Home > Khoa Học, Quan Điểm > Máy gia tốc hạt LHC và nguồn gốc vũ trụ

Máy gia tốc hạt LHC và nguồn gốc vũ trụ

 

 

 

You will know the truth, and the Truth will set you free

(Ngươi sẽ biết được sự thật, và sự thật sẽ giải thoát ngươi)

John 8:31-32

 

The truth is rarely pure and is never simple

(Sự thật ít khi trong sáng và không bao giờ đơn giản)

                                                          – Oscar Wilde  (nhà thơ, nhà văn Ái Nhĩ Lan)

 

 

… Một nhóm chuyên gia khoa học vây quanh một căn phòng 17 dặm mét dưới lòng đất, chuẩn bị kích hoạt một dụng cụ đắt tiền nhất để bắt đầu lần thử nghiệm đầu tiên cho một cuộc nghiên cứu lớn nhất trong lịch sử khoa học hiện đại với hy vọng tìm hiểu về nguồn gốc của vũ trụ, đặc tính của vật chất (matter), phản vật chất (antimatter), hạt hạ nguyên tử (subatomic particle), v.v… Họ cũng hy vọng rằng từ đó, có thể tìm hiểu thêm về không gian, thời gian, cùng những vấn đề cơ bản mà tôn giáo, triết học, và vật lý học nghiên cứu.

Một thời khắc sau khi chiếc máy được bật lên, một lỗ đen tí hon (mini black hole) được hình thành và bắt đầu hút những thứ chung quanh nó.  Lỗ đen này lớn dần và bắt đầu rơi vào lòng đất trong khi hút đi những gì chung quanh nó (1). Vị trí lỗ đen này được ổn định ở giữa lòng trái đất và trong chốc lát, nuốt trọn cả trái đất…

Nghe như phần kết của một phim khoa học giả tưởng phải không bạn?  Cảm giác của tôi nếu đọc được những dòng chữ trên cũng sẽ là thế.  Nhưng kể từ năm 2007, những tin như thế này mọc đầy dẫy khắp các trang mạng, kể cả tôn giáo, và khoa học kiến thức.  Mấy tuần qua, chúng còn được thấy trong trang nhất của các tờ báo địa phương với những chủ đề như “Ngày tàn của Trái Đất”, “Chiếc máy tử thần”, v.v Tiếp theo đó là nhiều bài bình luận về chuyện gì có thể sẽ xảy ra khi dụng cụ này được kích hoạt, kèm theo các bài phản hồi của nhiều khoa học gia cho rằng sẽ không có chuyện gì xảy ra.  Giới báo chí không ngần ngại chụp lấy cơ hội tung ra một loạt bài với nhiều chủ để “giật gân” khi biết rằng người đọc càng tò mò, càng theo dõi, càng theo dõi, càng sợ, càng sợ càng theo dõi.  Đọc giả trong lãnh vực khoa học kỹ thuật, vật lý học, vật lý học thiên thể (astrophysics) thì có thêm lý do bàn luận sôi nỗi khi rãnh rỗi, lúc ăn trưa, khi lướt mạng.  Tất cả đều vây quanh việc Tổ Chức Nghiên Cứu Hạt Nhân Châu Âu, gọi tắt là CERN (2) sẽ kích hoạt chiếc máy gia tốc hạt Large Hadron Collider, LHC (3) vào đầu tháng Tám sắp tới.  Bạn có thể đếm giờ ở link này:

http://www.lhcountdown.com/  

CERN

CERN là một tổ chức nghiên cứu quốc tế với phòng thí nghiệm vật lý hạt (particle physics) lớn nhất thế giới nằm ở Genève cận biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ.  Là nơi tập trung của gần 8000 khoa học gia của hơn 500 ĐH từ 80 quốc gia trên thế giới, CERN quy tụ gần nữa các thành viên trong cộng động vật lý hạt thế giới để tiến hành các cuộc nghiên cứu trong lĩnh vực này.

Đây cũng là nơi mà các khoa học gia từng tìm đến trước và sau khi thắng giải Nobel.  Cũng là nơi mà mạng lưới Internet (World Wide Web) được sáng chế sau khi các khoa học gia dựng lên ra một hệ thống liên kết các máy vi tính nhằm để tiện việc truy cập dữ liệu nghiên cứu.  Hệ thống này có tên gọi ENRIQUE sáng chế bởi Tim Berners-Lee và Robert Cailliau năm 1989. Sau máy gia tốc hạt Large Electron Positron Collider (LEP), LHC là đứa con tinh thần gần đây nhất của CERN.

Máy gia tốc hạt

Máy gia tốc hạt là dụng cụ nghiên cứu khoa học tối tân nhất được dùng để nghiên cứu các định luật cơ bản trong lĩnh vực vật lý hạt qua thực hành.  Máy này như là một đường ống dài với các vòng nam châm khổng lồ bao quanh đường ống.  Trong đó, các hạt nguyên tử (atomic particle) và hạt hạ nguyên tử (subatomic particle) được bỏ vào và tăng tốc bằng từ trường tạo nên từ các khối nam châm khổng lồ bao quanh đường ống (thẳng hoặc vòng tròn).  Ở một tốc độ nhất định, hạt nguyên tử sẽ  đó thay đổi tính chất, có khi các electron sẽ bị tách rời.  Các electrons này có thể được dùng ở dạng đó hoặc va chạm vào nhau ở một nơi nhất định. Những tia phóng xạ và năng lượng khác nhau phát ra từ sự va chạm này sẽ được ghi nhận bằng những máy dò được đặt ở những nơi mà hai tia hạt nguyên tử sẽ va chạm. 

 

Aerial photo of the Stanford Linear Accelerator (nguồn: Wikipedia)

Máy gia tốc hạt loại thẳng (LINEAC) rất thông dụng trong ngành y tế trong lĩnh vực chữa trị và giải phẩu bằng tia quang tuyến X.  Nguồn năng lượng thấp của máy này cũng được dùng để tách rời hoặc tăng tốc các hạt hạ nguyên tử trước khi truyền chúng vào máy tăng tốc dạng tròn (CYCLIC). Máy tăng tốc LINEC dài nhất hiện nay là Standord Linear Accelerator (SLAC) ở bang Cali với chiều dài 3 km. Máy gia tốc hạt hình tròn có khả năng tăng tốc các hạt nguyên tử hoặc hạt hạ nguyên tử dần dần đến một phần của tốc độ ánh sáng trước khi cho chúng va chạm.  Theo công thức nổi tiếng của Einstein E=mc2,  năng lượng phát xuất khi trọng lượng được tăng tốc.  Sự va chạm này sẽ tạo cơ hội cho khoa học gia bước vào lĩnh vực nghiên cứu mới với nhiều kết quả hứa hẹn như nguồn năng lượng tinh khiết (free energy), sự hình thành của vũ trụ, nguồn gốc sự sống, nguồn gốc vật chất, và phản vật chất.  Trước LHC, máy gia tốc hạt LEP của CERN là máy gia tốc hạt Electron-Positron lớn nhất thế giới.

Máy gia tốc hạt Large Hadron Collider và công cuộc đi tìm hạt Higg Boson

Phỏng theo một bài báo của cựu giám đốc điều khiển CERN khoa học gia Chris Llewellyn Smith trong tạp chí Nature vào tháng 7 năm 2007, ý tưởng xây dựng LHC trong cùng một đường hầm với LEP được bắt đầu từ năm 1977, chỉ vỏn vẹn 2 năm sau khi dự án cho LEP được đề cử.  Và ý tưởng này đã giúp đề án LEP được chấp thuận năm 1981.

Đường hầm hình tròn dài 27 km ở độ sâu từ 50 đến 171 mét dưới lòng đất giáp biên giới Pháp – Thụy Sĩ là nhà chứa của chiếc máy khổng lồ trị giá 6 tỉ USD.  Hệ thống dò các hạt nguyên tử và hạ nguyên tử với tên gọi ATLAS diện tích 46 mét x 25 mét với trọng lượng 7000 tấn dùng để ghi nhận kết quả sự va chạm của hai tia hạt hạ nguyên tử được gắn liền với những dây cáp và dây điện đủ để bao quanh Trái Đất 7 lần.  Máy LHC được chế tạo để va chạm hai tia protons (còn gọi là hadrons) với nguồn năng lượng 7 TeV.  Một TeV (1,000,000,000,000 electron volts  – tetra electron volts)  tương đương với nguồn năng lượng di động của một con muỗi.  Khả năng của máy gia tốc hạt LHC là nhét nguồn năng lượng của 7,000,000,000,000 con muỗi vào một khoảng không gian 1/1000000 diện tích của một con muỗi.  

Mỗi tia proton chứa vài 3000 nhóm protons với mỗi nhóm khoảng 100 triệu protons chạy vòng quanh đường hầm được tăng tốc dần dần khi lướt qua 7000 khối nam châm với từ trường được điều khiển bởi đìện lực và giữ ở nhiệt độ thấp bằng chất Helium ở dạng lỏng.  Hai tia protons sẽ đạt đến vận tốc 99.999999% vận tốc ánh sáng trước khi va chạm ở tốc độ  Sự va chạm này sẽ được quan sát ở nguồn năng lượng 17 TeV với hy vọng khám phá và tìm hiểu hạt hạ nguyên tử thần bí với tên gọi Higg Boson particle (còn được gọi là God particle).  Bạn có thể xem sự va chạm ở link này:

http://hands-on-cern.physto.se/ani/acc_lhc_atlas/lhc_atlas.swf (LHC animation).

 

 

 

CERN: Trước khi đường ngầm 27 km cho máy LEP được đào, tất cả những quan tâm đã hướng về chiếc máy kế vị của LEP, LHC (nguồn: Nature.com).

Các chuyên gia vật lý học và vũ trụ học cho rằng ngay sau khi hiện tượng Big Bang xảy ra, cả vũ trụ không có vật thể với trọng lượng mà chỉ có năng lượng.  Khoa học gia Peter Higgs năm 1964 đã sáng chế ra một lý thuyết về hạt hạ nguyên tử thần bí không hiện hữu với tên gọi hạt Higg Boson (còn được gọi là “siêu hạt của Chúa” – God particle).  Hạt này hiện hữu trong chốc lát sau hiện tượng Big Bang với vai trò hoán chuyển năng lượng thành trọng lượng trong vật chất.  Những khám phá về hạt Higg Boson sẽ giúp chúng ta hiểu thêm về sự hình thành của vạn vật trong vũ trụ sau hiện tượng Big Bang.

Những nỗi lo sợ

Tuy rằng máy gia tốc hạt LHC còn có thêm 3 máy dò kết quả va chạm được dùng trong các cuộc nghiên cứu khác, nhưng chỉ có bộ phận dò ATLAS với chức năng khám phá và quan sát là được đề cập đến và gây hoang mang nhiều nhất.  Đơn giản chỉ vì kết quả tìm hiểu được liên quan rất nhiều đến những vấn đề vây quanh giao điểm của tôn giáo và khoa học như sự sống bắt đầu từ đâu? Bắt đầu thế nào? Có nên tìm hiểu không? Sẽ có hậu quả gì? v.v…

Có người cho rằng khi máy này được chạy thử trong vài hôm tới đây, có nhiều khả năng một lỗ đen nhân tạo được hình thành và nuốt chửng Trái Đất.  Có người lại cho rằng sự va chạm sẽ tạo thành cát hạt nguyên tử ở hai thể loại vật chất và phản vật chất.  Theo lý thuyết thì hay hạt này khi va chạm sẽ tiêu hủy nhau trong những vụ nổ hạt nhân (nuclear explosion).  Các phần tử cuồng tín thì cho rằng máy LHC sẽ vũ khí đem đến ngày tàn thế giới (death machine) mà tiên tri gia Nostradamus và sách vở tôn giáo đã nhắc đến. 

Thậm chí có người còn cho rằng máy LHC sẽ tạo nên một lỗ hổng không gian gọi là Wormhole hoặc dimensional flux mà từ đó sẽ tuôn ra những điều bất ngờ khó lường.  Thủy chung đây cũng là giấc mơ thiên đàng của các đọc giả khoa học giả tưởng trước viễn ảnh bị gò bó trong Thái Dương Hệ vì không đạt được vận tốc ánh sáng.  Và cũng là ác mộng của những người sợ những gì mình không biết, đồng thời cũng không muốn biết.

Có nên sợ không?

Nếu bạn bị bệnh, bạn nên tìm bác sĩ hay hỏi anh hàng xóm làm thế nào?  Trong trường hợp này thì ta nên xem các khoa học gia nói gì hay đọc các tờ báo lá cải cùng những trang mạng được đựng lên với mục đích truyền nỗi lo sợ của mình đến người khác?  Nếu bạn bỏ thời gian tìm hiểu thêm về lỗ đen thì sẽ hiểu rằng chẳng có gì đáng để lo. 

Những chùm tia bao gồm các hạt có năng lượng cao phóng vào khí quyển Trái Đất với tên gọi bức xạ vũ trụ (cosmic rays) có năng lượng hơn 1020 eV, tương đương với năng lượng trọng tâm (center of mass) hơn 100 TeV.  Nhưng Trái Đất vẫn còn đấy.  Hơn nữa nguồn năng lượng tối đa của LHC khi hai tia proton va chạm chỉ ở 14 TeV, thì khả năng tạo lỗ den nhân tạo là chuyện bất cập.

Một trong những đặc tính của lỗ đen là sự phát nhiệt được gọi là Hawking radiations.  Dựa vào nguyên lý cơ học lượng tử, các chuyên gia vật lý học và thiên văn học kết luận rằng các lỗ đen lỗ đen nhỏ nhất ở trạng thái ổn định phải có trọng lượng Plank mass khoảng 2.43 x1018 GeV/c2.  Nhỏ hơn nữa thì các lỗ đen này sẽ phát nhiệt nhiều hơn hút được và sẽ nhỏ dần trước khi biến mất.  Trên lý thuyết, lỗ đen nhỏ nhất có thể ổn định và tăng trưởng có diện tích tối thiểu là 0.04 phần Mặt Trời.  Trong khi đó, lỗ đen nhỏ nhất vừa được khám phá vào tháng Tư năm 2008 có diện tích to gấp 3.6 lần Mặt Trời.  Lỗ đen nhân tạo mà LHC tạo ra  (cho dù có thể) sẽ rất rất nhỏ, và sau khi thoát nhiệt, sẽ biến mất. 

Đối với các vụ nổ hạt nhân (nuclear explosion) mà có người đề cập đến, thì cho dù có xảy ra cho một ở mức độ hạ nguyên tử 175 mét dưới lòng đất trong một môi trường nghiên cứu khép kín, bạn nghĩ sẽ to lớn thế nào?  Nếu còn lo lắng, hãy tìm đọc những bản báo cáo của CERN ở trang PR của họ trong phần tham khảo bên dưới.

LHC và tầm nhìn tôn giáo

Tôn giáo được sáng chế bởi nhân loại để tìm hiểu và giải thích sự thật khi vắng bóng khoa học.  Và với sự tiến bộ của khoa học trong một thời gian ngắn, rất nhiều sự thật được khám phá và giải thích rõ ràng hơn so với những gì tôn giáo đã làm trong nhiều nghìn năm qua.  Những tiến bộ trong lĩnh vực khoa học y tế đã làm vơi đi nỗi khổ đau cho nhiều người so với những gì tôn giáo có thể làm.  Song song với sự tiến bộ của khoa học là sự trào thoái của niềm tin tôn giáo trong lòng nhiều người, do đó những tranh luận về khoa học và tôn giáo càng thêm sôi nổi khi tôn giáo và khoa học cùng bước vào lĩnh vực siêu hình qua phát minh kỹ thuật của máy gia tốc hạt.

Nhiều người cho rằng những khám phá từ kết quả nghiên cứu do LHC đem đến sẽ gây ảnh hưởng lớn đến giá trị tôn giáo khi các khoa học gia tìm hiểu về nguồn gốc của vũ trụ, vạn vật.  Có người cho rằng đó là lĩnh vực cấm và con người không nên tìm hiểu.  Trong khi các khoa học gia chỉ chú tâm trong công cuộc đi tìm sự thật (the quest for truth) có người hy vọng khám phá khoa học trong lĩnh vực cơ học lượng tử sẽ giúp họ tiến gần đến God.  Mặt khác, có người lại hy vọng khoa học sẽ chứng minh rằng tất cả chỉ là tự nhiên và không có bàn tay của Đấng tối cao nào cả. 

Trong quyển “Angels and Demons” (4) của nhà văn Dan Brown, ý tưởng dùng đến máy gia tốc hạt để chứng minh những lời phán trong Sách Sáng Thế (Genesis) được tác giả đề cập đến.  Và trong quyển sách mới nhất, “Blasphemy” của tác giả Douglas Preston (5) , điều mà các khoa học gia tìm thấy khi kích hoạt và thử nghiệm máy gia tốc hạt Isebella không phải là God particle, mà chính God.  Chỉ là truyện thôi, những hai quyển truyện này đã gợi lên nhiều ý tưởng rất lạ đối với người đọc. 

Nếu quả thật có God và God muốn hiện ra để truyền dạy nhân loại, thì God sẽ chọn một người khoa học gia hay một người ngoan đạo?  Một người ngoan đạo sẽ có một khái niệm về God và cách thức God hiện ra và chỉ dạy nhân loại, lỡ nếu God xuất hiện một cách không ngờ và không hoàn toàn như anh ta tưởng anh ta có vội cho là ma quỷ nhất quyết không nghe chỉ dạy không?  So với một khoa học gia, ít ra God cũng được thử thách bằng nhiều cách và sau một thời gian sẽ đạt được lòng tin của khoa học gia này.  Đối với một hiện tượng lạ, không một khoa học gia nào sẽ quay đi mà không tìm hiểu.  Khái niệm về God và ma quỷ nơi con người có nhiều điều giống nhau, cũng hiểu được ý người, cũng biết được mọi thứ, cũng thay đổi hình dạng, v.v… Thế thì làm thế nào để phân biệt? Hay là cứ quay lưng với sự thật, không nên tìm hiểu?

Bất kể trong lĩnh vực tôn giáo hay khoa học, có một câu nói bất hủ được nhắc đi nhắc lại nhiều lần: “You will know the truth, and the Truth will set you free” (Ngươi sẽ biết sự thật, và sự thật sẽ đem giải thoát ngươi” – John 8:31-32).  Khi bắt đầu hoạt động vào đầu tháng Tám năm 2008, máy LHC có nhiều khả năng khám phá siêu hạt Higg Boson và từ đó, sẽ có nhiều kết quả thú vị. 

 

7/6/08

KD.

 

Chú thích:

  1. The CERN blackhole: http://www.youtube.com/watch?v=BXzugu39pKM&feature=related
  2. European Organization for Nuclear Research – CERN http://en.wikipedia.org/wiki/CERN
  3. Máy gia tốc hạt LHC (Particle Accelerator)
  4. “Angels and Demons” (Thiên Thần và Ác Quỷ) của nhà văn Dan Brown.  Sách đang được dựng thành phim, sẽ phát hành trong nay mai.  http://vnthuquan.net/Truyen/truyen.aspx?tid=2qtqv3m3237nmnmnnnvn31n343tq83a3q3m3237nvn   (bản dịch của Văn Thị Thanh Bình bên VN thư quán.net – Chương 15)                               http://www.danbrown.com/novels/angels_demons/reviews.html
  5. “Blasphemy”  (Lời Báng Bổ) của nhà văn Douglas Preston http://www.prestonchild.com/solonovels/preston/blasphemy/

 

 

 

 

Nguồn tham khảo:

Categories: Khoa Học, Quan Điểm
  1. No comments yet.
  1. No trackbacks yet.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: