TÌM HIỂU VỀ HẠT CƠ BẢN

I. KHÁI NIỆM CỦA KHOA HỌC VỀ HẠT CƠ BẢN QUA CÁC THỜI KỲ.

Từ cổ đại đến hiện đại, con người luôn đi tìm câu trả lời cho một câu hỏi rất lớn:

“Vật chất được cấu tạo từ cái gì nhỏ nhất?”. Khái niệm “hạt cơ bản” vì thế đã thay đổi rất nhiều theo từng thời kỳ phát triển của khoa học. Điều mà hôm nay ta cho là “không thể chia nhỏ”, ngày mai có thể lại bị chia tiếp. Lịch sử khoa học về hạt cơ bản giống như hành trình bóc từng lớp của một củ hành: càng bóc sâu, con người càng thấy Vũ Trụ kỳ lạ hơn.

1. Thời cổ đại

Khoảng thế kỷ V trước Công nguyên, triết gia Hy Lạp Democritus đưa ra ý tưởng:

Mọi vật được tạo thành từ những hạt cực nhỏ không thể chia cắt. Ông gọi chúng là “atomos” nghĩa là “không thể cắt nữa”. Đây là nguồn gốc của chữ “atom” (nguyên tử) ngày nay. Tuy nhiên, thời đó chưa có thiết bị khoa học nên đây chỉ là suy luận triết học. Ở giai đoạn này: hạt cơ bản = (bằng) nguyên tử, nguyên tử được xem là viên gạch cuối cùng của vật chất.

2. Thế kỷ 19 

Đến thế kỷ XIX, nhà khoa học John Dalton xây dựng thuyết nguyên tử hiện đại. Ông cho rằng: mỗi nguyên tố hóa học gồm các nguyên tử riêng biệt, nguyên tử không thể tạo ra hay phá hủy. Ví dụ: vàng có nguyên tử vàng, oxy có nguyên tử oxy. Lúc này, khoa học bắt đầu xem nguyên tử là nền tảng thật sự của vật chất.

Năm 1897, J. J. Thomson phát hiện electron. Điều này làm khoa học chấn động. Vì nếu nguyên tử có electron bên trong, thì nguyên tử không còn là “không thể chia nhỏ” nữa. Từ đây, mô hình nguyên tử bắt đầu thay đổi: electron mang điện âm, còn phần trung tâm mang điện dương. Khái niệm “hạt cơ bản” lúc này chuyển từ: nguyên tử sang electron và các thành phần bên trong nguyên tử.

Ernest Rutherford khám phá: nguyên tử có hạt nhân rất nhỏ ở trung tâm, electron quay xung quanh. Sau đó khoa học phát hiện: proton, neutron. Lúc này người ta nghĩ: Proton, neutron và electron chính là ba hạt cơ bản của vật chất.

Mô hình nguyên tử dần giống “hệ mặt trời thu nhỏ”.

3. Thế kỷ 20 

Đầu thế kỷ XX, Quantum Physics ra đời. Các nhà khoa học như: Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg đã phát hiện những điều kỳ lạ: hạt vừa là sóng vừa là hạt, vị trí hạt không xác định tuyệt đối, vật chất chủ yếu là khoảng trống, năng lượng và vật chất có thể chuyển hóa cho nhau. Phương trình nổi tiếng của Einstein:

E=mc^2 cho thấy: vật chất thực chất là năng lượng cô đặc.

Đây là bước ngoặt lớn: “Hạt cơ bản” không còn là viên bi vật chất cứng đặc nữa.

Khi dùng máy gia tốc hạt, khoa học phát hiện thêm rất nhiều hạt: meson, neutrino, muon, quark… Người ta gọi đây là “vườn thú hạt”. Sau nhiều nghiên cứu, khoa học nhận ra: proton và neutron còn được tạo bởi quark, electron hiện chưa thấy cấu trúc bên trong.

4. Thế kỷ 21

Ngày nay, khoa học dùng cái gọi là: Standard Model. Theo mô hình này, vật chất được tạo bởi: quark, lepton (như electron), và các hạt truyền lực. Các lực cơ bản gồm: lực hấp dẫn, lực điện từ, lực mạnh, lực yếu.

Năm 2012, CERN công bố phát hiện: Higgs Boson. Hạt này giúp giải thích vì sao vật chất có khối lượng.

Ngày nay, nhiều nhà vật lý cho rằng: Thứ cơ bản nhất không phải “hạt”, mà là “trường lượng tử”. Theo đó: electron chỉ là dao động của trường electron, photon là dao động của trường điện từ. Giống như: sóng nổi lên trên mặt biển, hạt chỉ là “gợn sóng” của trường vô hình. Đây là tư tưởng rất sâu: Vật chất có thể chỉ là biểu hiện tạm thời của năng lượng và trường.

5. Tóm lại

Điều kỳ lạ là: càng tìm hạt nhỏ nhất, con người càng thấy thế giới ít “vật chất” hơn.

Từ: vật rắn, đến nguyên tử, rồi hạt, rồi năng lượng, rồi trường vô hình.

Khoa học hiện đại đang tiến đến một nơi mà ranh giới giữa: vật chất, năng lượng, thông tin, và hư không trở nên rất mong manh.

II. HẬU HIỆN ĐẠI

Năm 2014, Pháp Không Chân Như (Sư Quang Vô Sắc) đưa ra “60 Tuyên bố tổng quát sự thật về Vũ Trụ”, trong đó nhiều nội dung xoay quanh khái niệm Hạt vật chất cội gốc (hạt cơ bản, hạt sơ cấp).

1. Cấu tạo

Theo quan điểm này, hạt cơ bản (hay còn gọi là hạt sơ cấp) được hiểu là dạng vật chất không được cấu tạo từ hai hay nhiều hạt khác hợp thành. Nói cách khác, đó là loại hạt chưa thể phân chia thành thành phần nhỏ hơn bằng bất kỳ phương thức nào mà con người hiện biết.

Mỗi hạt cơ bản đều mang giá trị vật chất, được biểu hiện qua hai phương diện: khối lượng và năng lượng. Khối lượng và năng lượng thực chất chỉ là hai cách biểu hiện khác nhau của cùng một bản chất vật chất. Vì vậy, khi nói đến giá trị vật chất của một hạt, có thể biểu thị bằng khối lượng hoặc bằng năng lượng của nó.

Không tồn tại hạt cơ bản hoàn toàn “không có khối lượng”. Có hạt có khối lượng vô cùng nhỏ, có hạt lại mang khối lượng vô cùng lớn. Số lượng hạt cơ bản trong Vũ Trụ là vô cùng phong phú và đa dạng.

2. Không chỉ là hạt nhỏ

Điều quan trọng là không nên đồng nhất “hạt cơ bản” với khái niệm “rất nhỏ”. Một hạt cơ bản có thể tồn tại dưới dạng gần như một điểm, nhưng cũng có thể biểu hiện như một trường vật chất có thể tích rất lớn (như Mặt Trăng, Trái Đất, Mặt Trời, Thiên Hà,... Vũ Trụ) tùy thuộc vào tương tác và môi trường xung quanh nó. Khi tồn tại dưới dạng có thể tích, bề mặt của hạt luôn luôn là một mặt cong, và mỗi hạt đều sở hữu một “không gian riêng” của nó.

3. Phân bố

Trong một hạt cơ bản, vật chất không phân bố đồng đều. Mật độ vật chất lớn nhất tại tâm và giảm dần khi càng xa tâm. Sự suy giảm ấy tuân theo quy luật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến tâm. Điều đó có nghĩa là càng gần tâm thì mật độ vật chất càng lớn, càng xa tâm thì độ vật chất càng giảm.

Vật chất trong hạt cơ bản được xem như một trường liên tục, tức không có khoảng trống tuyệt đối bên trong nó. Giữa hạt này với hạt khác cũng không tồn tại khoảng hở hoàn toàn rỗng không. Theo cách nhìn này, Vũ Trụ không có nơi nào hoàn toàn “không có vật chất”; toàn bộ Vũ Trụ là một trường vật chất liên tục và liên hệ với nhau.

Vì thế, không nên hình dung Vũ Trụ như một khoảng không rỗng chứa các vật thể rời rạc, mà nên hiểu như một mạng lưới vật chất liên tục với những mức độ đậm đặc khác nhau.

Tổng giá trị vật chất của mỗi hạt cơ bản luôn được bảo toàn. Tổng số hạt cơ bản trong Vũ Trụ cũng không thay đổi, và vì vậy tổng giá trị vật chất của toàn Vũ Trụ là hằng định. Toàn bộ thể tích của các hạt cơ bản hợp thành chính là thể tích của Vũ Trụ.

Hoàng Lạc