Thí nghiệm nhà bếp mô phỏng các lỗ trắng
Những cỗ máy va chạm tốn kém không phải là phương thức duy nhất để khảo sát nền vật lí mới. Có vẻ như nước vọt ra từ miệng vòi và lao thẳng xuống bể hành xử giống như một lỗ trắng – cái ngược lại của một lỗ đen.
Một lỗ đen là một sự tập trung khối lượng đậm đặc bao quanh bởi một trường hấp dẫn mạnh khủng khiếp. Không gì rơi vào trong một bán kính nhất định xung quanh nó, gọi là chân trời sự cố, thoát ra ngoài được. Một lỗ trắng là cái ngược lại: chân trời sự cố của nó cho phép mọi thứ thoát ra nhưng ngăn không cho cái gì đi vào trong. Tuy nhiên, cho đến nay, các lỗ trắng chỉ mới tồn tại trên lí thuyết, cho nên người ta không thể nghiên cứu chúng bằng phương pháp quan sát.
Khi nước lao xuống chạm trúng đáy bể, nó chảy ra phía ngoài theo mọi hướng. Ở một khoảng cách nhất định tính từ điểm nơi nước chạm trúng bể, phần chất lỏng loang ra nhanh chóng giảm tốc và ùn lại trước khi tiếp tục dòng chảy ra phía ngoài của nó, tạo ra một cái gờ dạng vòng.
Trước đây, các nhà vật lí nghi ngờ rằng bất kì gợn sóng nào có thể phát sinh bên ngoài cái gờ và truyền về phía nó sẽ không thể nào đi qua gờ. Đây là vì tại gờ sóng, nước chảy ra phía ngoài ở tốc độ cực đại mà các gợn sóng có thể truyền vào trong, cho nên các gợn sóng sẽ không tiếp tục phát triển về phía trước, giống như con chạy trên cối xay vậy. Điều này khiến cho gờ sóng hành xử giống như một chân trời sự cố lỗ trắng.
Nay hiện tượng này được xác nhận thực nghiệm bởi Germain Rousseaux ở trường Đại học Nice, Pháp, cùng các đồng nghiệp của ông.
Góc mở
Thay vì khảo sát nước tuôn xuống bể, đội khoa học khảo sát cái xảy ra khi một dòng dầu nhớt chạm trúng một cái bể rỗng. Khi họ đặt đầu kim trên đường đi của dầu khi nó lan ra từ điểm va chạm, nó tạo ra một nhiễu loạn hình chữ V (xem hình).
Gờ sóng dạng vòng hình thành khi một dòng chất lỏng chạm trúng một bề mặt phẳng hành xử giống như một chân trời sự cố lỗ trắng (Ảnh: Germain Rousseaux/U. Nice-Sophia Antipolis)
Góc của chữ V phụ thuộc vào tốc độ tương đối của chất lỏng và mọi gợn sóng trên bề mặt của nó. Khi đội nghiên cứu đo nó, họ nhận thấy hai tốc độ đó thật sự bằng nhau, ngăn không cho các gợn sóng lan vào trong và tạo ra cái tương tự với một chân trời sự cố lỗ trắng.
Họ cũng nhận thấy giữa điểm va chạm và gờ sóng, dầu chảy nhanh hơn tốc độ gợn sóng, làm cho mọi gợn sóng phát sinh tại đó nhanh chóng truyền ra bên ngoài – giống hệt như mọi thứ bên trong một lỗ trắng sẽ thoát ra ngoài hết.
‘Thử ở nhà’
“Thí nghiệm trên xây dựng trên một ý tưởng đơn giản mà mọi người ai cũng có thể hiểu và thử làm ở nhà”, theo lời Ulf Leonhardt ở trường đại học St. Andrews, Anh quốc.
Daniele Faccio thuộc trường đại học Heriot-Watt ở Edinburgh, Anh, người gần đây đã sử dụng laser để mô phỏng một chân trời sự cố, cho biết các vật tương tự lỗ đen và lỗ trắng có thể mang lại những kiến thức sâu sắc về cơ sở vật lí của những đối tượng kì lạ này. Chẳng hạn, năm 1974, Stephen Hawking đã chứng minh trên lí thuyết rằng các chân trời sự cố sẽ phát ra ánh sáng.
Các kính thiên văn của chúng ta không đủ nhạy để xác nhận điều này, nhưng các thí nghiệm tương đương như thí nghiệm của Rousseaux có thể giúp làm sáng tỏ cơ chế vật lí của sự phát xạ, cho đến nay cơ chế đó vẫn còn chưa rõ.
New Scientist
Một lỗ đen là một sự tập trung khối lượng đậm đặc bao quanh bởi một trường hấp dẫn mạnh khủng khiếp. Không gì rơi vào trong một bán kính nhất định xung quanh nó, gọi là chân trời sự cố, thoát ra ngoài được. Một lỗ trắng là cái ngược lại: chân trời sự cố của nó cho phép mọi thứ thoát ra nhưng ngăn không cho cái gì đi vào trong. Tuy nhiên, cho đến nay, các lỗ trắng chỉ mới tồn tại trên lí thuyết, cho nên người ta không thể nghiên cứu chúng bằng phương pháp quan sát.
Khi nước lao xuống chạm trúng đáy bể, nó chảy ra phía ngoài theo mọi hướng. Ở một khoảng cách nhất định tính từ điểm nơi nước chạm trúng bể, phần chất lỏng loang ra nhanh chóng giảm tốc và ùn lại trước khi tiếp tục dòng chảy ra phía ngoài của nó, tạo ra một cái gờ dạng vòng.
Trước đây, các nhà vật lí nghi ngờ rằng bất kì gợn sóng nào có thể phát sinh bên ngoài cái gờ và truyền về phía nó sẽ không thể nào đi qua gờ. Đây là vì tại gờ sóng, nước chảy ra phía ngoài ở tốc độ cực đại mà các gợn sóng có thể truyền vào trong, cho nên các gợn sóng sẽ không tiếp tục phát triển về phía trước, giống như con chạy trên cối xay vậy. Điều này khiến cho gờ sóng hành xử giống như một chân trời sự cố lỗ trắng.
Nay hiện tượng này được xác nhận thực nghiệm bởi Germain Rousseaux ở trường Đại học Nice, Pháp, cùng các đồng nghiệp của ông.
Góc mở
Thay vì khảo sát nước tuôn xuống bể, đội khoa học khảo sát cái xảy ra khi một dòng dầu nhớt chạm trúng một cái bể rỗng. Khi họ đặt đầu kim trên đường đi của dầu khi nó lan ra từ điểm va chạm, nó tạo ra một nhiễu loạn hình chữ V (xem hình).
Gờ sóng dạng vòng hình thành khi một dòng chất lỏng chạm trúng một bề mặt phẳng hành xử giống như một chân trời sự cố lỗ trắng (Ảnh: Germain Rousseaux/U. Nice-Sophia Antipolis)
Góc của chữ V phụ thuộc vào tốc độ tương đối của chất lỏng và mọi gợn sóng trên bề mặt của nó. Khi đội nghiên cứu đo nó, họ nhận thấy hai tốc độ đó thật sự bằng nhau, ngăn không cho các gợn sóng lan vào trong và tạo ra cái tương tự với một chân trời sự cố lỗ trắng.
Họ cũng nhận thấy giữa điểm va chạm và gờ sóng, dầu chảy nhanh hơn tốc độ gợn sóng, làm cho mọi gợn sóng phát sinh tại đó nhanh chóng truyền ra bên ngoài – giống hệt như mọi thứ bên trong một lỗ trắng sẽ thoát ra ngoài hết.
‘Thử ở nhà’
“Thí nghiệm trên xây dựng trên một ý tưởng đơn giản mà mọi người ai cũng có thể hiểu và thử làm ở nhà”, theo lời Ulf Leonhardt ở trường đại học St. Andrews, Anh quốc.
Daniele Faccio thuộc trường đại học Heriot-Watt ở Edinburgh, Anh, người gần đây đã sử dụng laser để mô phỏng một chân trời sự cố, cho biết các vật tương tự lỗ đen và lỗ trắng có thể mang lại những kiến thức sâu sắc về cơ sở vật lí của những đối tượng kì lạ này. Chẳng hạn, năm 1974, Stephen Hawking đã chứng minh trên lí thuyết rằng các chân trời sự cố sẽ phát ra ánh sáng.
Các kính thiên văn của chúng ta không đủ nhạy để xác nhận điều này, nhưng các thí nghiệm tương đương như thí nghiệm của Rousseaux có thể giúp làm sáng tỏ cơ chế vật lí của sự phát xạ, cho đến nay cơ chế đó vẫn còn chưa rõ.
New Scientist
Nhận xét
Đăng nhận xét