Buzz
Hành trình khám phá 'Vật lý Mới' vẫn chưa đạt đến hồi kết.
Ngoài 3 lực cơ bản khác của Vũ trụ là lực điện từ, lực hạt nhân yếu và mạnh, lực hấp dẫn, mặc dù yếu nhất, vẫn có thể tác động ở khoảng cách rất xa. Điều này giải thích tại sao Trái Đất quay quanh Mặt Trời và các sao chổi duy trì quỹ đạo ổn định suốt hàng triệu năm... Ngay cả ở mức hiển vi, lực hấp dẫn vẫn tác động, tuy nhiên với mức độ rất yếu nên khó có thể phát hiện.
Nhưng những thách thức đó không làm giảm sự quyết tâm của khoa học, vì nếu chúng ta có thể phát hiện ra rằng ở quy mô hiển vi, lực hấp dẫn hoạt động không theo cách chúng ta hiểu, thì đó chính là điểm bắt đầu cho việc khám phá Vật lý Mới. Hành trình tìm kiếm khía cạnh mới trong khoa học không hề dễ dàng, và cho đến bây giờ vẫn chưa kết thúc.
Khám phá 'hố đen' của lực hấp dẫn
Trong lĩnh vực khoa học, khái niệm 'bình phương nghịch đảo' ám chỉ một quy luật mà cho biết một đại lượng vật lý cụ thể được tính bằng 1 chia cho bình phương khoảng cách tới nguồn phát (như ánh sáng).
Cường độ của lực hấp dẫn phụ thuộc vào khoảng cách. Nếu khoảng cách giữa hai vật thể tăng gấp đôi, lực hấp dẫn giữa chúng không chỉ giảm một nửa mà còn giảm xuống còn 1/4 giá trị ban đầu. Cơ sở cho luật bình phương nghịch đảo hoàn toàn dựa trên hình học: trong không gian ba chiều mà chúng ta sống, luật bình phương nghịch đảo vẫn còn hiệu lực. Tuy nhiên, nếu không gian mở rộng ra thêm một hoặc nhiều chiều khác, không chỉ luật bình phương nghịch đảo mà cả thực tế sẽ thay đổi đáng kể.
Ở xa xôi, như giữa hai ngôi sao, luật bình phương nghịch đảo vẫn đúng. Trong vũ trụ rộng lớn, nó vẫn còn có hiệu lực, chỉ khi năng lượng tối và vật chất tối xuất hiện, phương trình mới khớp với hiện thực. Có các nhà học giả cho rằng năng lượng tối, vật chất tối (các khái niệm vẫn bí ẩn, nhưng phải được giả định để vật lý của chúng ta hoạt động) có thể là bằng chứng cho sự tồn tại của chiều không gian thứ năm, nhưng mọi thứ không phải lúc nào cũng đơn giản như vậy.
Ở quy mô lớn, chiều không gian này cần phải lớn, nhưng không thể tương tác với các dạng vật chất khác. Đưa vào lý thuyết một chiều không gian mới, tất cả các phương trình sẽ bị thay đổi, vì vậy chỉ nên giả định rằng có một chiều không gian rất nhỏ và có thể ảnh hưởng đến lực hấp dẫn ở quy mô hiển vi.
Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng ở mức hiển vi, mối quan hệ giữa lực hấp dẫn và luật bình phương nghịch đảo phức tạp hơn nhiều so với chúng ta tưởng. Cường độ của lực hấp dẫn yếu đến mức rằng trường điện phát ra từ các thiết bị điện trong phòng thí nghiệm vượt qua mọi tín hiệu mà lực hấp dẫn có thể tạo ra.
Làm thế nào để đo lực hấp dẫn?
Để đo lực hấp dẫn ở quy mô hiển vi, các nhà khoa học đã phát triển các thí nghiệm đơn giản mới chỉ mang tính học thuật: đo lường sự thay đổi của tốc độ quay trên một đĩa dao động, một cấu trúc bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn.
Thiết bị thí nghiệm.
Đĩa quay tạo ra lực hấp dẫn dao động; trên đĩa có những khe được cắt để lực hấp dẫn biến đổi mỗi khi khe di chuyển khi đĩa quay. Hai đĩa thí nghiệm được đặt trên dưới: một đĩa kết nối với sợi dây mảnh, bắt đầu quay khi các nhà nghiên cứu xoắn dây; đĩa còn lại được đặt trên máy, quay với tốc độ không đổi.
Khi đĩa trên thay đổi hướng quay, nó vẫn bị ảnh hưởng bởi mô men xoắn khiến đĩa dưới xoay theo. Sự thay đổi trong tốc độ quay của đĩa dưới thường tuần hoàn, đủ chính xác để các phép đo liên quan đều đúng. Các lỗ trên đĩa sẽ tạo ra 3 tần số quay khác nhau, và bất kỳ sự lệch lạc nào trong các giá trị đo được đều được coi là lỗi.
Trong suốt một thập kỷ, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm này nhiều lần để nâng cao độ nhạy của máy đo, nhằm tìm ra kết quả chính xác nhất có thể. Trong phạm vi có thể, các thí nghiệm của họ đã loại bỏ tất cả các ảnh hưởng từ từ trường và điện trường; cách làm này đã đem lại kết quả đáng chú ý.
Thí nghiệm này, cùng với nhiều thí nghiệm tương tự khác, cho phép các nhà nghiên cứu xác định được tác động của lực hấp dẫn ở khoảng cách 52 µm (micromet, đơn vị đo chiều dài tương đương một triệu phần của mét). Dựa trên kết quả này, họ tự tin rằng ở quy mô 50 µm, luật bình phương nghịch đảo vẫn còn hiệu lực, tức là vẫn chưa có bằng chứng cho thấy Vật lý Mới tồn tại.
Nghiên cứu mới đã được công bố trên Aps Physics.
Tham khảo Arstechnica
