XẢO THUẬT KHOA HỌC: SỰ SẮP XẾP VÀ KẾT HỢP CÁC HẰNG SỐ VẬT LÝ Trong khoa học vật lý, có rất nhiều hằng số và giá trị thực của chúng ngày càng hoàn thiện dần qua thời gian để tiến tới độ chính xác cao. Lịch sử đã ghi nhận các công trình thực nghiệm của các nhà vật lý nhằm vào việc làm gia tăng các chữ số sau dấu phẩy của các hằng số vật lý bằng các phương pháp đo đạc cùng các dụng cụ khác nhau của mình. Có 4 hằng số cơ bản của vật lý được nêu ra trong bài viết này đóng một vai trò quan trọng trong cấu trúc vật lý: - Hằng số hấp dẫn G = 6,6726.10 -11 (Nm 2 /kg 2 ). - Tốc độ ánh sáng c = 2,99792458.10 8 (m/s). - Hằng số Planck h = 6,6260754.10 -34 (Js). [Hằng số Planck tác dụng 34 h 1,055.10 2      (Js)] - Điện tích nguyên tố e = 1,60217733.10 -19 (C). Sự sắp xếp giữa các hằng số vật lý G (hằng số trọng tâm của lý thuyết hấp dẫn Newton và lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein), c (hằng số trụ cột của lý thuyết tương đối hẹp của Einstein), h (hằng số cơ bản của vật lý lượng tử) và e (khẳng định sự lượng tử hoá của điện tích) làm nên các bí số cho phép chúng ta tư duy về sự vận động và phát triển của quy luật tự nhiên, xem như mã hoá (làm cho trị số biết nói dưới góc độ lĩnh vực nào đó) được, phản ánh được một sự nhận thức về vũ trụ của con người. 1. Tổ hợp của e, h, c. Tạo nên một hằng số không thứ nguyên được gọi là hằng số cấu trúc tinh tế α. 2 0 1 2 137 e hc     Với 0  = 8,85.10 -12 (C 2 /Nm 2 ) α là nền tảng của lý thuyết điện động lực học lượng tử - một sự kết hợp vật lý lý thuyết với lý thuyết tương đối hẹp, có lẽ là lý thuyết thành công nhất trong vật lý về phương diện tiên đoán kết quả phù hợp với thực nghiệm. 2. Tổ hợp của G, h, c. a) Độ dài Planck. Khi bàn về lỗ đen, người ta nhận thấy rằng nó có thể nhỏ như thế nào để tính xác định về tọa độ của nó không mâu thuẫn với hệ thức bất định Heisenberg (theo quan điểm tương đối tính nghiêm ngặt một kỳ dị có kích thước bằng 0). Bán kính giới hạn mà một đối tượng có khối lượng m cần phải đạt tới để trên bề mặt của nó tốc độ cần thiết để thoát ra được bằng chính tốc độ ánh sáng – điều kiện để vật trở thành lỗ đen đã được Karl Schwarzschild (1873 – 1916) xác định là: 2 2Gm r c  Bán kính này được gọi là bán kính Schwarzschild để tôn vinh nhà khoa học đã tìm ra nó. Câu hỏi dẫn đến độ dài Planck l P bây giờ sẽ có dạng: một đối tượng khối lượng m có thể lấy kích thước tối thiểu bằng bao nhiêu để cho bán kính Schwarzschild của nó không lớn hơn độ bất định về tọa độ của nó, bởi vì nếu không thì sẽ mâu thuẫn với hệ thức bất định Heisenberg (uncertainty principle). Chúng ta hãy hình dung hệ thức bất định ở trường hợp giới hạn: Giả sử ta có một đối tượng vật lý vô cùng nhỏ, có tốc độ v nhỏ đến mức có thể bỏ qua và xem vật gần như ở trạng thái nghỉ, đồng thời vật định xứ như có thể, khi đó ta có hệ thức bất định: min min p. x ( p) 2 2( x)          Ta có: E = mc 2 = mc.c = p.c Do vậy: 2 min min mc c m 2( x) 2( x) c        thay vào biểu thức r ta được: 2 3 min min 2G G r c 2( x) c ( x) c       Đặt r = (x) min = l P , theo trên ta được độ dài Planck: 35 P 3 G l 1,61.10 c     (m) Kích thước này nhỏ đến mức khó hình dung nổi. Nhưng theo thuyết hấp dẫn lượng tử, không phải sức tưởng tượng của con người bất lực, mà chính tự nhiên bất lực, vì nó không cho phép tồn tại một cấu trúc vật lý nào nhỏ hơn độ dài Planck vừa nói tới. b) Thời gian Planck. Trong hấp dẫn lượng tử, không chỉ không gian là cốt lõi, mà cả thời gian nữa. Thời gian mà ánh sáng phải mất để đi quãng đường đúng bằng độ dài Planck gọi là thời gian Planck t P : 44 P P P P 5 l G l ct t 5,392.10 c c        (s) t P được thiết lập từ 3 hằng số cơ bản của 3 lý thuyết vĩ đại có ý nghĩa cơ bản trong lý thuyết vật lý hiện đại. Có lẽ chúng ta phải “hồi tưởng” lại vụ nổ Big Bang để đánh dấu sự khai sinh vũ trụ. . XẢO THUẬT KHOA HỌC: SỰ SẮP XẾP VÀ KẾT HỢP CÁC HẰNG SỐ VẬT LÝ Trong khoa học vật lý, có rất nhiều hằng số và giá trị thực của chúng ngày càng hoàn thiện. nhận các công trình thực nghiệm của các nhà vật lý nhằm vào việc làm gia tăng các chữ số sau dấu phẩy của các hằng số vật lý bằng các phương pháp đo đạc cùng các dụng cụ khác nhau của mình. Có 4 hằng. (m/s). - Hằng số Planck h = 6,6260754.10 -34 (Js). [Hằng số Planck tác dụng 34 h 1,055.10 2      (Js)] - Điện tích nguyên tố e = 1,60217733.10 -19 (C). Sự sắp xếp giữa các hằng số vật lý G (hằng