Bốn lực cấu tạo vũ trụ

ductienvt · #2 29-08-2012, 09:47 AM

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Lực yếu

Lực gây phân rã

Vật chất nói chung không phải là vĩnh cửu. Trong số hàng trăm hạt "sơ cấp" tạo nên vật chất có rất ít hạt bất tử. Xếp vào hàng những hạt bất tử hiếm hoi đó là electron, photon và một hạt trung hòa có khối lượng bằng không hoặc cực kỳ nhỏ bé có tên là neutrino. Còn lại tất cả các hạt khác đều sống trọn cuộc đời mình rối chết. Ngay cả proton cũng chỉ mon men tới cõi bất tử (tuy nhiên cuộc đời của nó rất dài, ít nhất cũng tới hàng ngàn tỉ tỉ tỉ năm (1032năm). Cái chết của một hạt sơ cấp được thể hiện ở sự phân rã của nó thành các hạt khác. Quá trình này sẽ tiếp diễn cho tới khi hoàn toàn biến hóa thành các hạt bất từ hay còn gọi là các hạt bền.

Lực điều khiển phân rã và biến hóa này là lực có biệt danh là "yếu". Như tên của nó đã chỉ rõ, lực này không mạnh lắm. Mặc dù vẫn lớn hơn lực hấp dẫn nhiều, nhưng lực này yếu hơn lực điện từ tới 1000 lần. Miền tác dụng của nó cũng rất nhỏ. Nó chỉ có sức mạnh trong thế giới nguyên tử, tức là trên những khoảng cách cỡ 10-16 cm. Trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, lực này ẩn kín tới mức người ta phát hiện ra nó một cách tình cờ. Vào một đêm năm 1896, nhà vật lý người Pháp Henri Becquerel tình cớ đặt một tấm kính ảnh vào ngăn kéo cạnh các tinh thể sulfat uranium. Hôm sau khi ông quay lại thì một lớp màn bí mật đã phủ lên tấm kính ảnh. Nghiên cứu kỹ, ông phát hiện ra rằng các nguyên tử uranium đã phân rã thành các hạt khác làm đen kính ảnh. Ông gọi quá trình phân rã là "phóng xạ".

Lực yếu chiếm một vị trí khá cách biệt trong bộ bốn lực: ngoài tính yếu của nó ra, nó còn được dùng để "gắn kết" các hạt như các lực khác. Nó an phận làm cho vật chất chết đi bằng cách bắt phải phân rã. Nếu như lực này biến mất thì nó cũng không khiến cho người ta cảm nhận sự thiếu vắng ngay tức khắc. Mặt Trời khi đó sẽ tắt sau vài triệu năm (thay vì cả chục tỷ năm) bởi vì lực yếu gây ra một số phản ứng hạt nhân trong lòng Mặt Trời, những phản ứng hạt nhân cung cấp năng lượng và tuổi thọ cho nó. Nhưng, trên hết, vật chất sẽ sống lâu hơn. Vũ trụ khi dó sẽ nhan nhản đủ các loại hạt lạ lùng và kỳ quặc cùng chung sống với các loại hạt electron, photon và proton quen thuộc. Một hóa học mới và xa lạ, một sự sống phức tạp khác biệt với sự sống của chúng ta (sự sống dựa trên hóa học của carbon) có thể sẽ nảy nở và phát triển.

Lực mạnh

Chất keo dính của các hạt:

Các hạt nhân nguyên tử là tập hợp của các hạt proton và neutron. Tất cả các proton đều mang cùng một điện tích dương. Lực điện tử ra lệnh cho chúng phải đẩy nhau, thế mà chúng vẫn ương bướng tụ tập trong các hạt nhân nguyên tử. Cần phải có một lực mạnh hơn lực điện từ rất nhièu và chống lại lực này để giữ cho các proton hợp lại và là chất keo dính của chúng. Đây là lực "mạnh", mạnh nhất trong bốn lực. Nó mạnh hơn lực điện từ tới 100 lần. Vương quốc của nó, cũng chính là vương quốc của lực yếu, là rất nhỏ bévà ảnh hưởng của nó chỉ có tác dụng trên những khoảng cách trong nguyên tử, tức là cỡ 10-13 cm.

Lực này cũng có tính chọn lọc, nó chỉ tác dụng lên các hạt nặng như proton và neutron chứ không đếm xỉa tới các hạt nhẹ như electron, photon và neutrino. Khái niệm nặng nhẹ ở đây chỉ có tính chất tương đối. Proton và neutron thực tế chẳng nặng là baọ10-24 g) nhưng dù sao chúng cũng nặng hơn gấp 1836 lần electron. Người ta còn chưa biết chính xác khối lượng của neutrino, nhưng chắc chắn là nó nhỏ hơn nhiều khối lượng của electron. Còn đối với photon, nó không có khối lượng. Xứ mù anh chột làm vua mà!

Cuộc phiêu du vào hế giới vật chất của các nhà vật lý trong suốt hơn hai mươi năm qua đã tiết lộ cho họ thấy rằng cả proton lẫn neutron đều không phải là các hạt sơ cấp không thể chia được nữa như người ta vẫn tưởng. Thực tế chúng được tạo bởi các hạt sơ cấp hơn có tên là "quark" được đặt bởi người đã phát minh ra chúng là nhà vật lý người Mỹ thích văn chương, Murray Gell-Mann. Ông đã nhớ tới câu "Ba quark cho Muster Mark" trong cuốn tiểu thuyết Finnegans Wake của nhà văn, nhà sáng tạo ngp-n ngữ tuyệt vời James Joyce.

Cũng như cho "Muster Mark", ba là số quark cần thiết để tạo nên một proton hoặc một neutron. Chất keo kết dính ba hạt này chính là lực mạnh. Nếu như lực mạnh này biến đi, chúng ta sẽ sống trong một thế giới của các quark tự do, không còn proton cũng chẳng có neutron, không có nguyên tử cũng chẳng có phân tử, không có Trái Đất cũng chẳng có Mặt Trời, không có các ngôi sao cũng chẳng có các thiên hà.

Sau khi chúng ta đã làm quen với bốn lực, chúng ta còn phải làm quen rộng hơn nữa với các định luật chi phối thế giới vi mô. Sự làm quen này rất quan trọng để hiểu được sự tiến hóa của vũ trụ, bởi lẽ cái vô cùng nhỏ sẽ đẻ cái vô cùng lớn và vũ trụ sẽ nảy ra từ cái "gần như không có gì". Lại một lần nữa, ở đây, cũng như với cặp không-thời gian, lẽ phải thông thường lại phải chịu một thử thách cam go.

Nguồn: http://vietsciences.free.fr Phạm Văn Thiều dịch