Tốc độ ánh sáng là gì 210

Mời bạn xem video do NASA làm để thấy tốc độ ánh sáng chậm chạp đến thế nào

 

Tốc độ ánh sáng luôn là khái niệm gì đó rất nhanh, nhưng cứ đưa nó vào một khoảng cách dài tương đối mà xem, ta sẽ thấy ngay ánh sáng có thể chậm chạp tới mức nào. Đó chính là những gì các nhà khoa học tại NASA thực hiện để giáo dục cho công chúng biết rõ tốc độ ánh sáng.

Hãy sử dụng các con số trước: trong môi trường chân không của Vũ trụ, hạt photon di chuyển được 299.792 km/s, tức là khoảng 1.079 tỷ km/giờ. Tốc độ quá nhanh, tuy nhiên không nhanh đến thế khi tính tới khoảng cách giữa hai hành tinh.

Để thể hiện rõ tốc độ ánh sáng trong Vũ trụ, theo cách mà con nít cũng hiểu được, nhà khoa học hành tinh James O’Donoghue đang công tác tại Trung tâm Du hành Vũ trụ Goddard nhận trách nhiệm làm video.

“Tôi làm những video này để có thể ngay lập tức thể hiện những quan điểm tôi muốn nêu”, O’Donoghue nói với Business Insider về dự án trực quan của mình. “Khi tôi xem lại bài trước mỗi kỳ kiểm tra, tôi thường ngồi vẽ lại những khái niệm phức tạp để thực sự hiểu rõ vấn đề, đó chính là những gì tôi cố làm với những video này”.

Nhìn cách thể hiện video chuyên nghiệp, bạn sẽ nghĩ O’Donoghue đã làm ngành này lâu năm nhưng thực tế không phải vậy: anh thổ lộ rằng mình mới chỉ học làm video thôi, với video đầu tay được NASA đăng tải cuối năm ngoái.

Sau thành công đầu tay, O’Donoghue chuyển sang những khái niệm phức tạp hơn, và những triệu view đầu tay chứng minh cho khả năng của anh. Dự án mời, mô tả tốc độ ánh sáng này sẽ là cách học vật lý Vũ trụ trực quan, cho thấy ánh sáng có thể nhanh (hoặc chậm vô cùng) đến mức nào.

Đây là tốc độ ánh sáng di chuyển quanh Trái Đất

Đường kính Trái Đất khoảng 12.742 km. Giả sử khí quyển không tồn tại (vì các thứ hạt linh tinh có làm chậm tốc độ của hạt photon đôi chút), thì mỗi giây, một hạt photon có thể chạy quanh Trái Đất 7,5 vòng.

Đây là tốc độ ánh sáng di chuyển giữa Trái Đất và Mặt Trăng

Giữa Hành tinh Xanh và vệ tinh nhân tạo của nó, khoảng cách là 384.400 km, tốc độ ánh sáng giữa hai bề mặt sẽ là 1,255 giây.

Tuy nhiên, thời gian này sẽ tăng theo thời gian, khi mà Mặt Trăng đang ngày một xa chúng ta, với tốc độ “chia tay” khoảng 3,8 centimet mỗi năm.

Đây là tốc độ ánh sáng di chuyển giữa Trái Đất và Sao Hỏa

Bạn hãy tưởng tượng cảnh mình đang chơi một game bất kỳ, và mỗi nút ấn đều bị delay khoảng 3 phút 2 giây. Đó chính là khó khăn các nhà khoa học hành tinh vẫn gặp phải.

Khoảng cách giữa Trái Đất và Sao hỏa là 54,6 triệu km, với tốc độ siêu việt của mình, hạt photon vẫn phải mất 3 phút 2 giây để đi được hết quãng đường xa. Cả khi các nhà khoa học điều khiển robot thăm dò hay tải về dữ liệu từ Sao Hỏa, tốc độ cao nhất tín hiệu có thể đi vẫn chỉ là tốc độ ánh sáng, vậy nên mọi hành động đều phải được tính toán kỹ lưỡng trước khi tín hiệu rời đi.

Thế nhưng video trên chỉ cho thấy tốc độ ánh sáng di chuyển giữa hai nơi khi Sao Hỏa gần Trái Đất nhất! Trung bình, khoảng cách giữa Trái Đất và Sao Hỏa là 254.276.352 km, ánh sáng mất tới 28 phút 12 giây để đi xong quãng đường.

Hiển nhiên, khoảng cách càng xa thì thời gian di chuyển sẽ càng lâu, kể cả với tốc độ ánh sáng

Những tàu khám phá Vũ trụ nay đã đi quá xa nhà như New Horizons, Voyager 1 và 2 sẽ cho ta thấy tốc độ ánh sáng có thể chậm như thế nào. Tại Hệ sao Proxima Centauri, có hành tinh Proxima b, hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời giống Trái Đất nhất và cũng gần Trái Đất nhất, cách ta chỉ 4,2 năm ánh sáng.

Tức là với vận tốc kinh hoàng của photon, vẫn phải mất 4,2 năm để tới được hành tinh xa xôi. Ta đang phát triển những dự án đưa tàu thăm dò bay với tốc độ 20% tốc độ ánh sáng để chinh phục được quãng đường dài.

Đó là Breakthrough Starshot, sáng kiến thứ ba thuộc serie Breakthrough – chương trình khoa học hậu thuẫn quá trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, do tỉ phú người Nga Yuri Mulner lập ra. Chương trình được những cái tên sáng giá trong làng khoa học thế giới như Stephen Hawking , Martin Rees hay Frank Drake ủng hộ.

Lần đầu tiên được công bố vào tháng Tư năm 2016, Starshot là chương trình trị giá hơn 100 triệu USD để phát triển buồm ánh sáng, một công nghệ viễn tưởng sử dụng tia laser cực mạnh để bắn vào một “cánh buồm” tiếp nhận ánh sáng – như cách thuyền buồm nhận gió, tiếp năng lượng cho nó để bay xuyên Vũ trụ. Điểm đến của dự án Breakthrough Starshot là Alpha Centauri; dự kiến với tốc độ 20% tốc độ ánh sáng, nó sẽ mất 20 năm để tới nơi và 4 năm để truyền tin về Trái Đất, báo cáo nó đã hoàn thành sứ mệnh.

Thế nhưng đây mới chỉ là giả thuyết. Ta chưa khẳng định được Breakthrough Starshot sẽ thành công, cũng chưa chắc công nghệ đằng sau nó hoạt động được. Cho tới giờ, ta vẫn chưa chạm tới được du hành bằng vận tốc ánh sáng, hay một phần vận tốc ánh sáng.

Nhưng điều đó sẽ không ngăn được bước tiến loài người! Thời đại Không gian mới chỉ bắt đầu 62 năm trước bằng vệ tinh nhân tạo Sputnik; chỉ hai năm sau mốc đó, vào ngày 13 tháng Chín năm 1959, ta đặt chân lên Mặt Trăng.

Không thể nói trước được tương lai công nghệ du hành Vũ trụ sẽ tiến xa tới đâu, ta cứ hy vọng vào điều tốt đẹp nhất thôi!

Theo Dink

Trí Thức Trẻ

Kinh ngạc xem ánh sáng di chuyển ở tốc độ 10.000.000.000.000 khung hình/giây

 

Chúng ta đều biết tốc độ của ánh sáng là 299.792.458 m/giây, và gần như không thể quay được bằng camera. Nhưng các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ California đã chế tạo một camera đặc biệt cho phép chúng ta thấy được ánh sáng di chuyển như thế nào.

Đó chính là camera nhanh nhất thế giới có tên T-Cup có khả năng quay ở tốc độ 10 nghìn tỷ khung hình mỗi giây. Tốc độ này đủ nhanh để bắt được hình ảnh ánh sáng di chuyển. Vào tháng 10 năm ngoái, chiếc camera đặc biệt này đã được đưa vào hoạt động.

Mới đây, các chàng trai của kênh YouTube The Slow Mo Guys đã có cơ hội đến CalTech để chiêm ngưỡng T-Cup cũng như chia sẻ quá trình quay phim tốc độ ánh sáng.

Peng Wang, một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ đã giúp đỡ họ thực hiện các quá trình chuẩn bị và quay phim ánh sáng

Peng Wang, một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ đã giúp đỡ họ thực hiện các quá trình chuẩn bị và quay phim ánh sáng. Ở thử nghiệm đầu tiên, họ sẽ tiến hành quay chùm sáng đi qua chai nước được pha với một chút sữa để thấy rõ được ánh sáng ở tốc độ 100 tỷ khung hình/giây. Thời gian để chùm sáng đi từ đầu đến đáy chai là khoảng 2000 pico giây, tương đương khoảng 1 phần nghìn tỷ giây.

Ánh sáng ở tốc độ 100 tỷ khung hình/giây

Tiếp theo, để phản chiếu sự di chuyển của chùm sáng Wang dùng hộp chứa đặc biệt với các mảnh gương và quay với tốc độ 100 tỷ khung hình/giây.

Ánh sáng ở tốc độ 100 tỷ khung hình/giây

Ở thử nghiệm tiếp theo, họ sẽ quay tia sáng chiếu từ bên trái hai bức tượng mô phỏng hai anh chàng Gav và Dan của kênh The Slow Mo Guys ở tốc độ 500 tỷ khung hình/giây. Thời gian để tia sáng đi qua hai bức tượng là khoảng 450 pico giây.

Ánh sáng quay ở tốc độ 500 tỷ khung hình/giây

Ở thử nghiệm cuối cùng, Wang sử dụng một camera có khả năng quay đến 10 nghìn tỷ khung hình/giây để quay lại quá trình tia sáng đi quang ống nhỏ đựng sữa pha loãng có kích thước chỉ vài milimet. Lần này, thời gian di chuyển của tia sáng chỉ mất khoảng 50 pico giây.

Ánh sáng quay ở tốc độ 10 nghìn tỷ khung hình/giây

Các nhà khoa học tại CalTech hy vọng, họ có thể tăng tốc độ quay lên đến 1 ngàn triệu triệu (1.000.000.000.000.000) khung hình/giây trong tương lai.

Mời các bạn theo dõi toàn bộ quá trình thử nghiệm quay sự di chuyển của ánh sáng của hai anh chàng kênh YouTube The Slow Mo Guys trong video dưới đây.

11 KIỂU GỌT TRÁI CÂY VỚI TỐC ĐỘ ÁNH SÁNG DÀNH CHO CHỦ QUÁN SINH TỐ

 

    1. 11 Mẹo gọt trái cây siêu nhanh này sẽ giúp bạn tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức, hơn nữa những cách này còn hạn chế được việc lãng phí thức ăn do gọt vỏ sai cách.

    2. 1. Táo & đào

    3. Cắt 4 phía của trái để loại bỏ phần hạt và cuốn, sau đó cắt 2 má táo thành từng khúc dài, tiếp đến cắt từng khúc dài thành những miếng vừa ăn. Như vậy là bạn đã có 1 đĩa táo hoặc đào được cắt vừa miệng và đẹp mắt.
    4. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc.jpg
    5. 2. Thanh long

    6. Cắt đôi quả thanh long cùng sự trợ giúp của 1 cái muỗng, như thế là bạn đã tách thanh long ra khỏi vỏ thành công.
    7. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc7.jpg
    8. 3. Cam

    9. Gọt bỏ hết vỏ bên ngoài, tiếp theo bạn cắt từng múi cam theo đường màu trắng còn lại trên quả, trong tích tắc một chén cam đã được tách vỏ hoàn toàn đã xuất hiện.
    10. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc5.jpg
    11. Một cách khác, hãy cắt bỏ 2 đầu của quả cam, sau đó cắt một đường dọc theo thân cam sâu đến phần lõi màu trắng thì dừng lại, dùng tay tách đôi quả cam ra bạn sẽ thấy các múi cao nằm ngay ngắn và đẹp mắt như hình dưới.
    12. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc6.jpg
    13. 4. Dứa

    14. Cắt quả dứa ra làm 4, cắt bỏ cùi dứa, tiếp đến là cắt thịt dứa ra khỏi vỏ từ phía trong, cuối cùng cắt dứa đã được bỏ vỏ thành những miếng vừa ăn.
    15. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc8.jpg
    16. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc9.jpg
    17. 5. Dưa hấu

    18. Cắt 2 đầu của trái dưa, lúc này bạn có thể thấy rõ ranh giới giữa vỏ và thịt dưa, tiếp theo ta loại bỏ toàn bộ vỏ, tiếp theo cắt dưa thành từng khoanh có chiều dày khoảng 2cm, cuối cùng cắt những khoanh ấy thành những miếng vừa ăn như hình bên dưới.
    19. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc11.jpg
    20. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc13.jpg

 

  1. 6. Xoài

  2. Cắt hai má xoài bắt đầu từ phần có cuốn xuống đuôi, sau đó cắt nhỏ phần má thành các ô vuông nhỏ, cuối cùng bạn chỉ cần cắt những ô vuông ấy ra khỏi vỏ.
  3. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc1.jpg

11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc2.jpg

  1. 7. Bơ

  2. Cắt đôi quả bơ theo chiều dọc, tiếp tục cắt thành từng khoanh nhỏ, cuối cùng cắt nhỏ từng khoanh thành những miếng vừa ăn.
  3. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc3.jpg

11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc4.jpg

  1. 8. Kiwi

  2. Cắt 2 đầu kiwi và bắt đầu dùng muỗng đâm sau vào và xoay đều để tách phần kiwi ra khỏi vỏ.
  3. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc10.jpg
  4. 9. Dâu

  5. Một cái uống hút có thể giải quyết mọi thứ một cách gọn lẹ.
  6. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc14.jpg
  7. 10. Cherry

  8. Không còn cách này nhanh hơn là dùng công cụ tách hạt chuyên dụng dành cho cherry.
  1. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc15.jpg
  2. 11. Cà chua

  3. Bỏ tắt cả cà chua lên một chiếc dĩa hoặc nắp nhựa, tiếp theo dùng một nắp nhựa nữa chặn ở trên rồi dùng dao cắt ngang 1 lần, thế là xong.
  4. 11-kieu-got-trai-cay-sieu-toc16-1.jpg

Hy vọng rằng 11 mẹo cắt trái cây siêu tốc này sẽ giúp ích nhiều cho bạn, chuẩn bị nguyên vật liệu cho quán bây giờ không còn lâu như trước nữa đúng không nào??
Bên cạnh đó, áp dụng phần mềm bán hàng vào kinh doanh cũng giúp bạn tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức quản lý, chỉ với chi phí 49.000đ/tháng mọi thông tin cửa hàng đã nằm trong bàn tay.


DÙNG THỬ 14 NGÀY PHẦN MỀM QUẢN LÝ BÁN HÀNG HOÀN TOÀN MIỄN PHÍ

New Call-to-action

4 hiện tượng vũ trụ di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng

 

Bức xạ Cherenkov, sự lạm phát của vũ trụ ngay sau Big Bang, vướng víu lượng tử và lỗ sâu là những hiện tượng vũ trụ có thể đạt tới trạng thái “nhanh hơn ánh sáng”.

Theo Business Insider, phương trình nổi tiếng E = mc2 liên hệ giữa năng lượng và khối lượng mà Einstein đưa ra năm 1905 có ý nghĩa rằng không một vật nào có khối lượng có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Tốc độ ánh sáng bằng 299.792.458 mét/giây.

Những máy gia tốc hạt như LHC có thể tăng tốc cho các hạt hạ nguyên tử (electron, proton, neutron…) lên tới tốc độ bằng 99,99% ánh sáng, nhưng như nhà vật lý từng đoạt giải Nobel David Gross giải thích, những hạt này không bao giờ có thể đạt tới tốc độ ánh sáng. Hạt duy nhất chuyển động bằng tốc độ ánh sáng là photon – hạt không có khối lượng.

Tuy nhiên, các nhà vật lý đã tìm ra những hiện tượng nhất định có thể đạt tới trạng thái nhanh hơn ánh sáng mà vẫn tuân theo các quy luật của vũ trụ được đặt ra bởi Thuyết tương đối hẹp, chúng không bác bỏ lý thuyết của Einstein mà chỉ cung cấp cho chúng ta cái nhìn sâu sắc hơn về những hành vi kỳ lạ của ánh sáng trong lĩnh vực lượng tử.

Bức xạ Cherenkov

Khi một vật thể chuyển động nhanh hơn âm thanh, nó sẽ tạo ra những vụ nổ siêu âm. Do đó, về lý thuyết, nếu có thứ gì đó chuyển động nhanh hơn ánh sáng, nó cũng phải tạo ra một quả “bom ánh sáng”.

Trong thực tế, những vụ nổ bom ánh sáng này vẫn xảy ra hàng ngày và có thể quan sát bằng mắt thường. Nó được gọi là bức xạ Cherenkov, theo tên nhà khoa học Liên Xô Pavel Alekseyevich Cherenkov, biểu hiện là ánh sáng màu xanh dương trong các lò phản ứng hạt nhân. Ông là người đầu tiên đo đạc nó vào năm 1934 và đoạt giải Nobel vật lý năm 1958 với phát hiện của mình.

4-hien-tuong-vu-tru-di-chuyen-nhanh-hon-toc-do-anh-sang
Bức xạ Cherenkov trong lò phản ứng hạt nhân. Ảnh: Argonne National Laboratory

Bức xạ này phát ra do lõi của lò phản ứng được nhúng ngập trong nước để làm mát. Trong nước, tốc độ ánh sáng chỉ bằng 75% tốc độ vùng chân không bên ngoài. Do đó, các electron tạo ra từ phản ứng trong lò sẽ đi trong nước nhanh hơn ánh sáng. Quá trình này làm phát sinh các sóng chấn động của ánh sáng, giống như trường hợp máy bay siêu âm. Những sóng chấn động này thường có màu xanh dương, hoặc đôi khi là các tia cực tím mà mắt thường không nhìn thấy.

Tuy nhiên, trong trường hợp này, tốc độ của các electron chỉ nhanh hơn tốc độ ánh sáng trong nước, không thực sự đạt đến giới hạn 299.792.458 m/s.

Lạm phát sau Big Bang

Như đã đề cập ở phần trên, những vật có khối lượng không bao giờ đạt tới tốc độ ánh sáng. Ngoài photon, chân không tuyệt đối cũng có thể coi là một “vật thể” không có khối lượng do không có vật chất chứa trong đó.

“Do không có vật chất chứa bên trong, chân không có thể giãn nở nhanh hơn tốc độ ánh sáng”, nhà vật lý thiên văn lý thuyết Michio Kaku cho biết.

4-hien-tuong-vu-tru-di-chuyen-nhanh-hon-toc-do-anh-sang-1
Bản đồ 3D vũ trụ ở khoảng cách 10,8 tỷ năm ánh sáng từ Trái Đất. Ảnh: Casey Stark (UC Berkeley)/Khee-Gan Lee (MPIA)

Đây là hiện tượng mà các nhà vật lý cho rằng xảy ra ngay sau Big Bang, trong quá trình được gọi là lạm phát, lần đầu tiên được đặt giả thuyết vào những năm 1980 bởi hai nhà vật lý Alan Guth và Andrei Linde. Trong một phần tỷ tỷ của một giây đầu tiên, vũ trụ liên tục tăng gấp đôi kích thước, kết quả là phần biên ngoài giãn nở rất nhanh, vượt qua tốc độ ánh sáng.

Xem tiếp: Hiện tượng vướng víu lượng tử

Nguyễn Thành Minh

Ba cách chuyển động (gần) tốc độ ánh sáng

 

Một trăm năm trước đây, các đo đạc của một hiện tượng nhật thực (ngày 29/5/1919) đã đưa ra một trong những xác nhận đầu tiên cho thuyết tương đối của Einstein. Trước đó, Einstein đã phát triển Thuyết tương đối hẹp, vốn cách mạng hóa cách chúng ta hiểu về ánh sáng. Cho tới ngày nay, nó vẫn tiếp tục dẫn dắt những hiểu biết của chúng ta về cách các hạt di chuyển trong vũ trụ – một lĩnh vực đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu để giúp các tàu vũ trụ và các phi hành gia an toàn khỏi bức xạ mặt trời.

 src=

Thuyết tương đối hẹp chứng tỏ các hạt ánh sáng – các photon, chuyển động qua một khu vực chân không với một tốc độ không đổi là 670.616.629 dặm mỗi giờ – một vận tốc vô cùng khó đạt tới và không thể băng qua được môi trường này.  Tất cả các dạng vật chất chuyển động trong vũ trụ, từ các lỗ đen đến môi trường gần trái đất, các hạt trên thực tế được gia tốc đến những tốc độ lớn không tưởng, một vài vận tốc thậm chí còn đạt tới 99,9% tốc độ ánh sáng.

Một trong số các nhiệm vụ của NASA là hiểu biết sâu sắc hơn về cách các hạt được gia tốc. Việc nghiên cứu các hạt chuyển động siêu nhanh, hoặc tương đối, có thể giúp giữ an toàn cho các nhiệm vụ khám phá hệ mặt trời, du hành tới Mặt trăng và có thể giúp chúng ta có được kiến thức về những thiên hà lân cận, ví dụ một hạt có vận tốc gần vận tốc ánh sáng và được hướng đích tốt có khả năng tới gần các thiết bị điện tử trên tàu và ngay cả có nhiều hạt tới cùng một lúc cũng có thể tạo ra hiệu ứng bức xạ tiêu cực cho các phi hành gia khi họ du hành tới mặt trăng, hoặc xa hơn nữa.

Dưới đây là ba cách mà sự gia tốc các hạt có thể xảy ra.

1. Các điện từ trường

Một trong những quá trình này là gia tốc các hạt đến những tốc độ đủ khả năng hoạt động trong các điện từ trường – lực đương đương tới lực đủ sức giữ các nam châm trên tủ lạnh. Hai hợp phần, điện trường và từ trường, giống như hai mặt của đồng xu, hoạt động cùng nhau để đưa các hạt tới những tốc độ tương đối khắp vũ trụ.

Về bản chất, điện từ trường gia tốc các hạt mang điện tích bởi các hạt cảm thấy một lực trong điện từ trường thúc đẩy chúng, tương tự cách lực hấp dẫn đẩ một vật thể mang khối lượng. Trong các điều kiện thích hợp, điện từ trường có thể gia tốc các hạt tới vận tốc gần vận tốc ánh sáng.

Tại môi trường trái đất, điện trường thường được khai thác trên các quy mô nhỏ để tăng tốc các hạt tại các phòng thí nghiệm. Các máy gia tốc hạt, ví dụ như Cỗ máy gia tốc hạt lớn LHC và Fermilab, thường sử dụng các điện từ trường xung để gia tốc các hạt mang điện tích tới 99,99999896% tốc độ ánh sáng. Tại tốc độ đó, các hạt này có thể được “thúc” chuyển động nhanh hơn cùng với việc tạo ra các va chạm với năng lượng vô cùng lớn. Điều này cho phép các nhà khoa học nhìn sâu vào các hạt cơ bản và hiểu được những gì mà vũ trụ trải qua trong những “tích tắc” vô cùng nhỏ của giây đầu tiên sau Big Bang.

2. Những bùng nổ từ

Từ trường có ở mọi nơi trong vũ trụ, bao quanh trái đất và kéo dài hệ mặ trời. Chúng hướng dẫn các hạt mang điện tích chuyển động qua không gian, vốn chuyển động theo hình xoắn ốc quanh các trường này.

Khi các từ trường này “chạy” xuyên nhau, chúng có thể bị rối. Khi sức căng giữa các đường biên trở nên quá lớn, các đường này sẽ tạo ra nổ và sắp xếp lại trong một quá trình mà người ta gọi là tái liên kết từ. Sự thay đổi nhanh chóng này trong từ trường của một vùng sẽ tạo ra điện trường, vốn là nguyên nhân dẫn đến khả năng các hạt mang điện tích bị văng xa với tốc độ cao. Các nhà khoa học nghi ngờ tái liên kết từ là một cách để các hạt – ví dụ, gió mặt trời, vốn là dòng chảy không đổi của các hạt mang điện tích từ mặt trời, được gia tốc đến tốc độ tương đối.

Các hạt đạt tốc độ đó tạo ra một loạt các hiệu ứng biên gần các hành tinh. Tái liên kết từ thường xuất hiện gần chúng ta tại các điểm khi từ trường của mặt trời đẩy theo hướng ngược lại với từ quyển của trái đất – khoảng không gian bao quanh có chức năng trái đất. Khi tái liên kết từ xuất hiện về phía tráu đất xa mặt trời, các hạt này có thể được phóng vào bầu khí quyển bên trên trái đất, nơi chúng phát ra các cực quang. Tái liên kết từ cũng được cho là có mặt xung quang các hành tinh khác như Jupiter và Saturn, dẫu cho theo những cách có phần khác nhau.

 src=

Những vụ nổ lớn nhưng vô hình đang xuất hiện một cách liên tục trong không gian quanh trái đất. Những vụ nổ đó là kết quả của các từ trường xoắn bị đứt gãy và tái sắp xếp, bắn các hạt qua không gian. Nguồn: NASA’s Goddard Space Flight Center

Tàu vũ trụ Đa tỉ lệ từ quyển của NASA đã được thiết kế và xây dựng để các nhà khoa học có thể tập trung nghiên tìm hiểu mọi khía cạnh của tái liên kết từ. Việc sử dụng bốn tàu vũ trụ giống hệt nhau, nhiệm vụ này sẽ thực hiện theo lộ trình bay quanh trái đất để bắt lấy tái liên kết từ đang hoạt động. Các kết quả từ dữ liệu được phân tích có thể giúp các nhà khoa học hiểu được việc gia tốc các hạt tại tốc độ tương đối quanh trái đất và trong vũ trụ.

3. Các tương tác sóng – hạt

Các hạt có thể được tăng tốc bằng các tương tác với các sóng điện từ, vẫn được gọi là những tương tác sóng – hạt. Khi các sóng điện từ va chạm, trường của chúng có thể trở nên đặc lại. Việc các hạt mang điện tích bật lên và xuống giữa các sóng có thể tăng năng lượng tương tự như một quả bóng nẩy giữa hai bức tường.

Các dạng tương tác này được xuất hiện liên tục ở không gian gần trái đất và có vai trò gia tốc các hạt để đạt tới tốc độ có thể phá hủy các thiết bị điện trên tàu vũ trụ và vệ tinh trong không gian. Các nhiệm vụ của NASA, như Van Allen Probes, giúp các nhà khoa học hiểu về các tương tác sóng từ.

Các tương tác sóng từ được cho là liên quan đến việc gia tốc một số tia vũ trụ được hình thành bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Sau một vụ nổ siêu tân tinh, một lớp vỏ dày và nóng của khí nén bị loại khỏi lõi sao. Đầy ắp từ trường và các hạt mang điện tích, các tương tác sóng – hạt trong các bong bóng có thể phóng các tia vũ trụ năng lượng cao với tốc độ đạt 99,6% tốc độ ánh sáng. Các tương tác sóng hạt có thể có một phần tác động gia tốc gió mặt trời và tia vũ trụ từ mặt trời.

Anh Vũ dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2019-05-ways.html

Minh họa của NASA cho thấy ánh sáng đi chậm ‘như rùa’ trong không gian

 

  • Chia sẻ FB
  • Chia sẻ Twitter

Tốc độ của ánh sáng là gần 300.000 km/s (chính xác là 299.792 km/s), theo lý thuyết vật lý đương thời thì đó cũng là vận tốc cao nhất trong vũ trụ. So với bất kỳ thứ gì chúng ta gặp hằng ngày thì ánh sáng di chuyển quá nhanh tới nỗi nó dường như xảy ra ngay tức thì.

 width=
(ảnh minh họa: NASA)

Nhưng khi đặt ánh sáng vào trong vũ trụ bao la và rộng lớn thì mọi chuyện sẽ ra sao? Nhà khoa học James O’Donoghue của NASA đã tạo ra một vài ảnh động minh họa sau đây giúp chúng ta thấy rõ ánh sáng “đi chậm” như thế nào trong hệ Mặt Trời của chúng ta.

Đầu tiên là hạt photon di chuyển trong phạm vi Trái Đất

Chu vi Trái Đất là 40.075 km quanh xích đạo. Nếu không có bầu khí quyển (không khí tán xạ và làm chậm ánh sáng một chút), một hạt photon có thể bay quanh xích đạo 7,5 vòng trong 1 giây.

Video thứ 2 là ánh sáng di chuyển giữa Trái Đất và Mặt Trăng

Tức khoảng cách giờ đã tăng lên là 384.400 km.

Điều này có nghĩa là ánh trăng mà chúng ta thấy ban đêm phải mất 1,255 giây để đi từ Mặt Trăng tới Trái Đất.

>> Mặt Trăng: 7 bí ẩn và 1 giả thuyết khó tin

Và cuối cùng là video ánh sáng di chuyển giữa Trái Đất và sao Hỏa

Video này cho thấy một vấn đề mà các nhà khoa học NASA phải đương đầu khi truyền tải tín hiệu liên hành tinh mỗi ngày.

Khi NASA muốn nói chuyện hay truyền tải dữ liệu từ phi thuyền, ví dụ như tàu thăm dò InSight trên sao Hỏa, họ chỉ có thể dùng vận tốc ánh sáng. Nhưng như vậy cũng quá chậm nếu bạn muốn điều khiển trực tiếp phi thuyền như thể điều khiển TV ở nhà. Vì vậy, các mệnh lệnh phải được tính toán kỹ, thu gọn và nhắm vào đúng vị trí trong không gian, bởi sẽ rất dễ bị nhắm hụt.

Cuộc đối thoại nhanh nhất giữa Trái Đất và sao Hỏa có thể xảy ra khi 2 hành tinh ở gần nhau nhất, xảy ra khoảng 2 năm/lần. Khi sự kiện tối ưu đó xảy ra, khoảng cách sẽ là khoảng 54,6 triệu km.

Trong video trên, ánh sáng mất 3 phút 2 giây để đi từ Trái Đất tới sao Hỏa khi 2 hành tinh này ở gần nhau nhất. Như vậy, để tín hiệu thông tin đi và về, sẽ mất tổng cộng 6 phút 4 giây.

Nhưng chuyện trong thực tế không phải lúc nào cũng lý tưởng như vậy, khoảng cách trung bình giữa hành tinh xanh và hành tinh đỏ có thể lên tới 254 triệu km. Tín hiệu 2 chiều sẽ mất tổng cộng 28 phút 12 giây để truyền đi.

Đó mới chỉ là tới sao Hỏa mà thôi, đối với các tàu thám hiểm đi tới các hành tinh khác hay tới rìa của hệ Mặt Trời, sự chờ đợi của NASA sẽ còn “mòn mỏi” hơn nhiều.

Anh James O’Donoghue, tác giả của những video trên, chia sẻ với trang Business Insider rằng từ thời còn đi học, anh có thói quen vẽ tay để minh họa các định nghĩa phức tạp để giúp bản thân thực sự hiểu rõ chúng. Sau này anh học thêm về đồ họa animation và bắt đầu cho ra đời các ảnh minh họa sống động hơn, thu hút được hàng trằm nghìn lượt xem trên Twitter. Ví dụ như video so sánh độ dài của ngày và tốc độ quay của các hành tinh trong hệ Mặt Trời dưới đây:

*NEW* Final version: FASTER, longer, and corrected thanks to Twitter!
Day length (sidereal) & axial tilt for the 8 largest planets in our solar system!

Which planet best represents you?

HD Download for educators etc: https://t.co/VnK6TlL2ld#SolarSystem #SciComm pic.twitter.com/RPD8aRpUzr

— Dr. James O’Donoghue (@physicsJ) December 29, 2018

Có lẽ, rốt cuộc thì cảm nhận về nhanh hay chậm đều là chủ quan. Ánh sáng vẫn di chuyển với tốc độ không đổi, chỉ là góc độ chúng ta nhìn nhận đã thay đổi mà thôi.

Theo Futurism, Business Insider,
Phong Trần tổng hợp

>> Tàu thăm dò Parker vẫn an toàn sau chuyến thăm Mặt Trời gần nhất trong lịch sử

Những điều bạn chưa biết về vận tốc ánh sáng

 

Vận tốc ánh sáng, (nói một cách tổng quát hơn là tốc độ lan truyền của bức xạ điện từ) trong chân không, ký hiệu là c, là một hằng số vật lý cơ bản quan trọng nhiều lĩnh vực vật lý. Nó có giá trị chính xác bằng 299.792.458 mét trên giây, bởi vì đơn vị độ dài mét được định nghĩa lại dựa theo hằng số này và giây tiêu chuẩn.

Ánh sáng chuyển động với một vận tốc gần 300.000 km/giây (khoảng 1 tỉ km trên giờ). Chỉ cần cho quá một giây là nó đã đến được Mặt Trăng và khoảng 8 phút là đến được Mặt Trời. Trong một giây, ánh sáng có thể đi quanh trái đất 7 vòng. Nhưng nó phải mất nhiều năm mới vượt qua được khoảng cách giữa chúng ta với những ngôi sao gần nhất.

Khi đi qua nước, không khí, thủy tinh hoặc tất cả các loại vật liệu trong suốt khác, tốc độ của ánh sáng bị giảm đi.

Các sóng truyền thanh và truyền hình, sóng ra-đa, tia hồng ngoại và cực tím chuyển động với vận tốc tương đương với vận tốc của ánh sáng. Đó là vận tốc cao nhất có thể đạt được trong vũ trụ.

Ánh sáng chuyển động với một vận tốc gần 300.000 km/giây.
Ánh sáng chuyển động với một vận tốc gần 300.000 km/giây.

Cách đo vận tốc ánh sáng

Người đầu tiên muốn đo tốc độ của ánh sáng chính là Galileo. Ông đã đặt hai điểm quan sát cách nhau vài dặm với hai lồng đèn được phủ kín. Điểm quan sát thứ nhất mở lồng đèn của mình, điểm quan sát thứ hai sau khi thấy ánh sáng từ điểm quan sát thứ nhất mới mở lồng đèn của mình. Khoảng thời gian giữa hai lần mở lồng đèn + khoảng cách giữa hai lồng đèn sẽ giúp Galileo tính được tốc độ của ánh sáng. Tuy vậy, trên thực tế nhà khoa học này biết rằng ánh sáng đi quá nhanh và khoảng cách vài dặm chưa đủ để làm thí nghiệm.

Phải đợi tới năm 1676, nhà thiên văn học người Đan Mạch có tên là Ole Roemer mới thực hiện thí nghiệm chuẩn xác đầu tiên và đưa ra con số 309.000 km/giây (con số không sai lệch nhiều so với tốc độ thực) bằng cách quan sát mặt trăng của sao Mộc.

Trong thế kỷ XIX, hai nhà khoa học người Pháp là Hippolyte Fizeau và Leon Foucault đã dùng các hệ thống gương phức tạp để tính tốc độ của ánh sáng và cũng ra được con số 298.000 km/giây.

Tiếp theo đó, một người học trò vĩ đại của Foucault là Albert Michelson đã tiếp tục công trình nghiên cứu này để làm cho các phép đo đạc trở nên chính xác hơn.

Năm 1924, Michelson đã làm thí nghiệm tại các đỉnh núi khác nhau của California với khoảng cách giữa các điểm thí nghiệm là 140 km. Năm 1926 ông công bố vận tốc của ánh sáng là 300.000km/s. Ngày nay, các nhà khoa học thực nghiệm đều cho rằng vận tốc ánh sáng chính xác là 299.792.450 m/s.

Làm chậm tốc độ của ánh sáng trong không khí – điều không tưởng trước đây

 

Vũ trụ chứa đầy những điều bí ẩn đang thách đố tri thức của nhân loại. Bộ sưu tập những câu chuyện “Khoa học Huyền bí” của Thời báo Đại Kỷ Nguyên về những hiện tượng lạ thường đã kích thích trí tưởng tượng và mở ra những khả năng chưa từng mơ tới. Chúng có thật hay không? Điều đó tùy bạn quyết định!

Trước đây người ta cho rằng không thể làm chậm lại tốc độ của các hạt lượng tử ánh sáng (photon) khi chúng di chuyển qua không khí.

“Tốc độ của ánh sáng trong khoảng không gian trống sẽ luôn cố định – đây là lý thuyết nền tảng của vật lý học hiện đại,” theo bản tóm tắt nghiên cứu được đăng ngày 22/1/2015 trên tạp chí Science. Dù vậy, các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học Glasgow và trường Đại học Heriot-Watt đã có thể làm chậm lại các hạt photon một vài micromét so với thông thường khi chúng di chuyển trong không gian dài 1 mét.

Các nhà khoa học đã biết rằng các hạt photon có thể bị chậm lại khi chúng di chuyển qua nước, kính, hay các loại chất liệu tương tự. Tuy vậy, có thể làm chậm lại các hạt photon không gặp vật cản thì quả là điều đáng kinh ngạc. Khi nước hay kính làm chậm ánh sáng, nó chỉ có thể làm chậm lại trong khoảng thời gian ánh sáng đi xuyên qua—và một khi đi qua hết và quay lại di chuyển trong không khí, thì ánh sáng sẽ khôi phục lại tốc độ ban đầu.

Tuy nhiên, trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu cho ánh sáng đi xuyên qua một chất liệu đặc biệt làm ánh sáng duy trì vận tốc giảm này ngay cả sau nó di chuyển trở lại không khí sau thí nghiệm. Ánh sáng đã không khôi phục tốc độ ban đầu.

Loại chất liệu, hay mặt nạ đặc biệt này, là một loại thiết bị tinh thể dạng lỏng được điều khiển bởi phần mềm máy tính.

“Mặt nạ đó tạo khuôn mẫu cho chùm sáng, và chúng tôi cho thấy rằng chính việc tạo khuôn mẫu cho chùm ánh sáng đã làm tốc độ của nó chậm lại,” Giáo sư Miles Padgett thuộc trường Đại học Glasgow trao đổi với kênh BBC. “Nhưng một khi khuôn mẫu đó được áp dụng, thì ngay cả khi ánh sáng không còn ở trong phạm vi của chất liệu – tức tản ra trong không gian tự do, thì tốc độ vẫn giữ nguyên ở mức chậm hơn ban đầu.”

Vật lý lượng tử đã được vận dụng trong việc tạo khuôn mẫu này.

Vật lý lượng tử đã được vận dụng trong việc tạo khuôn mẫu này. Theo cơ học lượng tử, các photon có một tính chất nhị nguyên sóng-hạt. Các hạt photon có thể tồn tại dưới dạng sóng hoặc dạng hạt. Các nhà nghiên cứu thay đổi hình dạng các hạt photon bằng mặt nạ và do vậy đã làm chúng chậm lại.

Họ thiết lập một cuộc đua các photon, theo một báo cáo tin tức của trường Đại học Glasgow. Các hạt photon được tạo khuôn mẫu được ghép cặp với với hạt photon chưa được tạo khuôn mẫu. Các hạt photon được tạo khuôn mẫu sẽ chậm lại khoảng 20 bước sóng trên “quãng đua” 1 mét.

Bởi Tara MacIsaac, Epoch Times
Quý Khải biên dịch

Leave your Comment