Từ lò hạt nhân tự nhiên đến vũ trụ song hành!

Năm 1974, người ta phát hiện hiện tượng lạ: Thành phần đồng vị U235 trong Uranium thiên nhiên tại mỏ Oklo, Gabon nhỏ hơn rất nhiều so với bình thường. Có thể giải thích hiện tượng lạ này khi cho rằng, hằng số có thể thay đổi theo thời gian...

Các vũ trụ có các hằng số vật lý không giống vũ trụ của chúng ta thì cho đến nay chúng ta chẳng có cách nào để nhận biết chúng bởi tính không liên thông và, biết đâu chẳng có những vũ trụ đang trộn lẫn (mixing) song hành với chúng ta mà ta không nhận biết được do tính không liên thông vì các hằng số vật lý như ta vừa nhắc.

GS-TS Nguyễn Mộng Giao (áo sọc) và TS Tạ Anh Tuấn, Viện Vật lý TP.HCM tại trung tâm khảo cứu quốc gia về gia tốc Fermilab, Mỹ (Ảnh: M.G)

Hiện tượng Oklo: Lò phản ứng hạt nhân do tự nhiên tạo ra...

Năm 1974, các nhà khoa học Pháp phát hiện ra rằng thành phần đồng vị Uranium 235 trong Urani thiên nhiên tại mỏ Oklo xứ Gabon (Tây châu Phi) nhỏ hơn rất nhiều so với bình thường. Điều này vi phạm qui luật đồng vị, một qui luật đã được kiểm nghiệm và luôn đúng cho bất kỳ nguyên tố nào trong tự nhiên.

Ông Nguyễn Mộng Giao tốt nghiệp xuất sắc ĐH Leningrad (Nga) ngành Vật lý, bảo vệ luận án tiến sỹ tại Viện Nghiên cứu hạt nhân nguyên tử Dubna (Liên Xô). Sau đó, ông đã được mời đến làm việc tại nhiều trung tâm khoa học nổi tiếng thế giới như Trung tâm nguyên tử châu Âu (CERN đặt ở Geneve, Thuỵ Sỹ), Viện Khảo cứu quốc gia về gia tốc của Nhật (KEK, đặt ở Tshukuba), Phòng thí nghiệm quốc gia về gia tốc của Mỹ (FERMILAB, đặt ở gần Chicago), Trung tâm Khảo cứu quốc gia về gia tốc của Đức (DESY, đặt ở Hamburg), Trung tâm Vật lý lý thuyết quốc tế (ICTP, đặt ở Trieste, Ý). Hiện nay ông là Chủ tịch Hội đồng khoa học Viện Vật lý TP.HCM, thành viên liên kết cấp cao của Trung tâm vật lý lý thuyết quốc tế (ICTP đặt ở Trieste, Ý).

Việc vi phạm qui luật đồng vị ở mỏ Urani xứ Gabon về sau được gọi là hiện tượng Oklo. Sau đó ít lâu, để giải thích hiện tượng Oklo, người ta đã đưa ra một giả thuyết cho rằng thiên nhiên đã “tự tạo ra” một lò phản ứng hạt nhân từ cách đây nhiều tỷ năm và lò phản ứng có sẵn trong tự nhiên này đã hoạt động không ngừng trong vài triệu năm.

Rất nhiều các đo đạc về sau đã cho thấy giả thuyết về việc thiên nhiên đã tự vận động tạo ra lò phản ứng hạt nhân là đúng.

Đây là điều vừa kỳ lạ vừa rất lý thú về mặt khoa học.

Kỳ lạ vì mãi đến năm 1941, con người mới lần đầu tiên xây dựng thành công lò phản ứng hạt nhân và đến tận ngày nay không phải quốc gia nào cũng có thể làm ra được thiết bị hạt nhân tinh vi này. Ấy thế mà thiên nhiên, chính thiên nhiên đã làm ra nó cách đây nhiều tỷ năm về trước!

Hiện tượng Oklo vì thế đã trở thành đề tài hấp dẫn cho hàng loạt các nghiên cứu, nhất là khi giả thuyết về thiên nhiên tạo ra lò phản ứng hạt nhân Oklo mà ta vừa nói ở trên lại không thể giải thích được sự thiếu vắng các mảnh vỡ rác thải phóng xạ đã sinh ra khi lò hoạt động.

Một số người còn đưa ra giả thuyết cho rằng không phải sự vận hành của thiên nhiên đã tạo ra lò phản ứng hạt nhân Oklo kể trên mà có lẽ những người từ các nền văn minh khác đã tạo ra nó để có năng lượng dùng khi du hành đến Trái đất của chúng ta. Vì công nghệ của họ rất cao nên chẳng cần bao che, chẳng cần xây cất. Họ lấy ngay đất sét làm vỏ bọc, cát và nước làm chất làm chậm, nước mưa trong tự nhiên vừa làm chất tải nhiệt vừa làm chất làm chậm neutron, vừa làm vật liệu điều khiển lò…

Và hơn thế nữa, do công nghệ quá cao, tính toán quá chính xác và hợp lý, lò phản ứng Oklo chẳng để lại dấu vết của các rác thải phóng xạ mà một lò thông thường phải có.

Khi hằng số... thay đổi theo thời gian?!

Hằng số đẹp hay còn gọi là hằng số Sommerfeld do ông Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld tìm ra và ứng dụng trong cơ học lượng tử, thường được biểu thị bằng ký hiệu alpha trong các công thức vật lý. Đây là một hằng số cơ bản dùng để mô tả cường độ tương tác của các điện từ với nhau. Hay nói rõ hơn là, cường độ điện từ để giữ các hạt nguyên tử lại với nhau. Hằng số đẹp là một đại lượng vô hướng, vì vậy giá trị số của nó phụ thuộc vào môi trường và hệ thống khi ứng dụng. Giá trị của nó khoảng chừng 1/137.

Trong thiên nhiên có những đại lượng không đổi như vận tốc ánh sáng (c), hằng số hấp dẫn G, khối lượng electron (m¬¬e), hằng số đẹp Alpha... Cho đến nay các nhà khoa học cho rằng các đại lượng này là không đổi trong phạm vi toàn vũ trụ, ví dụ hằng số đẹp Alpha (Fine constant) có giá trị là 1/137 trên Trái đất thì cũng có giá trị như vậy ở khắp các miền khác trong vũ trụ. Các lý thuyết vật lý được xây dựng trên những hằng số vừa nói và tính chất của vũ trụ cũng được giải thích trên cơ sở những hằng số vừa nhắc ở trên.

Năm 1976, Alxander Shlyakher, nhà Vật lý Nga đang làm việc tại Viện Khoa học hạt nhân ST Peterburg đã giải thích hiện tượng Oklo bằng cách khác.

Ông cho rằng nhiều tỷ năm về trước hằng số đẹp Alpha khác bây giờ chút ít (không bằng 1/137 như bây giờ), vì thế, tỷ lệ đồng vị cũng khác.

Mỏ Oklo đã được tạo ra ở thời kỳ mà hằng số đẹp Alpha nhỏ hơn hiện nay. Do đó, tỷ lệ Urani 235 nhỏ hơn bây giờ.

Với giả thuyết này, hiện tượng Oklo được giải thích một cách đơn giản và chính xác. Nhưng lại làm nảy sinh một câu hỏi lớn là : Các hằng số vật lý của chính vũ trụ chúng ta có thay đổi theo thời gian không? Khi mới hình thành vũ trụ giá trị của các hằng số có bằng bây giờ hay không? Và điều mà các nhà vật lý vẫn xem là mặc nhiên đúng xưa nay: Các hằng số vật lý đều giống nhau trong phạm vi toàn vũ trụ, không đổi trong suốt thời gian tồn tại của vũ trụ có là đúng nữa không?

Nếu thật sự các hằng số vật lý đã thay đổi theo thời gian thì chúng ta có thể giải thích được nhiều hiện tượng vẫn làm đau đầu các nhà vật lý xưa nay ví dụ như là sự dịch chuyển về phía đỏ, sự hình thành các lỗ đen và đặc biệt là có thể dễ dàng trả lời câu hỏi khó nhất của khoa học hiện đại về vật chất đen như: Vật chất đen là gì? Vì sao chúng ta chỉ cảm nhận được sự tồn tại của vật chất đen và năng lượng đen mà chưa đo được chúng một cách chính xác?

Dịch chuyển về phía đỏ là hiện tượng các vạch phổ thu được từ các Quasar lớn hơn các vạch phổ tương ứng trên Trái đất. Hiện tượng này được coi là bằng chứng của sự dãn nở của vũ trụ. Vũ trụ đang dãn nở là một vấn đề đã gây tranh cãi và phiền toái cho cả các nhà vật lý và triết học trong suốt mấy chục năm qua.

Quasar còn gọi là chuẩn tinh thể được phát hiện năm 1960. Ngày 5/8/1962, M.Schmith đã xác định được sự tồn tại của quasar khi nghiên cứu thiên thể 3C 273. Quasar là các thiên thể có đường kính dưới 1 năm ánh sáng nhưng lại là nguồn phát bức xạ mạnh nhất vũ trụ. Độ dịch chuyển về đỏ của phổ các quasar cho thấy chúng ở rất xa chúng ta và đang dịch chuyển ra xa với vận tốc rất lớn. Hiện nay đã phát hiện được hơn 3.000 quasar, tất cả chúng đều có độ bức xạ rất cao và đang dịch chuyển ra xa chúng ta với vận tốc rất lớn (kỉ lục là quasar PC 1247 + 3460 đang dịch chuyển ra xa với vận tốc khoảng 94% tốc độ ánh sáng). (Theo website Thiên văn Việt Nam)

Nhưng dịch chuyển về phía đỏ - bằng cớ của sự dãn nở vũ trụ hoàn toàn có thể giải thích một cách đơn giản nếu cho rằng hằng số Alpha vài tỷ năm về trước nhỏ hơn bây giờ. Khi ấy phổ của nguyên tử phát ra sẽ có bước sóng dài hơn phổ tương ứng hiện tại.

Chúng ta đo các phổ này phát ra từ các Quasars trên Trái đất nghĩa là đo các phổ nguyên tử đã phát ra cách đây nhiều tỷ năm. Do đó chúng ta ghi nhận được các phổ có bước sóng dài hơn. Như vậy dịch chuyển về phía đỏ có thể không phải là bằng chứng về sự dãn nở của vũ trụ mà là bằng chứng về sự thay đổi của hằng số Alpha.

Điều rất lý thú là chính Einstein đã xây dựng lý thuyết hấp dẫn trên cơ sở một vũ trụ tĩnh, khi phát hiện sự dịch chuyển về phía đỏ ông mới phải thêm vào phương trình của mình một số hạng để khử sự dãn nở vũ trụ. Về sau, chính Einstein lại cho rằng đó là sai lầm lớn nhất của ông…

Các vũ trụ có các hằng số vật lý không giống vũ trụ của chúng ta thì cho đến nay chúng ta chẳng có cách nào để nhận biết chúng bởi tính không liên thông. Tương tự như vậy, có lẽ trong vật chất đen và năng lượng đen, các hằng số vật lý có thể khác với vật chất thông thường nên ta chỉ cảm nhận mà chưa đo đạc được. Và, biết đâu chẳng có những vũ trụ đang trộn lẫn (mixing) song hành với chúng ta mà ta không nhận biết được do tính không liên thông vì các hằng số vật lý như ta vừa nhắc.

Cũng như vậy, có thể tồn tại những dạng sống không có các hằng số tương thích với chúng ta nên chúng ta chưa nhận biết được.

Nhiều điều nói trong bài này còn đang là đề tài tranh cãi trong khoa học. Nhưng có thành tựu khoa học nào mà không sinh ra từ các cuộc tranh luận khoa học?

Thiết bị tạo nguồn cho máy gia tốc Tevatron ở Trung tâm Khảo cứu quốc gia về gia tốc Fermilab, Mỹ (Ảnh: M.G)

GS-TS Nguyễn Mộng Giao