Phân phối chương trình Vật Lí

   Phan Phoi Chuong Trinh Vat Li by nguyễn tất thành

Tuyển tập đề thi ĐH – CĐ (2007-2013) theo chuyên đề

   PHAN LOAI CAC DE THI CĐ- ĐH by nguyễn tất thành

Tin tức > 2013 > NASA phát hiện vụ nổ vũ trụ lớn nhất từ trước đến nay  NASA phát hiện vụ nổ vũ trụ lớn nhất từ trước đến nay

Nếu bạn không nhìn vào chòm sao Leo vào lúc rạng sáng thứ bảy tuần trước, có lẽ bạn đã bỏ lỡ vụ nổ sao sáng nhất mà các nhà khoa học NASA từng quan sát. Nó sáng gấp ba lần vụ nổ sao sáng xếp hạng hai, và nếu so sánh hơi kì cục một chút thì nó sáng gấp 35 tỉ lần ánh sáng nhìn thấy.

Đó là một vụ nổ tia gamma, GRB, một loại sự kiện sáng nhất mà chúng ta biết trong vũ trụ. Trong một vụ nổ sao siêu mới, trong đó một ngôi sao đồ sộ co lại thành một lỗ đen, sao neutron, hoặc sao quark, thỉnh thoảng một GRB được phát ra. Không ai biết chắc chắn GRB xảy ra như thế nào, nhưng chúng đã được quan sát thấy trong một vụ nổ sao siêu mới và gồm một chùm bức xạ hẹp, sít sao, chuyển động với tốc độ mà cho dù bạn có “cưỡi” ánh sáng thì cũng khó lòng qua mặt chúng.

Ảnh minh họa một vụ nổ tia gamma

Vụ nổ này đã được quan sát bởi Máy theo dõi Vụ nổ Tia gamma trên Kính thiên văn vũ trụ Fermi và sau đó được phát hiện bởi mọi đơn vị quan sát trên mặt đất miễn là hướng gần về phía chòm sao Leo. Nó ở cách chúng ta khoảng 3,6 tỉ năm ánh sáng.

Các nhà thiên văn thường sử dụng GRB để tìm kiếm sao siêu mới phát ra chúng; GRB sáng đến mức nó là một cách hữu ích để xác định nơi sao siêu mới có lẽ đã xảy ra. NASA cho biết họ hi vọng sẽ tìm thấy sao siêu mới gây ra vụ nổ trên trong vòng một hai tuần tới.

Theo Popular Science

http://360.thuvienvatly.com

Lí thuyết mới về sự hình thành tia sét

Tia vũ trụ tương tác với những giọt nước bên trong những đám mây giông có thể giữ một vai trò quan trọng trong sự kích hoạt tia sét. Đó là khẳng định của các nhà nghiên cứu ở Nga, họ đã nghiên cứu những tín hiệu vô tuyến phát ra trong hàng nghìn cú sét đánh. Nghiên cứu trên có thể mang đến những hiểu biết sâu sắc mới về nguyên nhân và diễn biến của sự hình thành tia sét lúc ban đầu.

Mặc dù đa số mọi người đều đã từng chứng kiến tia sét vào lúc nào đó trong đời mình, nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hiểu hết nguyên nhân gây ra sự phóng điện lúc ban đầu. Sét đã được nghiên cứu trong hàng trăm năm qua, nhưng trong khi nhiều khả năng quan sát luôn có sẵn – có khoảng 40 đến 50 tia sét mỗi giây trên toàn cầu – việc dự báo sự xuất hiện của một tia sét là chuyện không đơn giản.

Có ba loại sét cơ bản: sét xảy ra bên trong một đám mây; sét xảy ra giữa hai đám mây; và sét xảy ra giữa một đám mây và mặt đất. Trong một cú sét từ-mây-xuống-đất tiêu biểu, các nhà khoa học biết rằng một kênh plasma dẫn điện hình thành giữa đám mây và mặt đất, cho phép sự phóng điện xảy ra. Tuy nhiên, những yếu tố gây ra sự tích điện ban đầu của đám mây và sự phóng điện sau đó của nó thì chưa được hiểu rõ lắm.

 

Cái gì kích hoạt cho tia sét? Trong ảnh trên, nhiều tia sét mây-xuống-đất và mây-sang-mây xuất hiện trong một cơn giông bão vào ban đêm. Ảnh: NOAA

Cú hích tia vũ trụ

Aleksandr Gurevich thuộc Viện Vật lí Lebedev ở Moscow và Anatoly Karashtin thuộc Viện Nghiên cứu Vật lí Vô tuyến ở Nizhny Novgorod vừa đề xuất một mô hình mới bao gộp hai yếu tố thiết yếu có thể giúp giải thích quá trình trên: hành trạng của những hạt nước hoặc băng bên trong các đám mây, được đặt tên là “sao băng nước” (hydrometeor); và những cơn mưa electron gây ion hóa có thể do tia vũ trụ gây ra.

Lí thuyết cho rằng tia vũ trụ có thể gây ra những cơn mưa hạt ion hóa làm kích hoạt tia sét đã được nêu ra lần đầu tiên bởi Gurevich hồi hơn 20 năm về trước. Gọi là “sự đánh thủng phi mã”, Gurevich cho rằng các hạt gây ion hóa có thể tạo ra các electron tự do bên trong những đám mây giông sau đó chúng được gia tốc lên những năng lượng cực cao bởi điện trường bên trong những đám mây. Những electron này va chạm với những nguyên tử khác trong không khí gây ra một “đợt thác” những hạt năng lượng cao bên trong đám mây – và đợt thác này gieo mầm cho sự xuất hiện của sét. Trong khi lí thuyết trên đã được bàn luận rộng rãi, thì Gurevich đã không thể tìm thấy bằng chứng rằng tia vũ trụ thật sự kích hoạt sự tuôn thác như thế.

Nhằm thu thập thêm bằng chứng, Gurevich và Karashtin vừa thực hiện một phân tích mới sử dụng một giao thoa kế vô tuyến của những xung vô tuyến phát ra lúc xuất hiện 3800 tia sét trên khắp nước Nga và Kazakhstan. Một chuỗi dài những xung ngắn nhưng mạnh này được phát ra ngay trước khi tia sét xuất hiện và, theo các nhà nghiên cứu, dữ liệu xung đó khớp với mô hình đánh thủng điện của Gurevich.

Những xung thông tin

Các nhà nghiên cứu còn trình bày rằng biên độ của một xung tỉ lệ với số lượng electron thứ cấp, và vì thế tỉ lê với năng lượng của tia vũ trụ ban đầu gây ra cơn mưa hạt. Nhưng khi họ tính năng lượng tia vũ trụ, Gurevich và Karashtin tìm được nó vào khoảng 10¹⁷ eV – một con số bất ngờ vì tia vũ trụ thuộc năng lượng này quá hiếm để giải thích cái đã đo được.

Để giải thích tại sao quan sát thấy năng lượng cao như thế, các nhà nghiên cứu cho rằng các sao băng nước mà họ sử dụng đã trở nên phân cực điện khi điện trường mạnh bên trong đám mây hình thành và một sự “phóng điện micro” nữa xảy ra tại sao băng nước khi điện trường đạt tới ngưỡng của nó, từ đó làm khuếch đại sự đánh thủng do tia vũ trụ kích hoạt. Khi xét đến yếu tố này, thì chỉ cần những hạt tia vũ trụ với năng lượng khoảng 10¹²–10¹³ eV dễ gặp hơn nhiều là đủ để kích thích sự phóng điện.

Nhà vật lí và chuyên gia nghiên cứu tia sét Joseph Dwyer thuộc trường Đại học Công nghệ Florida, người không có liên quan gì với nghiên cứu trên, phát biểu rằng mô hình mới trên là “một ý tưởng hay, nhưng vẫn cần có thêm nhiều việc để làm nữa, ví dụ như các thí nghiệm đo đồng thời các xung vô tuyến và các cơn mưa không khí,” đó là cái mà Dwyer và các đồng nghiệp của ông hiện đang nghiên cứu.

Gurevich và Karashtin phát biểu rằng các quan sát của họ cho thấy sự phát xạ vô tuyến gây ra bởi những sự phóng điện nhất định trong các đám mây giông, chúng khác với sự phóng điện thông thường mà người ta trông đợi và “sự đánh thủng phi mã” cũng giữ một vai trò quan trọng. Sẽ cần có thêm những quan sát khác nữa mới giải mã được bí ẩn tối hậu của tia sét.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Nguồn: physicsworld.com

http://360.thuvienvatly.com

tu dien vat li

   tu dien vat li by nguyễn tất thành

Bài tập ôn thi TN

   bai tap thu gon by nguyễn tất thành

HỆ MẶT TRỜI

   thien van by nguyễn tất thành

Lý-thuyết-Vật-Li-12

   Lý thuyết Vật Lí 12 by nguyễn tất thành

Làm thế nào phòng tránh sét?

  

Sét đánh trúng hơn 250.000 người mỗi năm trên toàn thế giới.

Cách phòng tránh sét

Sét đánh làm chết khoảng 24.000 người trên thế giới mỗi năm, và khoảng 240.000 người bị thương.

Hàng thập niên sau khi bị sét đánh trúng, những nạn nhân sống sót có thể vẫn còn chịu những tác động lâu dài. Vì vùng sét đánh có thể mang hàng nghìn volt trên mỗi foot vuông, nên nạn nhân sống sót bị tổn thương hệ thần kinh, họ thường gặp những trục trặc liên quan đến nhận thức như mất trí nhớ, không có khả năng tập trung và thay đổi tính cách.

Hồi năm 1999, Russ Chapman đang đi trong bãi đậu xe ở Littleton, bang Colorado, Mĩ, thì bị sét đánh ngã văng xuống nền. Kể từ đó, Chapman mất việc vì ông thường quên giờ đi làm, ăn uống khó khăn và suy yếu sức khỏe như nhức đầu dữ dội, mất ngủ và bị động kinh. “Tôi biết thực tế người ta nghĩ tôi lạ lắm,” Chapman phát biểu với NBC News.

Cách tốt nhất để sống sót, tất nhiên, là tránh tia sét đánh trúng. Cơ quan Giám sát Cứu hộ Liên bang (Mĩ) khuyến cáo mọi người tuân thủ quy tắc 30/30: Nếu sau khi nhìn thấy tia sét, bạn không thể đếm tới 30 trước khi nghe tiếng sấm, thì hãy chạy vào trong nhà ngay (vì bão sét đang ở gần). Và đừng đi ra ngoài cho đến 30 phút sau tiếng sấm rền cuối cùng.

Nhà xưởng, hầm trú ẩn, nhà để xe và những cấu trúc khác không mang lại sự bảo vệ thật sự và thật ra chúng có thể là mục tiêu cho tia sét. Hãy tìm một ngôi nhà đích thực với dây kim loại và ống nước tích điện tránh xa chỗ người ở.

Ở trong xe hơi thì an toàn hơn ở ngoài, nhưng phải là xe có mui và cửa xe đóng kín chứ không phải xe mui trần. Giàn khung kim loại của xe sẽ cung cấp lá chắn bảo vệ (miễn là người trong xe không chạm vào bất kì bộ phận kim loại nào).

Hãy nhớ rằng lốp cao su và giày ủng hầu như chẳng bảo vệ gì cho bạn trước tia sét. Thật vậy, nhiều nạn nhân của tia sét là những người nông dân trên đồng trống đang lái máy cày lốp cao su.

Nếu bạn đang ở trong rừng khi có bão sét, thì hãy tìm chỗ trú ở vùng đất thấp dưới một lùm cây bụi nhỏ. Hãy tránh những cây cao, vì tia sét có xu hướng đánh vào những vật cao nhất trong vùng.

Nếu bạn đang ở ngoài vùng đồi núi, hãy đi vào vùng đất thấp như thung lũng hoặc hẻm núi (nhưng nhớ coi chừng lũ quét). Nếu bạn đang ở trên thuyền ngoài khơi, thì hãy đi vào bờ càng nhanh càng tốt.

Và nếu bạn cảm thấy tóc mình dựng đứng lên, thì điều đó có nghĩa là tia sét sắp đánh xuống. Phản ứng tốt nhất là nhanh chóng cuộn người xổm xuống, lấy hai tay bịt tai lại (giảm thiểu chấn thương thính lực) và kẹp đầu bạn giữa hai đầu gối.

Đừng nằm ưỡn ra trên nền đất – tốt nhất là giảm tối đa tiếp xúc của bạn với mặt đất, vì điện tích từ tia sét sẽ chạy đi trên đất.

Nếu thấy một người bị sét đánh trúng, thì hãy cấp cứu ngay tức thì – nạn nhân không mang điện tích và không gây sốc điện hoặc tổn thương cho bất kì ai.

Một vài con số

Một tia sét tiêu biểu chứa khoảng 300 triệu volt thế điện, hay đủ để thắp sáng một bóng đèn huỳnh quang compact 100 watt trong một năm – theo Cục Thời tiết Quốc gia (Mĩ).

Ở nước Mĩ, mỗi năm tia sét làm thiệt mạng khoảng 100 người và làm bị thương khoảng 1.000 người, theo Cục Hải dương và Khí quyển Quốc gia (Mĩ).

Cơ quan Giám sát Cứu hộ Liên bang (Mĩ) ước tính xác suất bạn bị sét đánh trúng ngay lúc này là 1/600.000. Trong hơn 100 năm qua, tỉ lệ người bị sét đánh đã giảm đáng kể, vì ngày càng có ít người làm việc ngoài đồng trống.

Florida là bang bị sét đánh nhiều nhất ở Mĩ, chết chóc và bị thương do sét cũng nhiều hơn ở bang khác; Cục Hải dương và Khí quyển Quốc gia (Mĩ) ghi nhận trung bình có khoảng 1,4 triệu tia sét ở Florida mỗi năm.

Bang California ở Mĩ mặc dù rộng lớn nhưng chỉ hứng trung bình khoảng 85.000 tia sét mỗi năm, chủ yếu là do thời tiết duyên hải điều hòa ở bang này.

Và không có nơi nào trên thế giới bị sét đánh nhiều hơn ở miền trung châu Phi: Chỉ một thị trấn nhỏ ở đây – ngôi làng Kifuka nhỏ xíu ở nước Cộng hòa Dân chủ Congo – bị sét đánh khoảng 158 lần mỗi năm.

Theo Marc Lallanilla (LiveScience)

http://360.thuvienvatly.com/

Sự ấm lên toàn cầu là gì?

Sự ấm lên toàn cầu – sự nóng lên dần dần của bề mặt, các đại dương và khí quyển của Trái đất – là một trong những vấn đề môi trường nhức nhối nhất của thời đại chúng ta.

Sự tăng nhiệt độ trung bình toàn thế giới đã được các nhà khoa học ghi chép kể từ cuối thế kỉ 19. Nhiệt độ trung bình của Trái đất đã tăng thêm 0,8 độ C trong thế kỉ qua, theo báo cáo của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA) của Mĩ.

Mặc dù sự tồn tại của sự ấm lên toàn cầu đã từng bị xem là vấn đề gây tranh cãi, nhưng nay nó đã được xem là một thực tế bởi phần lớn các nhà nghiên cứu trong cộng đồng khoa học quốc tế, theo NASA.

Ngoài ra, đa số các nhà khoa học đồng ý rằng tốc độ ấm lên toàn cầu mà chúng ta đang đối mặt không phải là một hiện tượng tự nhiên, mà chủ yếu là kết quả của hoạt động của con người.

Biến thiên trung bình 5 năm của nhiệt độ bề mặt toàn cầu vào các năm 1884, 1927, 1969 và 2012. Màu xanh sậm là những vùng lạnh hơn nhiệt độ trung bình. Và màu đỏ sậm là những vùng ấm hơn nhiệt độ trung bình. Ảnh: NASA/Goddard Scientific Visualization Studio

Hiệu ứng nhà kính
Sự ấm lên toàn cầu bắt đầu với hiệu ứng nhà kính, hiện tượng có nguyên nhân do sự tương tác giữa khí quyển Trái đất và bức xạ từ mặt trời đến.
Bức xạ mặt trời đi qua khí quyển và bị hấp thụ một phần trên mặt đất. Tuy nhiên, một phần bức xạ đến bị phản xạ trở ra ngoài không gian.
Các chất khí trong khí quyển Trái đất hấp thụ một phần bức xạ phản xạ đó; vì thế, khí quyển nóng lên.
Sự nóng lên này của khí quyển được gọi là “hiệu ứng nhà kính” bởi vì nó tương tự với quá trình giữ ấm trong nhà kính vào mùa đông: Bức xạ mặt trời bị các thành thủy tinh của nhà kính giữ lại, làm nóng nhà kính và giữ ấm cho cây xanh trong nhà kính suốt mùa đông.
Những chất khí có mặt trong khí quyển là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính được gọi là “khí nhà kính” và bao gồm hơi nước, carbon dioxide (CO₂), methane và nitrous oxide. Không phải chất khí nhà kính nào cũng giống nhau: ví dụ, methane có khả năng bắt nhiệt gấp khoảng 21 lần so với carbon dioxide, theo EPA.
Tuy nhiên, CO₂ thường được trích dẫn là nguyên nhân chính của sự ấm lên toàn cầu do hoạt động của con người – chủ yếu do đốt các nhiên liệu hóa thạch như than đá và dầu mỏ - làm giải phóng những lượng CO₂ lớn chưa từng thấy vào khí quyển kể từ Cách mạng Công nghiệp hồi cuối thế kỉ 18.
Thống kê ấm lên toàn cầu
Trước Cách mạng Công nghiệp, lượng CO₂ trong khí quyển bằng khoảng 280 phần triệu (ppm), theo Cục Hải dương và Khí quyển Quốc gia Mĩ (NOAA).
Nhưng kể từ cuối thế kỉ 18, hàm lượng CO₂ đã tăng lên đều đều; bắt đầu vào năm 2000, tốc độ tăng là khoảng 1,9 ppm mỗi năm, theo NOAA.
Vào tháng 5 năm 2013, các nhà khoa học báo cáo đo được hàm lượng carbon dioxide cao đến 400 ppm, khiến nhiều nhà khoa học khí hậu hết sức lo ngại: Hàm lượng CO₂ đã không cao như thế kể từ Kỉ Pliocene, từ 3 triệu đến 5 triệu năm trước, theo Viện Hải dương Học Scripps.
Vào Kỉ Pliocene, nhiệt độ trung bình toàn cầu cao hơn ngày nay từ 3 đến 4 độ C, và mực nước biển dâng cao hơn ngày nay 40 m ở một số khu vực.
Tác động của sự ấm lên toàn cầu đã được nhìn thấy ở nhiều khu vực trên thế giới: Ở Vườn quốc gia Băng hà Montana ở Mĩ, nơi đã từng có khoảng 150 sông băng được tìm thấy, nay chỉ còn lại 25 sông băng có diện tích lớn hơn 25 acre, theo Cục Địa chất Mĩ.
Và nhiệt độ ở Bắc Mĩ đã đạt tới đỉnh cao kỉ lục vào năm 2012, và năm ngoái là năm nóng nhất kể từ năm kỉ lục 1880. Các nhà khoa học cũng ghi được con số nhiệt độ cực độ thứ hai (cực cao và cực thấp) vào năm 2012.
Sự ấm lên toàn cầu và biến đổi khí hậu
Sự tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu dù là nghiêm trọng nhưng nó mới chỉ là một mặt của sự ấm lên toàn cầu. Các nhà khoa học còn lo ngại sự ấm lên toàn cầu sẽ làm cho khí hậu biến đổi trên toàn thế giới.
Biến đổi khí hậu do nhiệt độ tăng lên có khả năng sẽ bao gồm những thay đổi chính về kiểu gió, lượng mưa hằng năm và biến thiên nhiệt độ theo mùa. Những biến đổi này sẽ kéo dài vài ba thập niên hoặc lâu hơn, theo EPA.
Ví dụ, ở đông bắc nước Mĩ, biến đổi khí hậu có khả năng mang đến lượng mưa hằng năm tăng lên.
Tuy nhiên, ở tây bắc Thái Bình Dương, lượng mưa mùa hè sẽ giảm, còn lượng mưa mùa đông có khả năng sẽ là mưa rào thay cho tuyết rơi. Như vậy sẽ làm giảm lượng nước cung ứng khi tuyết tan vào những tháng mùa hè.
Làm thế nào đối phó với sự ấm lên toàn cầu
Ngày càng có nhiều nhà kinh tế, nhà chính khách và các cá nhân quan tâm đến sự ấm lên toàn cầu và những hệ lụy của nó, và họ đang đề xuất các bước để đẩy lùi xu thế đó.
Cắt giảm phát thải khí nhà kính có lẽ là phương pháp căn bản nhất để đối phó với sự ấm lên toàn cầu, và giảm tốc độ đốt nhiên liệu hóa thạch cũng là động thái then chốt góp phần vào nỗ lực đó.
Phát triển năng lượng sạch, bao gồm năng lượng gió, năng lượng mặt trời và năng lượng địa nhiệt, có tiềm năng to lớn cắt giảm lượng than đá và dầu mỏ bị đốt để cấp nguồn cho các nhà máy phát điện.
Cải tiến ngành công nghiệp vận tải, sử dụng xe công cộng và xe tiết kiệm nhiên liệu, cũng sẽ giảm lượng khí nhà kính trong khí quyển. (Ước tính khoảng 25% lượng khí thải CO₂ liên quan đến năng lượng ở nước Mĩ là do xe cộ.)
Mỗi nỗ lực cá nhân, ví dụ như giảm công suất máy điều hòa vào mùa đông và sử dụng bóng đèn tiết kiệm năng lượng, cũng sẽ giúp đối phó với sự ấm lên toàn cầu, nhưng đa số các nhà khoa học khí hậu còn nhấn mạnh yêu cầu trước mắt là cần có các chính sách vĩ mô mang tầm quốc tế để giải quyết các nguyên nhân và hệ lụy phức tạp của sự ấm lên toàn cầu.

Nguồn: LiveScience

"Nguồn Thuvienvatly.com"

Lực ma sát là gì?

Lực ma sát là lực cản trở chuyển động của một vật này so với vật khác. Nó không phải là một lực cơ bản, ví dụ như lực hấp dẫn hay lực điện từ. Thay vậy, các nhà khoa học tin rằng lực ma sát là kết quả của lực hút điện từ giữa các hạt tích điện có trong hai bề mặt tiếp xúc.

Các nhà khoa học đã bắt đầu chắp nối với nhau các định luật chi phối lực ma sát vào thế kỉ thứ 15, nhưng vì các tương tác quá phức tạp, nên việc đặc trưng hóa lực ma sát trong những tình huống khác nhau thường đòi hỏi có các thí nghiệm và không thể chỉ được suy luận ra từ các phương trình hay định luật.

Với mỗi quy tắc chung về lực ma sát, luôn có nhiều ngoại lệ. Chẳng hạn, trong khi hai bề mặt gồ ghề (ví dụ như giấy nhám) chà xát lên nhau thỉnh thoảng có ma sát lớn hơn, nhưng những bề mặt được mài rất nhẵn (ví dụ như các tấm kính thủy tinh) đã được lau sạch hết các hạt bụi bám trên mặt thật ra có thể dính vào nhau rất mạnh.

Lực ma sát là nguyên nhân sinh ra lửa khi cọ xát hai que củi lên nhau

Các loại ma sát

Có hai loại ma sát chính, ma sát nghỉ và ma sát động. Ma sát nghỉ tác dụng giữa hai bề mặt không chuyển động tương đối với nhau, còn ma sát động tác dụng giữa những vật đang chuyển động.

Trong chất lỏng, lực ma sát là lực cản trở giữa những lớp chuyển động của một chất lỏng, nó còn được gọi là lực nhớt. Nói chung, chất lỏng càng nhớt thì càng đặc, vì thế mật ong có lực ma sát nhớt lớn hơn nước.

Các nguyên tử bên trong một vật liệu rắn cũng có thể chịu lực ma sát. Ví dụ, nếu một khối kim loại rắn bị nén, thì toàn bộ các nguyên tử bên trong vật liệu chuyển động, gây ra lực ma sát nội.

Trong tự nhiên, không có những môi trường hoàn toàn không có ma sát: ngay cả trong không gian vũ trụ ngoài xa, những hạt vật chất nhỏ xíu có thể tương tác, gây ra ma sát.

Hệ số ma sát

Hai vật rắn chuyển động với nhau chịu tác dụng của lực ma sát động. Trong trường hợp này, lực ma sát bằng một phần của lực vuông góc tác dụng giữa hai vật (phần đó được xác định bởi một con số gọi là hệ số ma sát, nó được xác định qua các thí nghiệm). Nói chung, lực ma sát độc lập với diện tích tiếp xúc và không phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của hai vật.

Lực ma sát còn tác dụng lên những vật đứng yên. Lực ma sát nghỉ giữ cho các vật khỏi chuyển động và thường có giá trị cao hơn lực ma sát chịu bởi hai vật đó khi chúng chuyển động tương đối với nhau. Lực ma sát nghỉ là cái giữ cho cái hộp trên một miếng ván nghiêng không trượt xuống phía dưới.

Ứng dụng của ma sát

Lực ma sát giữ một vai trò quan trọng trong nhiều quá trình hằng ngày. Chẳng hạn, khi hai vật cọ xát lên nhau, lực ma sát làm cho một phần năng lượng chuyển động bị biến đổi thành nhiệt. Đó là nguyên nhân vì sao cọ xát hai que củi lên nhau cuối cùng sẽ tạo ra lửa.

Lực ma sát còn là nguyên nhân gây ăn mòn và xẻ rảnh trên bánh răng và những bộ phận cơ giới khác. Đó là nguyên do người ta sử dụng dầu bôi trơn, hay chất lỏng, để làm giảm ma sát – và giảm ăn màn và xẻ rảnh – giữa các bộ phận đang chuyển động.

Nguồn: LiveScience

"Nguồn Thuvienvatly.com"

Khảo sát chất keo dính lực mạnh

Khoảng 98% khối lượng nhìn thấy được trong vũ trụ của chúng ta chủ yếu là do chất keo dính lực hạt nhân mạnh tạo ra.

Đối với đa số chúng ta, keo dán là một chất kết dính đơn giản dùng để làm dính các vật lại với nhau. Nhưng trong trái tim của vật chất, keo dán còn có một vai trò lớn hơn, tích cực hơn so với chất dịch trong veo làm mì ống dính vào giấy.

Nhìn gần vào tâm của nguyên tử, đầu tiên người ta bắt gặp một vùng đậm đặc gồm các proton và neutron. Phóng to hình ảnh lên chút nữa, người ta tìm thấy những proton và neutron này được cấu tạo từ những hạt còn nhỏ hơn nữa, các quark, kết dính với nhau bởi những hạt gọi là gluon. Trường của gluon này kết hợp các quark với nhau vì các quark trao đổi gluon qua lại.

Gluon còn tạo ra khối lượng. Ví dụ, ở proton, chỉ riêng các quark gây ra chưa tới 1% khối lượng tổng cộng. Các nhà vật lí phỏng đoán phần còn lại phải có gốc gác từ trường gluon xung quanh các quark trong proton.

Chất keo dính vạn vật này là hiện thân của lực mạnh – một trong bốn lực cơ bản đã biết trong vũ trụ của chúng ta, cùng với lực hấp dẫn, lực điện từ và lực yếu. Trong số bốn lực, lực mạnh là phức tạp nhất và có lẽ được người ta hiểu ít nhất.

Trước khi các nhà khoa học có thể có được kiến thức đầy đủ về vật chất nhìn thấy trong vũ trụ của chúng ta – vật chất tạo nên 7 tỉ con người trên Trái đất, các ngôi sao trên bầu trời và mặt đất dưới chân chúng ta – họ sẽ cần hiểu thấu đáo chất keo dính vạn vật liên quan đến lực mạnh. Một thí nghiệm mới tại Phòng thí nghiệm Jefferson ở Mĩ đang tìm cách làm công việc đó.

Minh họa: Sandbox Studio, Chicago

Vật chất và chất keo dính

Ngoài việc giải thích khối lượng tương đối lớn của proton, việc hiểu rõ lực mạnh sẽ giúp trả lời một số bí ẩn khác trong lĩnh vực vật lí hạt cơ bản.

Ví dụ, spin của proton không thể được lí giải bởi riêng những quark cấu thành của nó, chúng đóng góp chưa tới một phần ba của giá trị sau cùng. Tính chất này và những tính chất khác dường như xuất phát từ những thành phần phi quark của proton: chất liệu xuất hiện từ chất keo dính.

Chất liệu này được mô tả bởi lí thuyết sắc động lực học lượng tử (QCD), đó là lí thuyết toán học mô tả lực mạnh. QCD lập biểu đồ tương tác quark (và gluon), giải thích thực tế các quark và gluon không phải là những viên gạch cấu trúc kiểu như gạch và vữa mà thay vậy chúng linh động và mang tính động lực học.

Trong QCD, proton được cấu tạo bởi một biển sôi sục gồm các quark và chất keo dính. Các quark bị vây quanh bởi năng lượng của lực mạnh. Trường năng lượng này sôi và sủi bọt thành các gluon, cùng với vật chất ở dạng quark phù du, chúng hình thành và biến mất gần như tức thời vào chất keo dính. Ngày nay, phần lớn người ta cho rằng biển quark-gluon đó làm cho các tính chất của proton không thể giải thích bởi riêng các quark.

Ngoài ra, lực mạnh quá mạnh nên nó không cho phép một quark độc thân tự tồn tại. Khi các nhà khoa học muốn đánh bật một quark độc thân ra khỏi những quark khác một khoảng cách nhỏ bằng bề rộng của một hạt proton, họ phải chiến thắng 18 tấn lực mạnh kết nối quark đó với các láng giềng của nó. Giải phóng quark tự do còn khó khăn hơn, nhưng lực mạnh vẫn không cho phép quark tự do, thay vậy nó tạo ra một đối hạt cho quark khi nó trôi giạt ra xa. Sự bất lực giải phóng quark tự do này được gọi là sự cầm tù, và nó là một bí ẩn lớn của lực mạnh.

“Các quark không bao giờ tự do,” phát biểu của nhà vật lí lí thuyết Jozef Dudek tại trường Đại học Old Dominion và Phòng thí nghiệm Jefferson. “Và vấn đề là chúng ta không hiểu chính xác, trong QCD, tại sao lại như thế. Chúng ta thật sự không thể chứng minh tại sao lại như thế. Vì thế có hai cách tiếp cận vấn đề.”

“Một là tiếp tục nghiên cứu lí thuyết, tất nhiên rồi. Hướng khác là: Liệu có cái gì chúng ta có thể làm bằng thực nghiệm có thể cung cấp cho chúng ta một gợi ý xem QCD hạn chế ra sao?”

Với hi vọng trả lời được câu hỏi đó, các nhà khoa học đã hướng sang các thí nghiệm được tiến hành với các máy gia tốc hạt.

Hướng vào tâm của vật chất

Các thí nghiệm tiến hành với máy gia tốc mang đến phần lớn kiến thức của chúng ta về QCD. Các máy gia tốc cung cấp cho các nhà khoa học phương tiện có sức mạnh lớn, cho phép khảo sát cấu trúc của một hạt, xé toạc vật chất bình thường để tạo ra các hạt và các trạng thái hiếm của vật chất. Những thí nghiệm như thế cho biết các quark bên trong proton và neutron, làm sáng tỏ những hạt gốc-quark khác, cho phép nhìn thoáng qua những lực tiết chế những hạt đó, tạo ra những trạng thái của vật chất không được nhìn thấy trong vũ trụ kể từ sau Vụ Nổ Lớn (Big Bang), và mới đây, ở cỗ máy giàu năng lượng nhất đang hoạt động hiện nay, Máy Va chạm Hadron Lớn, đã chạm tới boson Higgs.

Nhưng không phải chỉ có sức mạnh vô địch mới có thể làm lộ ra trái tim của vật chất: Các máy gia tốc năng lượng thấp hơn, nhưng độ rọi cao hơn – các máy gia tốc cung cấp tốc độ cao va chạm hạt để nghiên cứu – cũng có thể mang lại hướng khảo sát các hạt và các lực định hình nên vũ trụ của chúng ta.

Minh họa: Sandbox Studio, Chicago

Những công cụ mới để khảo sát chất keo dính

Thiết bị Máy gia tốc Chùm Electron Liên tục của Phòng thí nghiệm Jefferson lâu nay nổi tiếng với những nghiên cứu chính xác của nó. Một đợt nâng cấp hiện đang triển khai nhằm mở rộng độ chính xác của máy gia tốc này lên những năng lượng cao hơn.

Đợt nâng cấp sẽ tăng gấp đôi năng lượng hoạt động cực đại của chùm electron của nó từ 6 tỉ lên 12 tỉ electron-volt (eV), tức là giảm một nửa bước sóng khảo sát. Năng lượng này sẽ tăng gấp đôi tầm với của thiết bị vào trái tim của vật chất mà không làm ảnh hưởng đến độ rọi cao và độ chính xác thống kê lớn của nó.

Để khảo sát chất keo dính lực mạnh, các nhà khoa học sẽ bắn các electron năng lượng cao vào một miếng kim cương mỏng cỡ bằng một phần năm bề dày của một sợi tóc người. Một số electron sẽ bị lệch hướng bởi cấu trúc tinh thể của kim cương, làm phát ra tia gamma đi xuyên qua chiều dài bằng sân bóng vào Phòng D mới xây tại Phòng thí nghiệm Jefferson. Tại đó, chúng sẽ đi qua một cái lỗ bằng một hạt gạo và lao vào bia: một ống thủy tinh chứa đầy hydrogen.

“Photon tương tác với một quark nào đó bên trong một proton trong hydrogen. Nó va rất mạnh và khi đó, hiểu theo nghĩa nào đó, hạt quark bị đánh bật ra khỏi proton, nhưng nó không thật sự bị đánh bật ra khỏi proton, bởi vì lực giam cầm,” phát biểu của giáo sư Curtis Meyer, phát ngôn viên của một thí nghiệm mới ở Phòng D gọi là GlueX. “Vì thế nó kích thích tạo ra một cặp quark-phản quark.”

Đội GlueX sẽ tìm kiếm những cặp quark-phản quark khác lạ liên kết với nhau bởi một loại chất keo dính biến tính.

“Trong khuôn khổ QCD, có một con số cho anh biết các quark kết hợp với gluon mạnh bao nhiêu, và các gluon dính vào nhau với độ lớn ngang như vậy,” Dudek giải thích.

Bằng cách tìm kiếm những cặp quark-phản quark trong đó trường gluon bị kích thích theo một kiểu nào đó – chúng làm cái gì đó thay vì thụ động kết dính các quark lại với nhau – nhóm hợp tác GlueX hi vọng tìm thấy cái gì đó mới mẻ về tác dụng của các gluon.

“Toàn bộ ý tưởng là về cơ bản anh tạo ra một phổ hạt trong đó anh đã kích thích chất keo dính liên kết chúng với nhau,” Meyer nói. “Vì thế nó cung cấp cho anh thông tin về trường liên kết những quark và phản quark này với nhau.”

Liên kết lại với nhau

Từ xấp xỉ 20.000 sự kiện khả dĩ mỗi giây, thí nghiệm GlueX sẽ ghi khoảng 2 gigabyte dữ liệu. Đội thực nghiệm sẽ khai thác cơ sở dữ liệu tích lũy này tìm kiếm những cặp quark-phản quark liên kết bởi những trường gluon khác lạ. Các nhà nghiên cứu sẽ đo khối lượng của các hạt, vì khối lượng liên hệ với năng lượng dự trữ trong chất keo dính kích thích.

“Nhóm hợp tác GlueX đang hồi hộp chờ đợi sự khởi động của nền vật lí mới sau hai năm nữa,” Meyer nói. “Con đường khoa học với GlueX đã bước vào giai đoạn cuối của nó, vì việc xây dựng thí nghiệm đã bước sang giai đoạn lắp đặt và trang bị. Thí nghiệm này thu hút số lượng nghiên cứu sinh đông đảo và sự tăng tương ứng các trao đổi khoa học mà chúng tôi sẽ làm, và cách chúng tôi sẽ làm.”

Tóm lại, thời gian hào hứng đang ở trước mắt. Các nhà nghiên cứu hiện đang lắp ráp trang thiết bị cần thiết để tiến hành thí nghiệm chi tiết này. Những dữ liệu đầu tiên sẽ bắt đầu tuôn dòng vào năm 2015.

Nguồn: Kandice Carter (Symmetry Magazine)

 "Nguồn Thuvienvatly.com" 

8 nơi lạ lùng nhất trong hệ mặt trời

John Matson

Quay ngược

Tất cả các hành tinh trong hệ mặt trời đều quay cùng chiều với hướng mặt trời quay – ngược chiều kim đồng hồ, đối với nhà quan sát ở trên bán cầu bắc của Trái đất. Tương tự như vậy, tất cả các vệ tinh lớn trong hệ mặt trời đều quay theo những quỹ đạo cùng hướng xung quanh hành tinh chủ tương ứng của chúng, tuân theo hướng chuyển động quay hành tinh, với một ngoại lệ: đó là Triton. Vệ tinh lớn nhất của Hải Vương tinh có quỹ đạo quay ngược: nó chuyển động ngược chiều với hướng quay của hành tinh khí khổng lồ này. Một số nhà nghiên cứu cho rằng Triton có lẽ đã không chào đời tại Hải Vương tinh, mà thay vào đó nó có thể là tàn dư của một hệ đôi hành tinh lùn bị bắt giữ bởi lực hấp dẫn của Hải Vương tinh, tống khứ thành phần còn lại kia của hệ đôi Triton ra xa trong quá trình đó. Ảnh chụp Hải Vương tinh cùng Triton ở trên là từ phi thuyền Voyager 2, phi thuyền đã đi qua hệ Hải Vương tinh vào năm 1989.

Sức mạnh khủng khiếp

Quái vật bụi sao Hỏa rất xứng với danh hiệu “máy hút chân không mạnh nhất trong hệ mặt trời” trong quyển sách mới của David Baker và Todd Ratcliff – 50 nơi lạ lùng nhất trong hệ mặt trời của chúng ta.  Nhờ áp suất thấp và lực hấp dẫn bề mặt trên sao Hỏa, những xoáy bụi vút lên cao hơn nhiều so với tornado trên mặt đất chúng ta – chúng có thể đạt tới độ cao của đỉnh Everest với những cơn cuồng phong vượt quá tốc độ 300 km/h, theo Baker và Ratcliff.

Lớp vỏ đang co lại

Thủy tinh, hành tinh trong cùng nhất, bị bao phủ bởi những diện mạo địa chất gọi là các vách thùy, một dạng đặc điểm kiểu bậc thang do sự nén ép tạo ra. Một vách cong có thể nhìn thấy ở chính giữa bức ảnh chụp trên. Sự phân bố toàn cầu của chúng trên Thủy tinh gợi ý rằng toàn bộ hành tinh này đã và đang co lại, có lẽ đến 6 km đường kính trong quãng đời của nó, khi nhân của nó nguội đi – và quá trình trên có thể vẫn đang tiếp diễn. Những quan sát mới đây cho biết mặt trăng của Trái đất có lẽ đã co lại qua một cơ chế tương tự cách đây một thời gian tương đối ngắn, nhưng ở cấp độ nhỏ hơn nhiều.

Thích nhào lộn

Hyperion, một trong nhiều vệ tinh của sao Thổ, là một vật thể hình thù kì dị như tổ ong với mật độ quá thấp – khoảng một nửa mật độ của nước – nên nó phải hết sức xốp, về cơ bản là một cái bọt biển dài 400 km mà thôi. Và không giống như các vật thể lớn trong hệ mặt trời có chu kì quay rõ ràng, thí dụ như Trái đất có chu kì quay là 24 giờ, chuyển động quay của Hyperion là mang tính hỗn độn. Nếu ai đó sống trên vệ tinh hình quả bóng hay nhào lộn này, thì việc lập kế hoạch tuần sẽ hết sức khó khăn – vì chiều dài mỗi ngày Hyperion biến đổi thất thường.

Nơi hôi thối nhất hệ mặt trời

Theo quyển sách của Baker và Ratcliff, Io rất xứng với danh hiệu “nơi hôi thối nhất trong hệ mặt trời”. Vệ tinh lớn thứ ba của Mộc tinh này đối với chúng ta sẽ ngửi có mùi trứng thối, do các núi lửa đang hoạt động của nó – mang lại hàm lượng sulfur cao. Kết quả là bề mặt băng giá của vệ tinh trên và khí quyển của nó giàu chất sulfur dioxide mùi hăng cay cũng như hydrogen sulfide, chất mang lại mùi đặc trưng khó ngửi.

Những cơn mưa methane

Bạn cần một hầm trú ẩn ư? Titan không phải là nơi thích hợp nhất đâu. Nó là vệ tinh quay xung quanh Thổ tinh, nhưng có quá nhiều nhiên liệu hydrocarbon, khiến vệ tinh sao Thổ này rất xứng với danh hiệu “bể nhiên liệu tốt nhất”. Titan có chu trình hydrocarbon na ná như chu trình nước của Trái đất, kết thúc với những cơn mưa methane, sương hydrocarbon và những hồ methane và ethane lỏng lỗ chỗ trên bề mặt, thí dụ như các hồ trong bức ảnh trên do phi thuyền Cassini chụp.

Núi khổng lồ

Đỉnh Everset có là là ngọn núi cao nhất – và là đỉnh cao danh vọng nhất – trên Trái đất, nhưng ở độ cao 8850 mét, nó chẳng có chút gì là đỉnh núi cao nhất trong hệ mặt trời. Vinh quang đó thuộc về ngọn Olympus trên sao Hỏa, một ngọn núi đường kính hơn 600 km (cỡ bằng bang Arizona của Mĩ) và tính đến đỉnh nó cao 27 km, cao gần ba lần đỉnh Everest.

Lắp khít vừa vặn

Nhật thực toàn phần là một sự kiện hiếm gặp trên Trái đất, nhưng nó còn hiếm hơn nữa trong ngữ cảnh quy mô hệ mặt trời. Chỉ ở trên Trái đất thì sự phối hợp giữa kích thước, hình dạng và khoảng cách của mặt trăng và mặt trời mới cho phép một vật thể (mặt trăng) chặn hết ánh sáng của vật thể kia (mặt trời) hầu như khít hoàn toàn. Thực tế đó còn bất ngờ hơn khi biết rằng Trái đất chỉ có mỗi một mặt trăng. Mộc tinh và Thổ tinh cso hệ thống vệ tinh nhiều hàng tá, nhưng đa phần vệ tinh của chúng nhìn từ chúng chỉ che đi một phần của mặt trời, về cơ bản là mang lại nhật thực một phần. Ở Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh xa xôi hơn, vấn đề thường xảy ra ngược lại – các vệ tinh chặn hết toàn bộ mặt trời và sau đó là một phần. Hai trong số các vệ tinh của Thổ tinh, Prometheus và Pandora, có kích thước và khoảng cách gần như thích hợp để mang lại một nhật thực toàn phần, nhưng cả hai vật thể thuôn dài này không lắp khít với hình dạng của mặt trời.

http://360.thuvienvatly.com/

Lần đầu tiên tạo ra được nhiệt độ tuyệt đối âm trong phòng thí nghiệm

Nghe có vẻ như là một địa ngục băng giá, nhưng lần đầu tiên các nhà vật lí đã tạo ra được một chất khí nguyên tử có nhiệt độ dưới không độ tuyệt đối. Kĩ thuật của họ mở đường cho sự phát triển những chất liệu Kelvin âm và những dụng cụ lượng tử mới, và có thể còn giúp giải quyết một bí ẩn vũ trụ học.

Nam tước Kelvin đã định nghĩa thang đo nhiệt độ tuyệt đối hồi giữa thế kỉ 19 theo nghĩa là không có cái gì có thể lạnh hơn không độ tuyệt đối. Sau đó các nhà vật lí nhận ra rằng nhiệt độ tuyệt đối của một chất khí liên quan với năng lượng trung bình của các hạt của nó. Độ không tuyệt đối tương ứng với trạng thái lí thuyết trong đó các hạt không có năng lượng gì hết, và những nhiệt độ cao hơn tương ứng với những năng lượng trung bình lớn hơn.

Tuy nhiên, vào thập niên 1950, các nhà vật lí nghiên cứu những hệ vật chất kì lạ hơn bắt đầu nhận ra rằng điều này không phải lúc nào cũng đúng. Về phương diện kĩ thuật, bạn đọc ra nhiệt độ của một hệ từ một đồ thị vẽ xác suất của những hạt của nó được tìm thấy với những năng lượng nhất định. Thông thường, đa số các hạt có năng lượng trung bình hoặc gần-trung bình, chỉ có vài hạt ít ỏi chuyển động với những năng lượng cao hơn. Trên lí thuyết, nếu tình huống đó bị đảo ngược, với nhiều hạt có năng lượng cao hơn thay vì thấp hơn, thì đồ thị sẽ lật ngược lại và dấu của nhiệt độ sẽ đổi từ nhiệt độ tuyệt đối dương sang âm, theo giải thích của Ulrich Schneider, một nhà vật lí tại trường Đại học Ludwig Maximilian ở Munich, Đức.

Schneider và các đồng sự của ông đã đạt tới nhiệt độ dưới không độ tuyệt đối như thế với một chất khí lượng tử cực lạnh gồm những nguyên tử potassium (kalium). Sử dụng laser và từ trường, họ đã giữ từng nguyên tử trong một cấu hình kiểu mạng lưới. Ở nhiệt độ dương, các nguyên tử đẩy nhau, làm cho cấu hình bền. Sau đó đội nghiên cứu điều chỉnh nhanh từ trường, làm cho các nguyên tử hút nhau thay vì đẩy nhau. “Thay đổi này bất ngờ làm chuyển dịch các nguyên tử từ trạng thái bền nhất, năng lượng thấp nhất của chúng sang trạng thái năng lượng khả dĩ cao nhất, trước khi chúng có thể phản ứng,” Schneider nói. “Nó tựa như là đang đi qua một thung lũng, và bất ngờ nhận thấy bạn ở trên đỉnh núi.”

Nhiệt độ phụ thuộc vào phân bố năng lượng.

Ở nhiệt độ dương, một sự đảo ngược như thế sẽ là không bền và các nguyên tử sẽ suy sụp vào bên trong. Nhưng đội khoa học còn điều chỉnh trường laser bẫy để làm cho các nguyên tử dính vào vị trí của chúng. Kết quả này, công bố trên tạp chí Science, đánh dấu sự chuyển trạng thái của chất khí từ ngay trên không độ tuyệt đối xuống vài phần tỉ của một Kelvin dưới không độ tuyệt đối.

Wolfgang Ketterle, một nhà vật lí giành Giải Nobel tại Viện Công nghệ Massachusetts ở Cambridge, người trước đây đã chứng minh nhiệt độ tuyệt đối âm trong một hệ từ tính, đã gọi kết quả mới trên là một “thành tựu thực nghiệm”. Các trạng thái năng lượng cao kì lạ khó tạo ra trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ dương trở nên bền ở nhiệt độ tuyệt đối âm – “như thể bạn có thể đứng trên đỉnh kim tự tháp mà không lo nó bị đỗ,” ông nói – và những kĩ thuật như thế có thể cho phép những trạng thái này được nghiên cứu chi tiết. “Đây có thể là một cách tạo ra những dạng mới của vật chất trong phòng thí nghiệm,” Ketterle bổ sung thêm.

Nếu được tạo ra, những hệ như vậy sẽ hành xử theo những kiểu kì lạ, theo Achim Rosch, một nhà vật lí lí thuyết tại trường Đại học Cologne ở Đức, người đã đề xuất kĩ thuật mà Schneider và đội của ông thực hiện. Chẳng hạn, Rosch và các đồng sự của ông đã tính được rằng trong khi những đám mây nguyên tử thông thường bị hút xuống dưới bởi lực hấp dẫn, nhưng nếu một phần đám mây ở nhiệt độ tuyệt đối âm, thì một số nguyên tử sẽ chuyển động lên phía trên, rõ ràng kháng lại lực hấp dẫn.

Một nét đặc biệt nữa của chất khí dưới không độ tuyệt đối là nó na ná ‘năng lượng tối’, lực bí ẩn đẩy Vũ trụ giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh kháng lại lực hút hấp dẫn hướng vào trong. Schneider lưu ý rằng các nguyên tử hút nhau trong chất khí mà đội khoa học vừa tạo ra cũng muốn co sụp vào bên trong, nhưng không xảy ra bởi vì nhiệt độ tuyệt đối âm làm chúng cân bằng. “Cái thú vị là đặc điểm kì lạ này xảy ra trong Vũ trụ và cũng xảy ra trong phòng thí nghiệm,” ông nói. “Đây có lẽ là cái các nhà vũ trụ học nên xem xét kĩ lưỡng hơn.”

http://360.thuvienvatly.com/

7 điều thiết yếu người công dân vũ trụ nên biết

• Corey S. Powell (Discover Magazine)

Năm phần sáu của vũ trụ hiện vẫn đang còn thiếu. Phát biểu như thế viết ra thật lạ, nhưng tôi dám chắc người đọc còn cảm thấy lạ hơn. Biết rằng vũ trụ mênh mông và con người chỉ mới thám hiểm một phần hết sức nhỏ bé của nó, làm thế nào chúng ta biết chắc chắn rằng có cái gì đó còn chưa đủ? Khẳng định như thế nghe rất ngạo mạn, chứ không hề ảo tưởng.

Ảnh ghép mã hóa màu của đám thiên hà Abell 520. Màu lục là chất khí nóng; màu cam là ánh sáng sao từ các thiên hà; màu lam thể hiện vị trí được suy luận ra của vật chất tối. Ảnh: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee, và A. Mahdavi

Tuy nhiên, cho đến nay, các nhà khoa học đã kết luận gần như chắc chắn rằng phần lớn vật chất trong vũ trụ bao gồm vật chất tối, một chất liệu vừa thực chất không nhìn thấy và khác căn bản về thành phần với các nguyên tử quen thuộc cấu tạo nên các sao và hành tinh. Trước muôn vàn khó khăn, các nhà nghiên cứu như Samuel Ting ở MIT còn tiến tới chỉ rõ vật chất tối là cái gì, khi bằng chứng giật tít các trang báo hồi tuần trước [bài báo này đăng ngày 08/4/2013 – ND]. Đã đến lúc để nói lên thực tại mới về vị thế của chúng ta trong vũ trụ. Dưới đây là 7 điều thiết yếu mà mỗi công dân của vũ trụ nên biết.

1. Vật chất tối là có thật. Bằng chứng cho vật chất tối xuất hiện trong một bài báo công bố bởi nhà thiên văn học người Thụy Sĩ Fritz Zwicky  vào năm 1933 – chưa tới một thập niên sau khi Edwin Hubble chứng minh rõ ràng sự tồn tại của những thiên hà khác. Zwicky lưu ý rằng các thiên hà trong các đám thiên hà đang chuyển động nhanh đến mức các đám thiên sẽ bay ra xa nhau, tuy nhiên các đám thiên hà vẫn không thay đổi gì. Ông kết luận rằng phải có một chất liệu gì đó (vật chất tối) phân bố trong các đám thiên hà, cung cấp lực hút hấp dẫn bổ sung để giữ vạn vật lại với nhau. Lúc ấy, đa số đồng nghiệp của Zwicky xem bằng chứng đó là quá suy đoán, và quan điểm quá xa lạ, để mà tin tưởng. Vào thập niên 1970, nhà thiên văn học người Mĩ Vera Rubin đã tẩy não của họ với loại quan sát giống như vậy được tiến hành chi tiết hơn nhiều. Bà tìm thấy rằng các thiên hà quay có hệ thống nhanh đến mức chúng sẽ bay ra xa nhau trừ khi được giữ lại bởi vật chất tối – hay trừ khi kiến thức của chúng ta về lực hấp dẫn là sai. Gần đây hơn, các nhà thiên văn vật lí đã cho chạy những chương tình mô phỏng tinh vi trên máy tính của sự hình thành thiên hà. Những mô hình này ăn khớp tuyệt vời với cấu trúc quan sát được của vũ trụ, nhưng chỉ khi họ bao gộp cả vật chất tối vào trong các phương trình.

Các ngôi sao trong những vùng phía ngoài của thiên hà xoắn ốc M74 quay nhanh hơn rất nhiều so với trông đợi nếu chúng được duy trì quỹ đạo bởi vật chất nhìn thấy. Lời giải thích tốt nhất là chúng đang được hút lại bởi một cái quầng lớn, không nhìn thấy, chứa vật chất tối. Ảnh: Gemini Observatory/GMOS Team

Có hai hướng bằng chứng khác ủng hộ mạnh cho vật chất tối. Một đến từ các quan sát sự hội tụ do hấp dẫn, sự bẻ cong ánh sáng do lực hấp dẫn. Các nhà thiên văn có thể lập bản đồ thô của sự phân bố vật chất trong các đám thiên hà bằng cách quan sát cách chúng làm biến dạng ánh sáng của những thiên hà ở xa hơn. Những bản đồ này không những xác nhận sự có mặt của những lượng lớn vật chất tối, mà chúng còn cho thấy vật chất tối chuyển động độc lập với chất khí nóng trong đám thiên hà, cái mà những lí thuyết thay thế của lực hấp dẫn không dễ dàng gì giải thích được. Một hướng bằng chứng nữa, hoàn toàn độc lập, đến từ các nghiên cứu bức xạ nền vi sóng vũ trụ, bức xạ tàn dư từ thời Big Bang. Sự phân bố của bức xạ đó trên bầu trời rất nhạy với thành phần chính xác của vũ trụ sơ khai. Hình ảnh phân bố quan sát được cho phép thực hiện một phép đo rất chính xác của thành phần của chúng ta, như tôi từng mô tả trước đây, trong đó vật chất tối nặng gấp vật chất nhìn thấy theo tỉ số 5,5 : 1. Cả ba loại quan sát không những thể hiện bằng chứng của vật chất tối, mà chúng còn cho biết lượng vật chất bằng nhau. Đó là cái hết sức thuyết phục.

2. Vật chất tối thỉnh thoảng có thể nhìn thấy được. Nghe có vẻ như mâu thuẫn với toàn bộ những gì tôi vừa nói, nhưng tôi sẽ giải thích. Vật chất tối có vẻ không tương tác với ánh sáng hay bất kì dạng nào khác của bức xạ điện từ (vô tuyến, tia X, vân vân), nhưng có lẽ nó có thể tương tác với chính nó. Một trong những lí thuyết hàng đầu của vật chất tối cho rằng nó gồm những hạt sơ cấp gọi tắt là WIMP (hạt nặng tương tác yếu) có thể hủy lẫn nhau nếu chúng va vào nhau. Trong không gian vũ trụ mênh mông, các hạt không va chạm thường xuyên lắm nhưng thi thoảng chắc hẳn sẽ xảy ra va chạm. Nếu hai hạt WIMP hủy lẫn nhau, chúng có thể tạo ra bức xạ nhìn thấy được ở dạng tia gamma; hoặc chúng có thể giải phóng những loại hạt quen thuộc hơn, ví dụ như các electron và đối hạt phản vật chất của chúng, positron.

Thật vậy, hai thí nghiệm trên không gian vũ trụ hiện đang tìm kiếm cả hai tín hiệu, và đều tìm thấy một số dấu hiệu hấp dẫn của cái gì đó lạ lẫm đang diễn ra trong không gian sâu thẳm. Kính thiên văn vũ trụ tia gamma Fermi của NASA đã thu được một lóe sáng cực kì mờ nhạt nhưng khác lạ của tia gamma có một năng lượng rất đặc trưng: 130 giga-electron volt (GeV), hay khoảng 60 tỉ lần năng lượng của ánh sáng nhìn thấy. Tín hiệu trông rất giống với sự phân hủy của một hạt vật chất tối, nhưng Christoph Weniger thuộc Viện Vật lí Max Planck cảnh giác rằng bằng chứng hiện nay có thể còn mơ hồ. Những gợi ý khác của vật chất tối đến từ Samuel Ting và thí nghiệm Từ Phổ kế Alpha, AMS, trị giá 2 tỉ USD trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. Đó chính là thí nghiệm đã gây đình đám hồi tuần trước. AMS đang thu được một sự dư thừa chút ít positron đến từ mọi hướng của bầu trời, cái một lần nữa khớp với sự có mặt của vật chất tối nhưng chưa hoàn toàn thuyết phục. Vẫn chờ có thêm nhiều kết quả nữa; Ting cho biết sẽ mất thêm “vài ba năm nữa” mới có đủ dữ liệu để kết luận chắc chắn.

Thí nghiệm Từ Phổ kế Alpha (phía trên bên trái) trên Trạm Vũ trụ Quốc tế. Ảnh: NASA/AMS

3. Vật chất tối có thể hiện thân trên Trái đất này. Trên lí thuyết, mọi lúc chúng ta đang bơi trong vật chất tối. Vì vật chất tối thụ động như thế, nên phần lớn thời gian nó lướt qua và không ai trên mặt đất này có cảm nhận gì về nó. Nhưng bắt đầu vào thập niên 1990, một số nhà vật lí táo bạo (hay điên rồ, tùy theo quan điểm của bạn) đã quyết định thử dò tìm các hạt vật chất tối khi chúng đi qua. Quan điểm là vào những dịp rất hiếm, một hạt vật chất tối có thể va chạm với một nguyên tử vật chất bình thường, gây cho nó một cú hích. Có hích đó có khả năng phát hiện được dưới dạng một tín hiệu nhiệt: một liều nhiệt hết sức nhỏ. Một vài thí nghiệm theo xu hướng này đã khẳng định những dấu hiệu trêu ngươi của các tín hiệu vật chất tối. Những kết quả nổi tiếng nhất đến từ detector có tên gọi là là DAMA, viết tắt cho DArk MAtter. Tuy nhiên, ngoài những người tin tưởng tuyệt đối, chẳng ai xem những kết quả này là có sức thuyết phục. Một thí nghiệm mới gọi là LUX sẽ làm sáng tỏ tình huống này. “Độ nhạy (của nó) tốt hơn nhiều so với các thí nghiệm dò tìm trực tiếp trước đây,” phát biểu của nhà nghiên cứu chính của thí nghiệm LUX, Richard Gaitskell thuộc trường Đại học Brown. Vào lúc LUX hoàn tất đợt chạy trọn vẹn đầu tiên của nó vào năm 2015, Richard hi vọng nó sẽ là “một thí nghiệm rất rõ ràng”.

4. Chúng ta có thể tạo ra vật chất tối của riêng mình. Đó là một trong những mục tiêu lớn dành cho Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) nhiều tham vọng tại CERN: sản xuất vật chất tối trong phòng thí nghiệm để các nhà khoa học có thể nghiên cứu nó. Cơ sở cốt lõi của LHC là cho các hạt lao vào nhau để chúng không còn biểu hiện sự bình lặng và yên ả của vật lí học hàng ngày nữa. Về căn bản, những lượng năng lượng khổng lồ tạo ra tại LHC có thể tự phát chuyển hóa thành những hạt đa dạng (khối lượng và năng lượng là tương đương nhau – bạn còn nhớ công thức e = mc² chứ?). Đó là cách các nhà vật lí tại LHC (có lẽ) đã tìm thấy boson Higgs. Nếu các hạt WIMP có cùng cỡ khối lượng như các nhà lí thuyết dự đoán, thì LHC cũng sẽ tạo ra chúng. Những hạt vật chất tối như thế sẽ khó lần ra do bản chất hay lảng tránh của chúng. Chúng có xu hướng bay ngay ra khỏi detector, không nhìn thấy được, và vì thế thoạt trông sẽ biểu hiện sự thiếu hụt năng lượng trong các phản ứng LHC: Thêm một cái bóng để rượt đuổi. Tuy nhiên, nếu các hạt WIMP thật sự có mặt ở đó, thì các nhà nghiên cứu dày dạn kinh nghiệm và các máy vi tính khổng lồ sục sạo dữ liệu thu từ LHC sẽ có thể tìm thấy chúng khi cỗ máy va chạm khởi động trở lại vào năm 2015.

5. Vật chất tối là cái hoàn toàn khác với năng lượng tối. Vào năm 1998, hai đội vũ trụ học cạnh tranh nhau đều phát hiện ra sự giãn nở của vũ trụ đang tăng tốc. Lực gây ra sự giãn nở vũ trụ ngày nay được gọi là “năng lượng tối”, một thuật ngữ do Michael Turner tại trường Đại học Chicago đặt ra để đối ứng với vật chất tối (và thỉnh thoảng bị nhầm lẫn). Cả hai đều tối theo nghĩa là chúng không nhìn thấy được, và cả hai đều tối theo nghĩa là chúng bí ẩn. Nhưng vật chất tối có vẻ như gồm một loại hạt nào đó, và nó tác dụng một lực hút hấp dẫn có xu hướng mang vạn vật đến gần nhau: nó kết dính các thiên hà và đám thiên hà, và có thể cung cấp lực hút bổ sung cho phép những cấu trúc này được tạo ra lúc ban đầu. Mặt khác, năng lượng tối thì ít được hiểu hơn vì nó có vẻ là một dạng năng lượng thấm đẫm vào cấu trúc của không gian, và nó lực một lực đẩy – gần giống như lực phản hấp dẫn – trên những cự li thật xa. Khó hiểu hơn nữa, năng lượng tối có tương đương khối lượng (nếu bạn không nhớ công thức e = mc² thì lúc này nên nhớ lại là vừa) và khi bạn cộng gộp toàn bộ khối lượng đó, thì năng lượng tối là thành phần át trội của vũ trụ.

6. Chất liệu tối thật sự át trội. Dựa trên những quan trắc mới nhất từ đài thiên văn Planck, vũ trụ gồm 68,3% năng lượng tối, 26,8% vật chất tối, và 4,9% vật chất bình thường. Một viễn cảnh u ám: Hơn 95% vũ trụ là tối tăm và về cơ bản không thể quan sát được, phần lớn vũ trụ không bao gồm vật chất, và phần lớn vật chất không bao gồm những nguyên tử giống như những nguyên tử cấu tạo nên bạn và tôi. Bạn có thấy vô vị không?

7. Vũ trụ tối có thể có một cuộc sống của riêng nó. Hồi vài năm trước, Savas Dimopoulos thuộc trường Đại học Stanford cho rằng vật chất tối có thể tạo ra những nguyên tử tối tạo ra ngành hóa học tối của riêng chúng. Neal Weiner tại trường Đại học New York còn tiến xa hơn với việc nêu vấn đề làm thế nào người ta có thể tìm thấy một nhà khoa học giả thuyết được cấu tạo bởi vật chất tối trong vũ trụ nhìn thấy (tất nhiên vũ trụ đó là không thể nhìn thấy đối với anh ta). Câu trả lời là chuyện đó không dễ dàng gì. Và mới đây thôi, một nhóm nhà vật lí Harvard, đứng đầu là JiJi Fan và Lisa Randall, đã lí thuyết hóa rằng một vật chất tối nào đó có thể lạnh đi và co lại giống hệt như khí hydrogen bình thường hành xử, dẫn tới khả năng có những thiên hà tối, và có lẽ cả những ngôi sao tối và hành tinh tối.

Lúc này chẳng ai biết cả. Có lẽ những quan điểm này chỉ là trí tưởng tượng bay xa, nhưng chúng lại khớp với cái chúng ta đang hiểu về sự vận hành của vũ trụ. Thật vậy, chúng được hậu thuẫn bởi một số quan trắc tốt nhất hiện nay. Douglas Finkbeiner, một nhà thiên văn vật lí tại Harvard, rất hăng hái với loại nghiên cứu này. Ông nói: “Mỗi sáng mai thức dậy, mỗi người chúng ta nên nghĩ ngợi xem vật chất tối là cái gì.”

http://360.thuvienvatly.com/

Mẫu nguyên tử Bohr: Vì sao lại bắt đầu với K, L, M...?

Tại sao các quỹ đạo electron trong mẫu nguyên tử Bohr lại được đặt tên với những chữ cái K, L, M... mà không phải là A, B, C? Thật ra, các kí hiệu K, L, M... không phải do Niels Bohr đề xuất khi ông nêu ra mẫu nguyên tử mới của mình vào năm 1913.

Tên gọi K, L,... được nêu ra lần đầu tiên bởi Charles Barkla, một nhà nghiên cứu quang phổ tia X lúc ngành này mới ra đời. Barkla đã tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm với tia X phát ra bởi các nguyên tử khi bị bắn phá bởi những electron năng lượng cao. Ông để ý thấy các nguyên tử phát ra hai loại tia X. Hai loại tia X đó khác nhau về năng lượng và Barkla gọi loại có năng lượng cao hơn là tia X Loại A, còn loại có năng lượng thấp hơn là tia X Loại B. Sau đó ông đã đặt lại tên cho hai loại này là K và L vì ông nhận ra rằng tia X có năng lượng cao nhất được tạo ra trong các thí nghiệm của ông chưa chắc đã là tia X có năng lượng cao nhất có thể có. Ông muốn chừa nhiều chữ cái để đặt cho những tia X có năng lượng cao hơn nữa nên đã chọn bắt đầu với chữ cái K.

Charles Glover Barkla (7 tháng 6, 1877 - 23 tháng 10, 1944)

Nhưng hóa ra tia X loại K là tia X có năng lượng cao nhất mà một nguyên tử có thể phát ra. Nó được tạo ra khi một electron ở quỹ đạo trong cùng được phóng thích tự do rồi bị bắt trở lại. Quỹ đạo trong cùng này được gọi là quỹ đạo K, đặt theo tên đã dùng cho tia X. Barkla được trao giải Nobel Vật lí năm 1917 cho công trình nghiên cứu này (nhận giải vào năm 1918).

Như vậy, Niels Bohr không phải là người tùy tiện nghĩ ra các tên gọi K, L, M... cho các quỹ đạo electron trong mô hình nguyên tử mang tên ông.

http://360.thuvienvatly.com

[Ảnh] 25 nơi trông khác thường nhưng có thật

Chand Baori - Abhenari, Ấn Độ

Cấu trúc Richat - Mauritania

Zhangye - Trung Quốc

Namibia

Iceland

Socotra - Yemen

Động Crystal - Skaftafell, Iceland

Hồ Retba - Senegal

Cổng đá Bery - Newfoundland, Canada

Gullfoss - Iceland

Cổng Địa ngục - Derweze, Turkmenistan

Moravia - Cộng hòa Czech

Mỏ Naica - Chihuahua, Mexico

Metro - Stockholm, Thụy Điển

Đỉnh Grinnell - Vườn quốc gia Glacier, Montana

Xưởng đóng tàu hải quân Mare Island - Vallrjo, California

Đỉnh Roraima, Venezuela

Rừng Đá, Madagaskar

Đường hầm Tình yêu - Kleven, Ukraine

Hang Sơn Đoòng - Việt Nam

Suối Lăng kính Lớn - vườn quốc gia Yellowstone, Wyoming, Mĩ

The Wave - Arizona, Mĩ

Salar de Uyuni - Bolivia

Lapland - Phần Lan

Đồng hoa tulip - Lisse, Hà Lan

http://360.thuvienvatly.com/goc-thu-gian/

Những bức ảnh vũ trụ đẹp nhất năm 2012

Toàn cảnh vùng miệng hố Gale trên sao Hỏa phía trước xe tự hành Curiosity của NASA.

Một sợi plasma từ một tai lửa mặt trời cỡ trung bình do phi thuyền SDO chụp. Một số hạt từ đợt phun trào này đã đi tới Trái đất, gây ra hiện tượng cực quang lộng lẫy ở hai cực.

Felix Baumgartner nhảy ra từ tầng bình lưu, lập kỉ lục rơi tự do vượt quá tốc độ âm thanh.

Chân dung cận cảnh của tiểu hành Vesta do phi thuyền Dawn của NASA chụp.

Chụp vào năm 2011 nhưng 2012 mới công bố, xoáy cuộn hình số 8 do những dòng hải lưu tạo ra ở Nam Đại Tây Dương, gần quần đảo Falkland. Ảnh do vệ tinh Envisat của ESA chụp.

Chân dung Trái đất do vệ tinh quan sát địa cầu Suomi NPP của NASA chụp.

Vết khí thải của tên lửa Soyuz cất lên từ sân bay vũ trụ Baikonour mang phi đoàn Viễn chinh 33 lên trạm ISS.

Những đám mây dạ quang lần đầu tiên được chụp từ trên quỹ đạo khi các nhà du hành bay qua cao nguyên Tây Tạng vào tháng 6/2012.

Biển băng hình thành theo đường bờ biển Thái Bình Dương thuộc bán đảo Kamchatka do phi đoàn Viễn chinh 30 chụp vào tháng 3/2012. Những chi tiết nhỏ nhất trong bức ảnh này có kích cỡ vài mét.

Vùng hồ lớn ở Bắc Mĩ nhìn từ ISS.

Tinh vân hành tinh Helix, hay NGC 7293.

Tinh vân Cái mũ của Thần Thor chụp nhân dịp kỉ niệm 50 năm ESO hồi tháng 10/2012.

Ảnh chụp toàn cảnh một vùng vũ trụ với những chi tiết lạ, chất khí phát sáng và những ngôi sao mới. Tinh vân Carina.

Kính thiên văn vũ trụ Hubble đã chụp bức ảnh chi tiết nhất này của vùng lõi bụi của thiên hà Messier 82.

Sharpless 2-106, hay S106, một vùng đang hình thành hai ngôi sao. Trong ảnh, chất khí siêu nóng tỏa sáng màu xanh, còn màu đỏ là chất khí nguội hơn và bụi vũ trụ.

Một lát cắt của bầu trời do Kính thiên văn vũ trụ Hubble chụp, ẩn phía xa là những thiên hà xa xôi nhất từng được quan sát cho đến nay.

Kính thiên văn vũ trụ Spitzer của NASA đã công bố vô số ảnh chụp trong vùng hồng ngoại. Trong ảnh là một tinh vân tìm thấy trong chòm sao Scutum.

Ngôi sao khổng lồ Zeta Ophiuchi lao đi nhanh đến mức nó tạo ra một cái chén sốc trong tinh vân lân cận. Những gợn mảnh lơ thơ này phát sáng trong vùng hồng ngoại và chỉ có thể nhìn thấy qua con mắt của kính thiên văn Spitzer.

Cận cảnh lốc xoáy tại cực bắc của Thổ tinh, do phi thuyền Cassini chụp vào tháng 11/2012.

Vành sao Thổ, cùng vệ tinh Enceladus ở phía trước và vệ tinh Titan lờ mờ phía sau. Ảnh do phi thuyền Cassini chụp từ cự li cách Enceladus 1 triệu km.

Chân dung Thổ tinh hồi đầu năm 2012. Vệ tinh nhỏ ở phía trước là Tethys.

Ánh sáng mặt trời tán xạ qua rìa khí quyển của vệ tinh Titan của sao Thổ. Có thể nhìn thấy ở phía dưới là những đám mây cao tạo nên lốc xoáy tại cực nam của Titan.

Thổ tinh có lẽ là hành tinh duyên dáng nhất trong hệ mặt trời. Ở gần bên Thổ tinh trong bức chân dung Cassini này là vệ tinh Mimas.

Tàu con thoi vũ trụ Discovery được cõng trên chiếc NASA 747 đang bay ngang qua thủ đô nước Mĩ hôm 17/04/2012, tiến về nơi yên nghỉ của nó là Trung tâm Steven F. Udvar-Hazy thuộc Bảo tàng Quốc gia Hàng không và Vũ trụ Mĩ.

 http://360.thuvienvatly.com/