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

Bức xạ Cherenkov trong lò phản ứng hạt nhân. (Ảnh: Argonne National Laboratory)

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.

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 299.792.458m/s.

Lạm phát sau Big Bang

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)).

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.

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.