Chân không có ma sát

Một quả cầu quay tròn trong một chân không sẽ không bao giờ dừng lại, vì không có ngoại lực nào tác dụng lên nó. Ít nhất thì đó là cái Newton từng phát biểu. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu như chân không tự tạo ra một loại ma sát có tác dụng hãm phanh đối với những vật thể đang quay? Hiệu ứng này, có thể sẽ sớm phát hiện ra thôi, có thể tác dụng lên các hạt bụi giữa các sao.

Trong cơ học lượng tử, nguyên lí bất định phát biểu rằng chúng ta không bao giờ có thể chắc chắn rằng một chân không biểu kiến là hoàn toàn trống rỗng. Thay vào đó, không gian đang ngập tràn các photon thoắt ẩn thoắt hiện trước khi chúng có thể được đo một cách trực tiếp. Mặc dù chúng chỉ xuất hiện trong tíc tắc, nhưng những photon “ảo” này tác dụng lực điện từ lên các vật mà chúng gặp giống như các photon thông thường vậy.

Đừng ép tôi dừng lại nào! (Ảnh: Ellinor Hall/Johner/Corbis)

Alejandro Manjavacas và F. Javier García de Abajo thuộc Viện Quang học tại Ủy ban Nghiên cứu Quốc gia Tây Ban Nha ở Madrid cho biết những lực này sẽ làm các vật quay chậm dần đi. Y hệt như một va chạm trực diện gây ra hậu quả nghiêm trọng hơn một cú va quẹt giữa hai xe hơi chạy nối đuôi nhau, một photon ảo đập lên một vật theo hướng ngược với chiều quay của nó sẽ tác dụng lực lớn hơn so với khi nó đập vào cùng chiều.

Theo thời gian, một vật đang quay sẽ từ từ chậm dần, dù là số lượng photon ảo bắn phá nó từ mọi phía là như nhau. Năng lượng quay mà nó mất khi đó được phát ra dưới dạng các photon thật, có thê phát hiện ra được (Physical Review A, DOI: 10.1103/PhysRevA.82.063827).

Độ lớn của hiệu ứng phụ thuộc vào thành phần và kích cỡ của vật. Các vật có các tính chất điện tử ngăn chúng hấp thụ sóng điện từ, như vàng chẳng hạn, có thể bị giảm tốc chút ít, hoặc không bị giảm tốc. Nhưng những hạt nhỏ, tỉ trọng thấp, có xung lượng quay nhỏ hơn, thì chậm đi đáng kể.

Tốc độ giảm tốc cũng phụ thuộc vào nhiệt độ, vì vật càng nóng thì các photon ảo thoắt ẩn thoắt hiện càng nhanh, sinh ra ma sát. Ở nhiệt độ phòng, một hạt graphite rộng 100 nano mét (graphite là chất có mặt dồi dài trong bụi giữa các sao), sẽ mất khoảng 10 năm để chậm đi chừng một phần ba tốc độ ban đầu của nó. Ở 700^oC, nhiệt độ trung bình đối với những khu vực nóng trong vũ trụ, sự giảm tốc ngang ngửa như vậy chỉ mất có 90 ngày. Trong sự lạnh lẽo của không gian giữa các sao thì mất chừng 2,7 triệu năm.

Liệu hiệu ứng này có thể kiểm tra trong phòng thí nghiệm không? Manjavacas cho biết thí nghiệm sẽ đòi hỏi một chân không cực cao và các laser chính xác cao để bẫy các hạt nano, các điều kiện “khắt khe những có thể đạt tới trong tương lai trước mắt”.

John Pendry thuộc trường Imperial College ở London kêu gọi mọi người phân tích “phần tinh túy của công trình” và cho biết nó có thể cung cấp những kiến thức về việc thông tin lượng tử có từng bị phá hủy hay không, chẳng hạn, khi nó rơi vào trong một lỗ đen. Ông cho biết các photon thật phát ra trong quá trình giảm tốc sẽ chứa thông tin về trạng thái lượng tử của hạt đang quay tròn, giống hệt như các photon thoát ra từ lỗ đen dưới dạng bức xạ Hawking được cho là có mang thông tin mã hóa về các lỗ đen.

“Đây là một trong vài ba quá trình sơ cấp biến đổi cái có vẻ là năng lượng cơ cổ điển thuần túy thành một trạng thái lượng tử tương quan cao”, Pendry nói.

Nguồn: New Scientist