Liệu việc đặt nam châm phía trước ô tô có thể biến thành 'cỗ máy vận hành bất tận' như tin đồn, hay chỉ là ảo tưởng ngây ngô của những người thiếu kiến thức khoa học?

Thách thức lớn nhất khiến ý tưởng xe nam châm thất bại xuất phát từ những quy luật vật lý không thể bẻ cong, đặc biệt là Định luật 1 và Định luật 3 về chuyển động của Newton.

Hồi còn cắp sách tới trường, không ít người từng mơ về viễn cảnh kỳ diệu: nếu gắn một cục nam châm vào đầu xe và treo lơ lửng một cục khác phía trước, liệu lực đẩy từ trường có đủ sức đưa chiếc xe chạy mãi không ngừng? Ý tưởng này nghe chẳng khác gì những phát minh điên rồ trong phim hoạt hình, nhưng thực tế phũ phàng sẽ chỉ mang lại cho bạn một bài học nhớ đời về vật lý.

Dù nghe qua có vẻ khả thi, nhưng 'xe tự hành bằng nam châm' thực chất là minh họa rõ nhất cho hiểu lầm về cách vận hành của lực trong hệ thống cô lập. Giả sử nó hoạt động được, chúng ta sẽ phải chấp nhận điều không tưởng: sự tồn tại của động cơ vĩnh cửu - thứ mà các định luật vật lý đã khẳng định là bất khả thi.

Cốt lõi của thất bại này nằm ở những nguyên tắc nền tảng trong cơ học Newton, thứ đã được chứng minh qua hàng thế kỷ.

Theo Định luật 1 Newton, vật thể sẽ duy trì trạng thái đứng yên nếu không có ngoại lực tác động. Trong kịch bản xe nam châm, dù lực từ có mạnh tới đâu cũng chỉ là nội lực trong hệ thống, không thể tạo ra chuyển động như mong đợi.

Định luật 3 Newton còn làm rõ hơn: bất kỳ lực nào tác động từ vật A lên vật B đều nhận lại phản lực có độ lớn tương đương nhưng ngược hướng. Yếu tố then chốt chính là ngoại lực. Dù nam châm được treo phía trước như mồi nhử, nó vẫn thuộc cùng hệ thống với xe khi được nối bằng thanh hay dây.

Chúng không sinh ra bất kỳ tác động nào ra bên ngoài. Lực hút giữa hai nam châm chỉ triệt tiêu lẫn nhau trong hệ thống khép kín. Theo vật lý học, toàn bộ hệ sẽ duy trì trạng thái cân bằng. Những nguyên tắc cơ bản này chính là rào cản vô hình phá tan giấc mơ xe tự hành bằng từ trường.

Hãy hình dung bạn dùng cà rốt treo trước mặt lừa để dụ nó kéo xe, nhưng củ cà rốt lại gắn chặt vào xe. Dù con vật có cố gắng thế nào, khoảng cách tới mồi nhử vẫn không thay đổi.

Tương tự, nam châm dù có lực hút mạnh đến đâu cũng không thể đẩy xe chuyển động khi chúng cùng nằm trong một hệ thống. Lực từ trong trường hợp này không được tính là ngoại lực vì không có tương tác nào vượt khỏi hệ quy chiếu của xe. Do đó, hệ thống sẽ mãi đứng yên.

Rhett Allain, nhà vật lý học và cây bút của tạp chí Wired đã đưa ra minh họa sinh động. Thử tưởng tượng bạn gắn dây chun khổng lồ trước xe. Nếu người ngoài kéo dây, xe sẽ chuyển động nhờ lực đàn hồi.

Nhưng nếu chính bạn - người ngồi trong xe - cố với tay ra kéo dây chun, liệu xe có di chuyển? Tất nhiên là không. Lực tạo ra vẫn nằm trong hệ thống ban đầu nên không thể thay đổi trạng thái chuyển động.

Ý tưởng xe nam châm tự hành thường chỉ xuất hiện trong các thí nghiệm vật lý phổ thông với mục đích giáo dục. Bài học quan trọng ở đây là không phải mọi ý tưởng nghe có vẻ hợp lý đều khả thi trong thực tế, nhất khi chúng vi phạm những định luật vật lý đã được kiểm nghiệm qua thời gian.