🔬 Vì sao laze có thể làm cho nguyên tử "nguội" đi?

Năm 1997, một người Mĩ gốc Hoa nhận được giải thưởng cao nhất của vật lí học - giải Nobel về vật lí. Ông là giáo sư vật lí Chu Đệ Văn, năm ấy 50 tuổi, thuộc Trường đại học Stanford của Mĩ. Thành tựu đột xuất của ông trên lĩnh vực vật lí là dùng laze làm cho nguyên tử "nguội" đi, sau đó tóm bắt chúng và để cho nguyên tử chuyển động theo ý muốn của con người. Vì sao laze có thể làm cho nguyên tử "nguội" đi? Con người thao túng nguyên tử có ích lợi gì? Hoá ra là vật chất đều do phân tử, nguyên tử cấu thành, mà phân tử, nguyên tử luôn ở trong trạng thái chuyển động hoàn toàn vô quy tắc. Trong điều kiện nhiệt độ trong phòng, tốc độ chuyển động của phân tử, nguyên tử trong chất khí là tốc độ siêu âm1, còn nhanh hơn máy bay phản lực nói chung. Để tóm bắt những nguyên tử biến đổi liên tục trong phút chốc này, trước hết phải làm cho tốc độ chuyển động của chúng chậm lại, mà chậm lại có nghĩa là hạ thấp nhiệt độ chất khí. Chỉ có làm cho nguyên tử "nguội" đi đến nhiệt độ rất thấp, con người mới có khả năng tóm bắt và điều khiển chúng. Ánh sáng do laze phát ra khác với của nguồn sáng thông thường. Nó có thể chiếu xạ tập trung năng lượng rất cao vào một phạm vi rất nhỏ. Lợi dụng đặc tính này, người ta đã chế tạo nhiều khí cụ dùng vào việc tăng nhiệt bằng laze và giải phẫu bằng laze. Khi dùng laze làm "nguội" nguyên tử, trước hết để một chùm tia laze chiếu xạ lên nguyên tử ở hướng đón đầu chuyển động của nguyên tử. Sau khi va chạm với mỗi một photon, nguyên tử sẽ giảm tốc độ một ít. Qua những va chạm nhiều vô kể với các photon, tốc độ nguyên tử liền chậm lại rất nhiều, từ đó làm cho nhiệt độ xuống thấp. Khi nhiệt độ vô cùng thấp, dùng lực lượng vô cùng yếu là có thể tóm bắt được nguyên tử. Lợi dụng laze làm "nguội" nguyên tử, có thể chế tạo ra đồng hồ nguyên tử hết sức chính xác. Giả sử khi một con người chào đời, đồng hồ nguyên tử bắt đầu chạy, thế thì khi người ấy 80 tuổi, thời gian mà đồng hồ ấy chỉ ra chênh nhau với thời gian tiêu chuẩn còn chưa đến một phần năm triệu của một giây. Hiện nay, trên các vệ tinh dùng để định vị toàn cầu đều có lắp đồng hồ nguyên tử. Có những đồng hồ nguyên tử đó rồi, người ta có thể thông qua vệ tinh xác định vị trí hiện thời của bất kì địa phương nào trên thế giới với độ chính xác trong vòng 1 mét. Khi người ta dùng sợi quang để truyền số liệu cũng cần dùng đồng hồ nguyên tử, vì tốc độ truyền tín hiệu của sợi quang rất nhanh, ở hai nơi cách xa nhau hàng vạn dặm, chỉ có đồng hồ nguyên tử mới bảo đảm cho sự vận hành đồng bộ của máy tính điện tử. Từ khoá: Nguyên tử; Làm nguội bằng laze; Đồng hồ nguyên tử. 164. "Hiệu ứng cánh bướm" của giới tự nhiên là gì? Nhà thiên văn, nhà toán học và nhà vật lí người Pháp của thế kỉ XVIII, Laplace, đã nói: nếu có một vị thiên tài biết được tất cả các quan hệ của mọi sự vật trong Vũ Trụ thì người đó ắt có thể nói ra "quá khứ" và "tương lai" của những sự vật ấy. Ông tin rằng, sự biến đổi phát triển của vạn sự vạn vật trong giới tự nhiên đều có thể dự đoán được. Thật vậy, rất nhiều nhà khoa học đang tiến hành công tác nghiên cứu dự đoán các loại các dạng. Ví dụ như các nhà thiên văn có thể tính trước sự xuất hiện của nhật thực và nguyệt thực vài chục, thậm chí vài trăm năm từ nay về sau. Còn trong cuộc sống hàng ngày, người ta dựa vào kinh nghiệm và trực giác nhiều hơn để dự đoán. Một vận động viên bóng rổ lão luyện, hầu như ném rổ trăm lần trăm trúng; một cầu thủ bóng bàn giỏi có thể đỡ một cách chuẩn xác quả bóng vòng cung mà đối phương đánh sang, thậm chí còn phản kích nữa. Những cái đó đều phải dựa vào năng lực dự đoán của họ cả. Từ "hiện tại" dự đoán "tương lai" quen thuộc nhất đối với con người có lẽ là dự báo thời tiết. Theo đà phát triển của máy tính điện tử và kĩ thuật vệ tinh không gian, người ta hi vọng rằng, xã hội con người sẽ được giải thoát khỏi sự tàn phá bừa bãi bất thường của thời tiết, chẳng những có thể dự báo thời tiết, mà còn phải điều khiển và thay đổi thời tiết. Giá như các nhà khoa học có thể tạo mưa và phá mưa, có thể điều động giông bão nhiệt đới, chế ngự giá rét, nóng bức, thế thì hay biết bao nhiêu! Tuy nhiên, không bao lâu người ta nhận thấy, dự báo thời tiết thường thường chỉ là một loại suy đoán, dự báo trong hai ba ngày có thể cơ bản phù hợp với tình hình thời tiết thực tế, dự báo dài hơn một tuần có khả năng cách nhau khá xa với thực tế, hoàn toàn mất đi giá trị dự báo. Nhà khí tượng Lorenz người Mĩ lập ra một mô hình thời tiết chơi vui trên máy tính, nghiên cứu tỉ mỉ hai nhóm tình hình thời tiết, ông kinh ngạc nhận thấy, một sai số nhỏ tí trong kết quả đầu vào lại sinh ra kết quả "sai một li, đi một dặm". Qua đó, ông cho rằng, chỉ cần trong số liệu khí tượng thu thập được cho dù có một sai số chút xíu thôi (đó là điều không thể tránh khỏi), hậu quả của nó gây ra trong kết quả nhận được từ máy tính sẽ làm cho người ta không sao lường được. Năm 1979, trong một lần diễn giảng, Lorenz dùng ví dụ hình tượng đặt câu hỏi: "một con bươm bướm ở Braxin đập đập cánh, liệu có thể gây ra vòi rồng ở bang Texas nước Mĩ hay không?". Về sau, người ta liền gọi hiện tượng đó là "hiệu ứng cánh bướm" của giới tự nhiên để nói về độ nhạy cảm của một hệ đối với điều kiện gốc. Hiệu ứng cánh bướm không những tồn tại trong dự báo thời tiết, mà trong cuộc sống thường ngày cũng không hiếm những ví dụ như vậy. Hãy tưởng tượng xem, một trò chơi bi-a hoàn toàn lí tưởng, sau khi người chơi bi-a từ một góc nào đó đánh trúng một quả cầu, các quả cầu trên bàn cái này tiếp cái kia xảy ra va đập, rồi chúng lại tản ra mỗi quả một hướng khác nhau. Giả dụ người chơi bi-a khống chế nghiêm ngặt mức độ dùng sức và hướng, người ấy có thể làm xuất hiện lại kết quả của lần thứ nhất một lần nữa không? Người ấy có thể dựa vào kinh nghiệm dự đoán ra một quả cầu nào đó sẽ chạy tới nơi nào sau một đoạn thời gian không? Không thể. Đó là vì chỉ cần anh ta khi chọc quả cầu mà không chú ý tới một sự sai sót rất nhỏ nhặt có thể xuất hiện, ví dụ như mặt bàn rung động nhẹ, thậm chí người chọc bi-a khi thở ra gây ảnh hưởng yếu ớt lên quả cầu thì sự dự đoán của anh ta cũng trở nên vô nghĩa. Từ khoá: Dự đoán; Dự báo thời tiết; Hiệu ứng cánh bướm.