban bố cuộc thi: Số tiền thưởng không lớn lắm (chỉ bằng khoảng một nửa tiền lương hàng năm của một viện sĩ hàn lâm), nhưng danh dự rất lớn – người thắng cuộc sẽ được coi là người giỏi nhất trong số những người giỏi nhất!
Nhà toán học Pháp Henri Poincaré, lúc ấy 33 tuổi, đang nổi lên như một trong những ngôi sao sáng nhất trên bầu trời toán học, đã mất tới 3 năm trời để giải bài toán, để rồi gửi tới hội đồng giám khảo một lời giải dài dòng và phức tạp đến nỗi hội đồng này không hiểu. Họ đề nghị ông giải thích. Poincaré liền gửi tới hội đồng một bản bình luận tiếp theo dài tới 100 trang để giải thích lời giải của ông. Sau khi hiểu được lời giải, hội đồng giám khảo quyết định trao tặng giải thưởng cho Poincaré. Đó là một sự kiện khoa học gây chấn động dư luận cuối thế kỷ 19.
Nhưng dư luận còn bị chấn động hơn nữa khi lời giải được công bố chính thức trên tạp chí Acta Mathematica (một trong những tạp chí uy tín nhất thời đó), bởi lẽ trong lời giải mới này, Poincaré đã chỉ ra sai lầm của chính ông trong lời giải đã đoạt giải thưởng trước đó: