ChúngTa.com

Sau khi đăng bài "Sắp có lỗ đen nuốt chửng trái đất?" về nguy cơ thí nghiệm tại phòng thí nghiệm LHC ở Thụy Sĩ có thể tạo lỗ đen nuốt chửng trái đất (ngày 1-4), Tuổi Trẻ đã nhận được bài viết phản hồi của GS-TS Nguyễn Mộng Giao - Viện Nghiên cứu vật lý TP.HCM. Tuổi Trẻ xin trích đăng lại bài phản hồi.

Không có lỗ đen nào do ta tạo ra lại có thể nuốt chửng Trái đất. Đơn giản bởi trong thiên nhiên tồn tại định luật bảo toàn năng lượng. Nếu có tạo được một ít năng lượng đen hoặc lỗ đen trên máy gia tốc thì nó cũng sẽ vô cùng ít ỏi. Một ít vật chất đen này không hề hấn gì cho Trái đất, huống chi con người còn phải mất nhiều năm nữa mới tạo ra được vật chất đen, lỗ đen.

Theo quan niệm của vật lý hiện đại, vũ trụ được hình thành từ vụ nổ lớn Big Bang cách đây khoảng 16 tỉ năm. Sau Big Bang, vũ trụ vận hành và liên tục dãn nở. Các thiên hà cứ ngày càng xa nhau. Nhiều thiên hà tự quay xung quanh mình.

Vũ trụ đầy bí ẩn

Các nhà khoa học từ lâu đã đặt ra câu hỏi: năng lượng nào đang đẩy các thiên hà này ngày càng xa nhau, làm các thiên hà quay xung quanh mình? Các nghiên cứu gần đây cho thấy đây là năng lượng rất đặc biệt, các phương tiện có trong tay hiện không thể đo đạc được. Nghĩa là chúng ta cảm thấy sự hiện diện của chúng nhưng chưa biết cách nào để đo đạc. Người ta gọi dạng năng lượng này là năng lượng đen (dark energy). Sau Big Bang, trong vũ trụ cũng còn tồn tại rất nhiều vật chất mà phương tiện hiện đại vẫn không quan sát được. Loại vật chất này được gọi là vật chất đen (dark matter).

Các tính toán dựa trên mô hình chuẩn cho thấy năng lượng đen nhiều gấp bốn lần năng lượng mà ta đã quan sát được, vật chất đen chiếm tới 95% toàn bộ vật chất của vũ trụ. Phần ta quan sát được tuy thật là kỳ vĩ so với những gì có trên Trái đất, cũng chỉ là khoảng 5% toàn bộ vật chất có trong vũ trụ mà thôi.

Theo mô hình chuẩn thì khi xảy ra Big Bang, đồng thời với việc sinh ra các hạt thì các phản hạt cũng được sinh ra. Số hạt và phản hạt phải được sinh ra bằng nhau. Kết quả là nếu các hạt đã vận động để hình thành các thiên hà, các hành tinh thì các phản hạt cũng phải tương tự, tạo ra các phản thiên hà, phản mặt trời, phản hành tinh, phản Trái đất... Nhưng quan sát trong vũ trụ người ta thấy rất ít phản hạt, còn phản vật chất, phản thiên hà thì chưa quan sát thấy. Vì sao lại như vậy là một thách thức cho mẫu chuẩn và cũng là bài toán lớn cho các nhà khoa học.

Nhiều câu hỏi khác như: làm sao các hạt có thể có khối lượng? Thời gian là gì, khối lượng là gì? Vật chất đen, năng lượng đen có ý nghĩa gì đối với sự sống? Hình thức tồn tại và tính chất của chúng? Có tồn tại các chiều dư trong thiên nhiên? (chúng ta đang sống trong không - thời gian bốn chiều nhưng nhiều lý thuyết lại cho rằng còn nhiều chiều nữa được gọi là các chiều dư - extra dimension). Để trả lời cho hàng loạt câu hỏi đó, người ta cần tiến hành các thực nghiệm. Công cụ cho các thực nghiệm này là máy gia tốc và hàng loạt thiết bị đi kèm.

Tìm về quá khứ bằng máy gia tốc

Đường ống dẫn hạt của máy gia tốc LHC

Từ lâu người ta đã xây dựng nhiều máy gia tốc hiện đại. Chẳng hạn ở Mỹ có Fermilab (đặt ở gần Chicago) với năng lượng lên đến 1,4 TeV (1.400 tỉ electron vôn) cho mỗi chùm hạt.

Khi va chạm với nhau, các thiết bị đo cho phép nghiên cứu các hiện tượng vật lý trong các khoảng thời gian 1/10 lũy thừa 24 giây (tức một phần triệu tỉ tỉ giây) trong khoảng cách 1/10 lũy thừa 18m (tức khoảng cách một phần tỉ tỉ mét). Nhờ những thiết bị này người ta có thể kiểm tra được quá trình xảy ra Big Bang ở thời điểm 10-24 giây sau khi xảy ra Big Bang và lúc vụ nổ Big Bang mới có đường kính 10-18m.

Các máy gia tốc là một kỳ quan do con người tạo ra. Máy gia tốc Tevatron của Fermilab có đường ống dẫn hạt dài gần 20km. Đó là một đường hầm có đường kính 6m nằm sâu dưới mặt đất tự nhiên gần 50m. Hàng loạt thiết bị hiện đại như xuyến từ bằng nam châm siêu dẫn, các đầu dò cherenkov, các siêu máy tính, các loại injector rất mạnh được lắp ráp và vận hành ở đây. Mọi thành tựu của khoa học và công nghệ hiện đại đã được sử dụng ở trung tâm khoa học này.

Nhưng để đi sâu hơn nữa vào thế giới vi mô, tức là để có thể nghiên cứu trên những khoảng cách ngắn hơn, thời gian nhỏ hơn nữa, máy gia tốc khổng lồ LHC (Large Hadron Collider) đã được bắt đầu từ 15 năm trước. Máy có đường dẫn hạt dài 27km nằm giữa Pháp và Thụy Sĩ. Gia tốc các hạt proton đến năng lượng 14 TeV (14 ngàn tỉ electron vôn). Với máy gia tốc này, các nhà khoa học có thể nghiên cứu các hạt trên khoảng cách 10-19m (tức một phần mười tỉ tỉ mét) đo đạc các thời gian 10-25 giây (một phần mười triệu tỉ tỉ giây).

Các nhà khoa học thường nói họ đã tiến sát tới gần thời điểm xảy ra Big Bang và tiến sát tới việc làm ra vụ nổ đó. Thật ra không có vụ nổ nào được tạo ra, cũng không có lỗ đen nào được hình thành cả. Chỉ có tính chất của chúng được đo đạc thông qua việc đo đạc tương tác giữa các hạt do máy gia tốc tạo ra mà thôi. Nhờ đó, nhiều tính chất của vật chất đen, năng lượng đen sẽ được xác định.

Nhóm vật lý năng lượng cao của Viện Vật lý TP.HCM đã và đang trực tiếp tham gia các nghiên cứu về năng lượng đen và vật chất đen trên máy gia tốc Tevatron của Fermilab (Mỹ) và sẽ tham gia nghiên cứu trên máy gia tốc LHC khi thiết bị này đi vào hoạt động. Như vậy có thể thấy rằng mục tiêu của máy gia tốc LHC không tạo ra lỗ đen cũng như vật chất đen.