Thông tin Vật lí thời nay

Vật lí thời nay đang phát triển như thế nào?
NTH 52
NTH 52
Khám phá về cấu tạo loa và cách vận hành về loa
Nói đến loa là nói đến sóng âm và không khí. Công nghệ loa rất đơn giản, nhưng hiểu biết về độ dài sóng có thể giúp bạn đặt loa sao cho âm thanh nghe tối ưu.
Âm thanh nói chung, dù đó là âm nhạc phát ra từ loa hay tiếng của ngón tay gõ trên bàn phím, thực ra là không khí đang chuyển động. Sóng âm làm di chuyển không khí và khi không khí đó đến tai bạn thì não bộ của bạn xem đó là âm thanh.

Các loại loa, bất kể kích thước, thực hiện một công việc đơn giản là tạo ra sóng âm. Nói cụ thể hơn là loa nhận một dạng thể hiện bằng điện của một tín hiệu âm thanh từ bộ khuếch đại (ampli), rồi loa rung lên để tạo ra các sóng âm tương ứng và tái tạo âm thanh ban đầu.

Khi thu nhạc, âm thanh được chuyển đổi thành dạng sóng âm kỹ thuật số hay tương tự. Khi phát nhạc, bạn cần trang thiết bị để chuyển đổi dữ liệu đó về lại thành tín hiệu điện thích hợp để có thể đưa đến loa. Các bộ phận của dàn âm thanh hay một hệ mạch kỹ thuật số và hệ mạch tương tự của một thiết bị được sử dụng cho mục đích này.

Cách vận hành của loa.

Trong tiếng Anh, thuật ngữ “loa” (speaker) hơi mơ hồ về mặt ý nghĩa. Nó có thể dùng để chỉ từng loa riêng (còn gọi là driver) hay để chỉ một thùng đựng nhiều loa driver. Trong bài này, thuật ngữ driver được dùng khi nói về một loa trong một thùng hay bộ có nhiều loa và thuật ngữ speaker dùng để chỉ thùng hay bộ chứa một hay nhiều loa.

Hầu hết các loại loa đều dùng một thiết kế đơn giản. Ở phía sau của loa, một nam châm vĩnh cửu (thường có dạng tròn) được gắn chặt trong một khung cố định. Khi điện được dẫn vào loa, các thay đổi trong điện trường làm cuộn đồng trong nam châm rung lên. Dính với cuộn đồng này là một màng chắn, thường làm bằng giấy hay plastic. Màng này rung tới và lui để làm di chuyển không khí trước loa và theo đó sóng âm được tạo ra. Khi các sóng âm này đến tai bạn, bạn sẽ nghe được âm thanh.

Khi dòng điện lưu động theo một hướng, màng chắn rung xa khỏi nam châm. Khi dòng điện lưu động hướng ngược lại, màng chắn rung ngược về. Sự lưu động của dòng điện được thay đổi tới lui để khớp với tần số của sóng âm mà loa phải tạo ra. Đối với tần số thấp (âm trầm), thay đổi lưu dộng có thể là vài chục lần mỗi giây. Đối với tần số cao (âm bổng), có thể thay đổi lưu động lên đến 20 nghìn lần hay hơn trong mỗi giây.

Kích thước của loa có ảnh hưởng đến tần số âm thanh mà nó có thể tái tạo tốt nhất. Loa cỡ lớn hơn có thể làm chuyển động nhiều không khí hơn, nhưng nó không thể di chuyển nhanh, khiến loại này dùng để tạo âm trầm. Loa nhỏ hơn không làm chuyển động nhiều không khí, nhưng nó có thể chuyển động nhanh hơn nhiều, nên được dùng để tạo âm bổng. Do đó, hầu hết thùng hay bộ loa hi-fi thường dùng nhiều loại loa.

Một số bộ loa chỉ có một loa duy nhất, như loa của điện thoại. Tuy nhiên, dù có những bộ loa một loa phát ra rất tốt hầu hết âm thanh đủ các tầm, các bộ loa thiết kế để nghe nhạc thường dùng 2 loa hay nhiều loa hơn để giúp tạo ra đầy đủ dải tần số khả thính.

Một bộ loa hi-fi cơ bản có 2 loa: một loa trầm woofer (cho các tần số thấp hơn – âm trầm) và loa tweeter (cho các tần số cao hơn – âm bổng). Các tần số tầm trung (tầm gồm hầu hết âm do người hát) thường được loa tweeter tái tạo, dù vài loại bộ loa có loa trầm nhỏ hơn (như bộ loa để kệ) để loa trầm tái tạo âm tầm trung.

Bộ loa quyết định loại loa nào sẽ xử lý loại tần số nào như thế nào? Một bộ loa với nhiều loa có một mạch gọi là mạch chuyển tuyến crossover để dẫn tín hiệu điện đến loa thích hợp tùy theo tần số mà loa hỗ trợ. Ví dụ, trong bộ loa để kệ cỡ nhỏ, mạch chuyển tuyến có thể sẽ gửi tất cả các tần số 3kHz hay lớn hơn đến loa tweeter, và những tần số dưới 3kHz đến loa woofer.

Vài bộ loa hi-fi có thêm một hay nhiều loa dành riêng để xử lý các tần số tầm trung. Do đó cần phải có một hay nhiều mạch chuyển tuyến và bạn thậm chí có thêm một loa siêu trầm subwoofer trong thiết lập bộ loa của bạn (cần phải có mạch chuyển tuyến subwoofer trong chuỗi tín hiệu). Từng loại loa hay bộ loa này được tối ưu hóa để tạo các tần số khác nhau. Từ tần số thấp đến cao, nghĩa là từ loa cỡ lớn hơn đến nhỏ hơn, thứ tự là siêu trầm, trầm, trung và bổng.

Độ dài sóng âm.

Độ dài của một sóng âm riêng biệt tùy thuộc tần số của nó. Bạn có thể không để ý gì nhiều đến độ dài sóng, nhưng chúng rất quan trọng khi bạn quyết định vị trí đặt loa.

Xét trường hợp loa siêu trầm, loại loa tạo âm thanh âm vực thấp (âm trầm), có độ dài sóng lớn. Lý do bạn thường chỉ cần một loa siêu trầm là: sóng âm 40Hz – một tần số rất thấp thường cần đến loa siêu trầm – dài hơn 8,5m.

Trong một phòng cỡ bình thường, bạn không thể nghe nhạc với sóng âm dài cỡ đó nên bạn chỉ cần một loa siêu trầm là được rồi. Ngoài ra, vì do độ dài sóng, tai của bạn không thể biết được chính xác là sóng đến từ đâu, đó là lý do bạn có thể đặt loa siêu trầm chỗ nào trong phòng cũng được (nhưng tốt hơn hết là đặt cùng phía với các loa khác).

Đối với loa bổng tweeter, một sóng âm 4000Hz (4kHz) – tương đương với nốt cao nhất của đàn ghi ta hay đàn violin có thể phát ra (không kể các họa âm harmonic) – thường chỉ dài 86mm. Vì các loại âm này quá ngắn và rung rất nhanh, bạn cần phải ở ngay trong đường đi của chúng để nghe rõ chúng. Đây là lý do các loa tweeter luôn ở vị trí trên của thùng hay bộ loa, để chúng có vị trí ngang hay gần mức tai người nghe. Điều này có nghĩa là bạn nên đặt bộ loa phải và trái làm sao cho loa tweeter cao bằng mức tai của bạn khi bạn nghe nhạc hay xem TV.

Nếu bạn dùng bộ loa cỡ nhỏ không thể đặt trên sàn nhà, chúng phải được đặt trên giá hay kệ để loa tweeter ngang mức với tai bạn. Bộ loa nối với máy tính trên bàn làm việc cũng phải được đặt trên kệ hay giá để loa tweeter hướng về tai bạn.

Loa trầm và loa trung tạo các tần số giữa bổng và trầm thấp, nên vị trí đặt của chúng không quan trọng bằng vị trí đặt của loa tweeter. Đây là lý do loa woofer của bộ loa để sàn luôn ở phía dưới. Tuy nhiên, tần số càng cao, bạn sẽ càng nhận thấy tai của bạn có “cùng trục” với loa hay không, có nghĩa là có ở ngay trên đường truyền sóng âm của bộ loa hay không.

Theo Vnexpress.net
 
Đã có nhà khoa học đăng kí bằng sáng chế "cỗ máy thời gian"
Một tin tức hấp dẫn từ hãng thông tấn Entknab của Iran: nhà khoa học người Iran Ali Razeghi, giám đốc điều hành Trung tâm Các phát minh Chiến lược của Iran, vừa đăng kí một bằng sáng chế của riêng ông: một cỗ máy thời gian.[prbreak]...[/prbreak]

Nó không thật sự đưa bất kì ai đó đi về quá khứ hoặc tương lai, mà nó tạo ra những báo cáo in được cụ thể về tương lai, và có thể “dự đoán 5 đến 8 năm cuộc sống tương lai của bất kì cá nhân nào, với độ chính xác 98%”, theo lời Razeghi trích dẫn trên The Telegraph.


the_time_machine_large_01.jpg

Một cỗ máy thời gian phỏng theo tác phẩm nổi tiếng của H.G. Wells

“Phát minh của tôi dễ dàng lắp vừa cỡ với một thùng máy tính cá nhân và có thể dự báo chi tiết 5-8 năm sắp tới trong cuộc sống của người dùng của nó,” ông nói. “Nó sẽ không đưa bạn đi tới tương lai, nó sẽ mang tương lai về với bạn.”

Razeghi, 27 tuổi, cho biết ông đã nghiên cứu dự án trên trong 10 năm trời và đây là phát minh thứ 179 do ông đăng kí sáng chế.

“Cỗ máy thời gian” của Razeghi sẽ là một tài nguyên tốt cho các chính phủ, nhưng theo Razeghi, họ sẽ không muốn công bố một nguyên mẫu vào lúc này vì “người Trung Quốc sẽ đánh cắp ý tưởng và sản xuất nó hàng triệu cái mỗi đêm.”

Razeghi chia sẻ rằng dự án mới này của ông đã nhận được không ít lời chỉ trích từ phía bạn bè của ông rằng ông “đang chơi đùa với Chúa”. “Dự án này không hề chống lại những giá trị niềm tin của chúng ta,” Razeghi nói. “Người Mĩ đang cố đi tới phát minh này với việc chi hàng triệu đô la cho nó trong khi tôi đạt tới nó với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ của họ.”

Tất nhiên, phát minh này của ông đã và sẽ gây không ít tranh cãi.
Nguồn: Thư viện Vật lí
 
Xem các bình luận trước…
Chắc là cái máy này phân tích não hoặc cơ thể rồi dùng phép toán tính ra xem mình có tố chất làm lãnh đạo hay chỉ là công việc bình thường thôi, chứ sao đoán trc đc tương lai
 
Mình thích nhất dòng này "“Cỗ máy thời gian” của Razeghi sẽ là một tài nguyên tốt cho các chính phủ, nhưng theo Razeghi, họ sẽ không muốn công bố một nguyên mẫu vào lúc này vì “người Trung Quốc sẽ đánh cắp ý tưởng và sản xuất nó hàng triệu cái mỗi đêm.”"

Người trung quốc giỏi ăn cắp với sao chép lém!
 
Những siêu Trái đất nguội chậm sẽ không có sự sống
Những siêu Trái đất nguội chậm sẽ không có sự sống

Những hành tinh ngoại đất đá với khối lượng từ 2 đến 10 lần khối lượng Trái đất có lẽ không có những thời kì hoạt động núi lửa kéo dài được cho là điều kiện thiết yếu cho sự sống tiến hóa. Đó là kết luận của một nghiên cứu mới của các nhà khoa học ở Mĩ và Đức khảo sát tốc độ nguội đi của những “siêu Trái đất” này. Nghiên cứu còn đề xuất rằng việc tìm hiểu hành trạng của phần lõi của một siêu hành tinh trên những khoảng thời gian dài có thể cung cấp thông tin quan trọng về các điều kiện trên bề mặt của nó.

Cho đến nay, các nhà thiên văn đã tìm thấy hơn 600 siêu Trái đất đang quay xung quanh những ngôi sao khác ngoài Mặt trời của chúng ta – và người ta trông đợi nhiều hành tinh hơn sẽ được phát hiện ra bởi kính thiên văn vũ trụ Kepler và những sứ mệnh khác trong tương lai. Các siêu Trái đất hiện mang đang mang lại cho các nhà thiên văn cơ hội tốt nhất để tìm kiếm những dấu hiệu của sự sống ngoài địa cầu vì với các kính thiên văn ngày nay chúng dễ tìm và dễ nghiên cứu hơn các hành tinh ngoại cỡ Trái đất.[prbreak]...[/prbreak]

Nếu một siêu Trái đất nằm trong vùng ở được của một ngôi sao – trên nguyên tắc, đó là nơi mà bề mặt của hành tinh có thể ở nhiệt độ vừa thích hợp để có nước lỏng – thì một hành tinh ngoại như vậy có thể duy trì sự sống. Tuy nhiên, chỉ riêng ở trong vùng ở được thôi thì chưa đủ vì điều kiện trên bề mặt của siêu Trái đất đó phải có lợi cho sự sống nữa.

superearth.jpg

Ảnh minh họa hệ hành tinh xung quanh sao lùn đỏ Gliese 581. Các nhà thiên văn học tin rằng hệ này có chứa vài siêu Trái đất. (Ảnh: Đài thiên văn Nam châu Âu)​

Cần có núi lửa

Nghiên cứu mới đứng đầu là Vlada Stamenkovic thuộc Viện Công nghệ Massachusetts và các đồng sự thuộc Viện Nghiên cứu Hành tinh DLR ở Berlin. Nghiên cứu cho thấy các siêu Trái đất không có khả năng có những thời kì hoạt động núi lửa kéo dài mà người ta tin là giữ một vai trò quan trọng trong việc làm cho bề mặt của một hành tinh thích hợp cho sự xuất hiện của sự sống. Trong trường hợp hành tinh của chúng ta, nhiệt truyền từ sâu bên trong Trái đất thông qua sự đối lưu trong lớp bao làm cho các lục địa trôi giạt, đây là lí thuyết “kiến tạo mảng”. Sự trôi giạt này kích hoạt những khoảng thời gian hoạt động núi lửa kéo dài, phun ra nhiều CO2 dẫn tới sự ấm lên do hiệu ứng nhà kính. Hiệu ứng này giữ cho bề mặt Trái đất ấm áp, với phần lớn lượng nước ở dạng lỏng thay vì bị đóng băng.

Cơ chế núi lửa tiếp diễn cũng giữ một vai trò quan trọng trong chu trình carbon địa chất, nhờ đó CO2 chứa trong đá được núi lửa đưa vào khí quyển và sau đó lắng trở lại với lõi hành tinh qua sự phong hóa đất đá và hoạt động kiến tạo mảng. Người ta tin rằng chu trình này góp phần vào khí hậu tương đối ổn định của Trái đất, thành ra nó là cái thiết yếu cho sự sống.

Stamenkovic và các đồng sự đã khảo sát một số yếu tố khác nhau có thể ảnh hưởng đến các điều kiện trên bề mặt của một siêu Trái đất. Họ bắt đầu bằng cách xét độ nhớt của phần lõi của một siêu Trái đất, cái xác định nhiệt di chuyển nhanh bao nhiêu qua sự đối lưu từ lõi nóng của một hành tinh lên bề mặt nguội hơn nhiều của nó. Các hành tinh có lõi nhớt cao truyền nhiệt chậm hơn những hành tinh có lõi nhớt thấp.

Độ nhớt phụ thuộc áp suất

Cho đến nay, đa số các tính toán đều sử dụng một công thức cho độ nhớt chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà không phụ thuộc áp suất – một công thức thậm chí không hoạt động đối với Trái đất, theo lời Stamenkovic. Thay vậy, đội của ông cho rằng ở những áp suất lớn hơn tìm thấy ở các siêu Trái đất, công thức đúng cho độ nhớt cũng nên đưa thêm vào một số hạng là một hàm của áp suất. Kết quả là một độ nhớt cao hơn nhiều so với giá trị sử dụng trong các nghiên cứu trước đây của siêu Trái đất.

Sau đó, đội nghiên cứu đã khảo sát xem nhiệt độ bên trong một siêu Trái đất sẽ biến thiên như thế nào trong quãng đời của nó – vì cả nhiệt độ và áp suất đều xác định độ nhớt bên trong một hành tinh. Trước tiên họ tính cái sẽ xảy ra nếu các siêu Trái đất là “nguội” như những nghiên cứu trước đây thường dự đoán. Ở những nhiệt độ tương đối thấp này, Stamenkovic và các đồng sự dự đoán rằng sẽ không có sự đối lưu trong lớp bao dưới. Trong kịch bản “ứ đọng” này, hành tinh ngoại nguội đi từ từ.

Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây hơn cho biết các siêu Trái đất là nóng hơn nhiều khi chúng mới hình thành – có lẽ còn tan chảy nữa. Dưới kịch bản hình thành-nóng này, đội nghiên cứu tìm thấy sự đối lưu sẽ xảy ra, trừ là với một tốc độ chậm. Trong cả hai trường hợp, sự nguội đi của lớp bao và nhân sẽ là không đủ hiệu quả, theo lời Stamenkovic.

Nhắm đến sự hình thành này, đội nghiên cứu sau đó đã khảo sát những gợi ý của sự nguội đi chậm chạp này đối với tính ở được của một siêu Trái đất. Trong cả hai trường hợp, sự nguội đi chậm của nhân và lớp bao của một siêu Trái đất cho thấy sự kiến tạo mảng ít có khả năng xảy ra hơn. Tuy nhiên, Stamenkovic cho biết lượng nước có trong thạch quyển cũng giữ một vai trò quan trọng trong việc xác định sự kiến tạo mảng có xảy ra hay không, và có thể làm đảo ngược những xu hướng như thế.

Cần có những thí nghiệm trong phòng lab

Theo Stamenkovic, nghiên cứu mới này cho thấy tầm quan trọng của việc tìm hiểu sự tiến hóa của các siêu Trái đất, thay vì cố gắng xác định những tính chất ổn định của chúng. Để hiểu rõ hơn nhiệt được truyền như thế nào trong các siêu Trái đất, Stamenkovic cho biết cần làm thêm các thí nghiệm áp suất cao trong phòng thí nghiệm trên Trái đất và cần có thêm số liệu về tỉ trọng và khí quyển của các siêu Trái đất. Để thu thập những thông tin này, ông đề nghị một số kính thiên văn vũ trụ giá thành thấp, mỗi kính sẽ tập trung vào một siêu Trái đất ở gần, cần tìm kiếm trong những khoảng thời gian dài để có đủ số liệu. Một dự án như vậy đã được đề xuất bởi một đội tại MIT đứng đầu là Sara Seager và có tên là ExoplanetSat.

Theo thuvienvatly.com
 
Last edited:
Atlas 3D của bộ não người
Atlas 3D của bộ não người
Bộ não người thật đồ sộ và phức tạp. Trong những năm qua, người ta đã lập được một bản đồ ấn gen ở não chuột nhưng não người thì lớn gấp cả nghìn lần não chuột và có phần khó khăn khi mà người ta phải nghiên cứu với bộ não của những người đã chết.

Ngày 19 tháng 9 hôm qua, một atlas 3D phân giải cao của bộ não đã được công bố. Bản đồ được lập bởi một đội quốc tế đứng đầu là Michael Hawrylycz thuộc Viện Khoa học Não bộ Allen ở Seattle, Mĩ. Dự án đã triển khai từ tháng 3 năm 2008 với chi phí 55 triệu đô la Mĩ.

Nghiên cứu chỉ với hai bộ não đàn ông trọn vẹn và một bán cầu não của một người thứ ba, đội khoa học đã sử dụng khoảng 900 phần chia nhỏ chính xác và 60.000 khảo sát ấn gen để tạo ra atlas trên.[prbreak]...[/prbreak]

Ảnh: Allen Institute for Brain Science​

Bức ảnh trên là một biểu diễn 3D của chỉ một hệ gen ở những cấu trúc não bên trong chồng lên trên ảnh quét MRI. Mức độ ấn gen ở những điểm khác nhau trên tấm bản đồ được thể hiện trên một thang màu, với những chấm màu lam phản ánh sự ấn tương đối thấp và những chấm màu đỏ phản ánh sự ấn cao.

Mục tiêu của dự án là cung cấp một nền tảng cho sự nghiên cứu sâu rộng về sự ấn gen ở não và nó có liên quan như thế nào ở chức năng não bình thường và dị thường. Bạn có thể truy cập Allen Brain Atlas tự do trên web.

(Ấn gen là quá trình từ đó thông tin từ một gen được dùng trong sự tổng hợp một sản phẩm gen chức năng. Những sản phẩm này thường là protein, nhưng ở những gen mã hóa phi protein như gen rARN, tARN, snARN, sản phẩm là một ARN chức năng.)

123physics (thuvienvatly.com)​
 
Các giải Ig Nobel đều đã có chủ!
Các giải Ig Nobel đều đã có chủ!
Giải Ig Nobel đầu tiên đã thuộc về SpeechJammer, một dụng cụ làm gián đoạn lời phát biểu của một người nào đó bằng cách lặp lại giọng nói của anh ta hoặc cô ta với thời gian trễ vài trăm mili giây. Hiệu ứng tiếng vọng của SpeechJammer đủ khiến người phát biểu bực mình đến mức nói lắp và phải câm họng.

Thật ra, Kazutaka Kurihara và Koji Tsukada chế tạo ra SpeechJammer là để giúp những người phát biểu trước đám đông bằng cách nhắc nhở họ nếu họ đang nói quá nhanh hoặc nói lâu nói dài hơn thời gian cho phép.[prbreak]...[/prbreak]

“Là một nhà khoa học cuồng nhiệt, việc giành một giải Ig Nobel đã từng là ước mơ của tôi,” Kurihara nói. Dụng cụ của họ được trao giải Âm học.

Giải Ig Nobel được trao hàng năm bởi tạp chí Annals of Improbable Research (Biên niên Nghiên cứu Đâu đâu) dành cho những khám phá lạ lùng và mắc cười. Giải thưởng chỉ là một chiếc cúp tượng trưng và một tờ giấy chứng nhận. Người thắng giải phải tự túc mọi mặt khi đến dự trao thưởng.

Những người thắng giải khác cũng đã có mặt tại Nhà hát Sanders thuộc trường Đại học Harvard vào tối thứ năm hôm qua. Giải Ig Tâm lí học được trao cho các nhà nghiên cứu người Hà Lan với công trình nghiên cứu lí giải tại sao việc nghiêng sang trái nhìn khiến Tháp Eiffel trông nhỏ đi. Bốn nhà khoa học người Mĩ giành giải Khoa học thần kinh với việc chứng minh trang thiết bị phức tạp có thể phát hiện hoạt động não ở con cá chết. Một đội khoa học người Anh-Mĩ thì giành giải Vật lí cho nghiên cứu giải thích tại sao tóc đuôi ngựa (đuôi gà) lúc lắc và lúc lắc như thế nào. Và Văn phòng Giải trình nước Mĩ giành về giải Hòa bình cho một bản báo cáo về những bản cáo cáo.
Cơ sở vật lí của tóc đuôi gà giành giải Ig Nobel!​

Giáo sư Rouslan Krechetnikov tại trường Đại học California Santa Barbara, và chàng sinh viên mới tốt nghiệp Hans Meyer, thì giật về giải Động lực học chất lưu cho nghiên cứu về sự loãng đi diễn ra ở một tách cà phê khi nó được bưng đi.

“Chúng tôi chỉ muốn thỏa mãn lòng hiếu kì của mình và, với những kết quả đã biết, chia sẻ cái chúng tôi đã học được với cộng đồng khoa học qua văn đàn khoa học đánh giá ngang hàng,” giáo sư Krechetnikov nói.

Tham khảo: http://www.improbable.com/ig/

Trần Nghiêm (thuvienvatly.com)
Theo PhysOrg.com
 
Thấu kính phẳng đầu tiên hội tụ ánh sáng mà không méo ảnh
Thấu kính phẳng đầu tiên hội tụ ánh sáng mà không méo ảnh
Các nhà vật lí ở Mĩ vừa chế tạo ra thấu kính phẳng cực mỏng đầu tiên. Nhờ tính phẳng của nó, dụng cụ loại trừ được quang sai xảy ra ở những thấu kính thông thường có mặt khúc xạ cầu. Nhờ vậy, sức hội tụ của thấu kính cũng đạt tới giới hạn vật lí tối hậu đặt ra bởi các định luật nhiễu xạ.[prbreak]...[/prbreak]
Từ trái sang: Francesco Aieta, Federico Capasso và Patrice Genevet. (Ảnh: Eliza Grinnell, SEAS Communications)​
“Hãy tưởng tượng nếu bạn thay cái thấu kính trong điện thoại di động bằng một thấu kính phẳng và cực mỏng – khi đó bạn có thể biến chiếc điện thoại thông minh của mình xuống bề dày bằng một cái thẻ tín dụng,” phát biểu của Federico Capasso thuộc Khoa Kĩ thuật và Ứng dụng Harvard, người đứng đầu nhóm nghiên cứu trên. “Đa số những dụng cụ quang có mặt trong những dụng cụ ngày nay đều khá cồng kềnh vì sự định hình chùm ánh sáng được thực hiện bằng cách thay đổi quang trình của những tia sáng tới, nó đòi hỏi sự biến thiên bề dày thấu kính. Ở thấu kính của chúng tôi, toàn bộ sự định hình chùm ánh sáng được thực hiện trên bề mặt phẳng chỉ dày 60 nm của nó.”

Ở một thấu kính bình thường, tia sáng truyền qua vùng dày ở giữa mất nhiều thời gian hơn khi truyền qua vùng rìa mỏng do vận tốc pha của ánh sáng trong thủy tinh nhỏ hơn so với trong không khí. Sự phân bố trễ pha như thế này ở thấu kính dẫn tới sự khúc xạ ánh sáng và sự hội tụ.

Siêu mặt vi cấu trúc

Thấu kính phẳng cực mỏng mới khác ở chỗ nó là một “siêu mặt” vi cấu trúc gồm những thành phần định hình chùm tia mỏng gọi là anten quang học, chúng cách nhau những khoảng ngắn hơn bước sóng của ánh sáng mà chúng hội tụ. Những anten này là những thành phần kim loại cỡ bước sóng gây ra một sự trễ pha nhỏ ở tia sáng tán xạ từ chúng ra. Siêu mặt đó có thể được điều chỉnh cho những bước sóng ánh sáng nhất định bằng cách dễ dàng thay đổi kích cỡ, góc và khoảng cách giữa các anten nano.

“Cái anten không gì hơn là một bộ cộng hưởng lưu trữ ánh sáng và sau đó giải phóng sau một sự trễ thời gian ngắn,” Capasso nói. “Sự trễ này làm thay đổi hướng của ánh sáng theo kiểu giống như cái xảy ra ở một thấu kính thủy tinh dày.”

Bề mặt thấu kính được chạm trổ các anten có hình dạng và kích cỡ khác nhau định hướng theo những chiều khác nhau. Bố trí này gây ra sự trễ pha phân bố tỏa tròn xung quanh thấu kính nên tia sáng bị khúc xạ xa tâm hơn, gây ra hiệu ứng hội tụ ánh sáng tới đến một điểm chính xác.

Không có quang sai đơn sắc

Thấu kính mới không chịu những đặc điểm méo ảnh, gọi là quang sai đơn sắc, hiện tượng thường thấy ở những thấu kính có bề mặt cầu. “Quang sai cầu, coma và sắc sai bị loại trừ hết và ta thu được một tiêu điểm chính xác, bị giới hạn nhiễu xạ đã biết rõ. Điều này vẫn đúng khi tia sáng đi tới thấu kính cách xa tâm hay với góc tới lớn, nên không cần đến những kĩ thuật hiệu chỉnh phức tạp.”

Ảnh chụp hiển vi của thấu kính phẳng (đường kính chừng 1 mm) cấu tạo từ silicon (trái). Bề mặt kính được tráng những vòng tròn đồng tâm gồm những anten nano quang bằng vàng (khung hình nhỏ), chúng gây ra những sự trễ khác nhau đối với ánh sáng truyền qua thấu kính. Các vòng màu (bên phải) thể hiện độ lớn và độ trễ pha tương ứng với mỗi vòng. (Ảnh: Francesco Aieta)​

Đội Harvard chế tạo thấu kính của họ bằng cách trước tiên là cho lắng một lớp vàng mỏng cỡ nanomet. Sau đó các nhà nghiên cứu tách một phần lớp vàng đó ra, để lại một ma trận những cấu trúc hình chữ V (các anten nano) cách đều nhau theo hàng trên mặt của một bánh xốp silicon.

Những ứng dụng dễ thấy nhất cho thấu kính trên là nhiếp ảnh và hiển vi học. “Ví dụ, những vật kính nhỏ với khẩu độ số rất lớn có thể đã được nghĩ tới, nhưng chúng tôi còn tưởng tượng đến những sợi quang có có bề mặt được chạm trổ cho những ứng dụng mới trong chụp ảnh và y khoa, và nói chung cho bất cứ nơi nào người ta cần thay một thấu kính bình thường bằng một thấu kính phẳng,” Capasso nói.

Hướng tới hội tụ dải rộng

Mặc dù thấu kính trên chỉ mới ở giai đoạn chứng minh trên nguyên lí, nhưng Capasso và các đồng sự đã nhận được vô số lời mời chào từ các nhà nhiếp ảnh và nhà thiên văn học trên khắp thế giới. Hiệu suất hội tụ ánh sáng của thấu kính trên hiện nay vẫn khá nhỏ nhưng, theo đội nghiên cứu, nó có thể dễ dàng tăng lên bằng cách tăng mật độ khắc các anten quang và bằng cách sử dụng những thiết kế thấu kính phẳng khác. “Cho đến nay, thấu kính trên chỉ hội tụ được những bước sóng ánh sáng nhất định nhưng bằng cách sắp xếp những phân bố anten khác nhau lên trên siêu mặt kính, thì nó có thể hội tụ dải rộng, “Capasso nói.

Các nhà nghiên cứu đã chế tạo thấu kính của họ bằng kĩ thuật in khắc chùm electron, đó không phải là kĩ thuật thực tiễn nhất vì nó tốn nhiều thời gian. “May thay, có nhiều kĩ thuật in litô đang xuất hiện có thể thích hợp cho việc sản xuất hàng loạt, ví dụ như in khắc nano và in litô mềm, chúng có thể cực kì hữu dụng cho việc khắc thấu kính của chúng tôi trên những chất nền dẻo,” Capasso nói. “Như vậy kĩ thuật này tự nó sẽ mở ra cả một vùng trời ứng dụng hấp dẫn.”

Tham khảo: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl302516v

123physics (Nguồn thuvienvatly.com)
 
Last edited:
Chân dung nhà vật lí trên tiền giấy các nước
Chân dung nhà vật lí trên tiền giấy các nước
alfarabi.jpg
Abu Nasr Al-Farabi (870-950) có mặt trên tờ 1 Tenge Kazakhstan. Là một học giả am tường nhiều lĩnh vực, bao gồm triết học, lôgic học, ngôn ngữ học, và âm nhạc. Ông còn viết về bản chất của khoa học và tranh luận về sự tồn tại của chân không (không gian trống rỗng).
birkel.jpg
Kristian Birkeland (1867-1917) có mặt trên tờ 200 Kroner Na Uy. Birkeland là một nhà tiên phong nghiên cứu từ trường của trái đất và cực quang. Ông đưa ra đề xuất rằng cực quang là do các hạt từ mặt trời phát ra bị từ trường của trái đất dẫn vào khí quyển trái đất gây ra. Một thiết bị ông dùng để mô phỏng hiệu ứng này được in ở góc bên trái.
bohr.jpg
Niels Bohr (1885-1962) có mặt trên tờ 500 Kroner Đan Mạch. Bohr là một trong những kiến trúc sư chính của thuyết lượng tử, cơ sở của kiến thức của chúng ta về các tính chất của vật chất. Ông đã sáng tạo ra mô hình lượng tử hóa đầu tiên của nguyên tử (mẫu Bohr) và giữ một vai trò quan trọng trong sự phát triển cách hiểu hiện đại của thuyết lượng tử.
boscov.jpg
Ruggero Boscovich (1711-1787) có mặt trên nhiều tờ tiền Croatia (Ở đây là đồng 25 Dinar). Boscovich có những đóng góp cho lí thuyết cơ học quỹ đạo và là một trong những người đầu tiên nghiên cứu lực tương tác giữa các nguyên tử.
Nicolaus Copernicus (1473-1543) có mặt trên tờ 1000 Zloty Ba Lan. Ông là nhà khoa học hiện đại đầu tiên đề xuất một mô hình của hệ mặt trời trong đó mặt trời nằm tại trung tâm, các hành tinh chuyển động trong quỹ đạo tròn xung quanh, mà không cần được chống đỡ bằng bất kì quả cầu pha lê vô hình nào. Ông đã mất trước khi nhìn thấy ấn phẩm của mình được xuất bản.

mcurie.jpg
Marie và Pierre Curie (Marie: 1867-1934, Pierre: 1859-1906) có mặt trên tờ 500 franc Pháp. Họ đã đi đầu khám phá và phân loại các nguyên tố phóng xạ và cùng nhận giải Nobel năm 1903 cho công trình đó. Marie Curie còn giành một giải Nobel thứ hai vào năm 1911 cho nghiên cứu của bà về radium. Con gái của họ, Irene Joliot-Curie cũng giành một giải Nobel! Marie Curie còn có mặt trên tờ 20.000 Zloty của Ba Lan.

democritus.jpg
Democritus (khoảng 460 tCN - 370 tCN) có mặt trên tờ 100 drachma cũ của Hi Lạp. Ông là một trong những nhà triết học cổ đại sớm nhất mô tả vật chất có cấu tạo từ những hạt nhỏ không thể phân chia được (các nguyên tử) chuyển động trong không gian trống rỗng.
einstein.jpg
Albert Einstein (1879-1955) có mặt trên tờ 5 bảng Israel. Là nhà vật lí vĩ đại nhất của thế kỉ 20, Einstein không chỉ phát minh ra thuyết tương đối hẹp (hành trạng của vật chuyển động nhanh) và thuyết tương đối rộng (lí thuyết hấp dẫn), mà ông còn có những đóng góp cơ bản cho sự ra đời của thuyết lượng tử.
euler.jpg
Leonhard Euler (1707-1783), nhà vật lí toán người Thụy Sĩ có mặt trên tờ 10 franc Thụy Sĩ. Ông có vô số đóng góp cho ngành vật lí toán trong đó có lí thuyết chất lưu (dùng trong nghiên cứu sự hoạt động của máy bay) và lí thuyết quay của vật rắn (dùng trong điều khiển vệ tinh).
faraday.gif
Michael Faraday có mặt trên tờ 20 bảng Anh. Faraday là một trong những người đầu tiên khám phá ra các tính chất của lực điện và lực từ và mối liên hệ của chúng. Nhờ nghiên cứu này mà ra đời động cơ điện và dynamo.
franklin.jpg
Benjamin Franklin (1706-1790) là một nhà nghiên cứu tiên phong trong lĩnh vực điện học. Ông lần đầu tiên đề xuất sự bảo toàn điện tích. Ông có mặt trên tờ 100 đô la Mĩ.
galileo.jpg
Galileo Gallilei có mặt trên tờ 2000 Lire Italia. Theo một góc độ nào đó, ông là nhà khoa học hiện đại đầu tiên. Ông có những khám phá quan trọng về cách nghĩ tới những vật đang chuyển động.
gauss.gif
Carl Frederich Gauss có mặt trên tờ 10 mark Đức. Ngoài nhiều đóng góp của ông cho toán học, Gauss có những khám phá quan trọng trong các lí thuyết điện từ học.
huygens.jpg
Christian Huygens (1629-1695) có mặt trên tờ 25 guilder Hà Lan (nay không sử dụng nữa). Huygens là một người đương thời của Newton, ông có nhiều khám phá và phát minh quan trọng. Là hệ quả của những cải tiến của ông đối với kính thiên văn, ông là người đầu tiên nhận ra rằng Thổ tinh có vành. (Galileo nghĩ nó là một “bộ ba hành tinh”.) Ông chế tạo ra đồng hồ quả lắc đầu tiên, nhờ đó làm tăng độ chính xác của phép đo thời gian. Mô tả của ông về cách thức các sóng truyền đi hình thành nên cơ sở của lí thuyết sóng hiện đại.
kelvin.jpg
Huân tước Kelvin (William Thompson) có mặt trên tờ 100 bảng Scotland. Ông có những đóng góp cho lĩnh vực nhiệt động lực học và điện học, trong đó có việc đề xuất một độ không tuyệt đối của nhiệt độ và tham gia lắp đặt tuyến cáp xuyên đại dương đầu tiên.
marconi.jpg
Guglielmo Marconi, người phát triển đường truyền vô tuyến thành công đầu tiên, có mặt trên tờ 2000 Lire Italia.
newton.gif
Isaac Newton có mặt trên tờ 1 bảng Anh. Newton có lẽ là nhà vật lí vĩ đại nhất trong lịch sử. Nghiên cứu của ông đã thiết lập nên cơ sở của phong cách nghiên cứu khoa học. Ông có những khám phá quan trọng về lí thuyết chuyển động, bản chất của ánh sáng, lực hấp dẫn, và các tính chất của vật chất.
oersted.jpg
Hans Christian Ørsted (1777-1851) có mặt trên tờ 100 Kroner Đan Mạch. Vào năm 1820 ông đã khám phá ra rằng một dòng điện sẽ làm lệch một kim la bàn từ. Khám phá này đánh dấu sự bắt đầu thống nhất của các hiện tượng điện và hiện tượng từ.
roemer.gif
Olaf Rømer (1644-1710) có mặt trên tờ 50 Kroner Đan Mạch. Ông là người đầu tiên xác nhận rằng tốc độ ánh sáng không phải là vô hạn. Ông sử dụng các dị thường che khuất của các vệ tinh của Mộc tinh để ước tính tốc độ ánh sáng.
rutherf.jpg
Ernest Rutherford (1871-1937) có mặt trên tờ 100 đô la New Zealand. Rutherford và các sinh viên của ông đã tiến hành và giải thích những thí nghiệm dẫn tới sự hiểu rõ cấu trúc nguyên tử - phần lớn khối lượng của nguyên tử chứa trong một miếng rất nhỏ ở chính giữa (hạt nhân) và cỡ của nguyên tử được xác định bởi những hạt rất nhẹ - các electron.
schrdngr.jpg
Erwin Schroedinger có mặt trên tờ 1000 Schilling Áo. Schroedinger là một trong những nhà phát triển chủ chốt của thuyết lượng tử, lí thuyết giải thích các tính chất của vật chất phát sinh từ các tính chất của những thành phần cấu tạo của nó – electron và hạt nhân. Sự thành công của lí thuyết này đã đưa đến sự ra đời của điện tử học hiện đại, cùng với transistor và laser.
tesla10.jpg
Nikola Tesla (1856-1943) chào đời ở Croatia và di cư sang Mĩ. Ông có đóng góp cho sự phát triển của công nghệ kĩ thuật điện. Ở đây ông xuất hiện trên một tờ 10 tỉ Dinar phát hành trong giai đoạn lạm phát kinh khủng trước sự sụp đổ của Yugoslavia. (Người châu Âu gọi nó là 10 Milliard. Trong mọi ngôn ngữ thì nó là 10[sup]10[/sup]! Đó là lí do ta nên sử dụng kí hiệu khoa học.)
volta.jpg
Allesandro Volta (1745-1827) đã chế tạo pin hóa học đầu tiên. Ông có mặt trên tờ 10.000 Lire Italia.
Trần Nghiêm (thuvienvatly.com)
Theo physics.umd.edu
 

Attachments

Đếm số photon bằng tế bào mắt ếch
Đếm số photon bằng tế bào mắt ếch
Một tế bào cảm quang hình que lấy từ mắt ếch đã được xử lí thành một máy dò cực nhạy có khả năng đếm từng photon một và xác định sự kết hợp của những xung ánh sáng cực yếu. Được sáng tạo bởi các nhà nghiên cứu ở Singapore, nghiên cứu trên có thể đưa đến những máy dò ánh sáng lai tích hợp những tế bào sống.[prbreak]...[/prbreak]

Mắt người và những sinh vật sống khác là những máy dò ánh sáng cực nhạy và linh hoạt, chúng thường có thể hoạt động hiệu quả hơn các dụng cụ nhân tạo. Thật vậy, một tế bào cảm quang hình que trong võng mạc người sẽ chỉ phản ứng với một photon – công việc chỉ có những máy dò nhân tạo nhạy nhất mới có khả năng thực hiện.

Nghiên cứu mắt không những biết được cách chế tạo những máy dò ánh sáng tốt hơn, mà việc hiểu rõ hơn chức năng của nó có thể đưa đến sự phát triển của các dụng cụ “sinh lượng tử” (bioquantum) kết hợp với bộ phận sinh học và bộ phận nhân tạo để nghiên cứu các phương diện của quang học lượng tử ví dụ như ánh sáng “nén”.

Trong nghiên cứu mới nhất này, Leonid Krivitsky và các đồng sự tại Cơ quan Khoa học, Công nghệ và Nghiên cứu ở Singapore tập trung vào những tế bào hình que lấy từ mắt của con Ếch Chân vuốt châu Phi (Xenopus laevis), một loài đã được nghiên cứu nhiều bởi các nhà sinh học.

Ếch chân vuốt châu Phi (Xenopus laevis) (Ảnh: Shutterstock)​

Chặn dòng

Mỗi tế bào hình que có một đoạn ngoài (OS – outer segment) chứa quang sắc tố rhodopsin – một chất bị biến đổi hóa học khi phơi sáng. Khi ở trong tối, một dòng không đổi gồm những ion natrium, kalium và calcium chảy vào và chảy ra khỏi tế bào đó. Tuy nhiên, khi một photon đi tới rhodopsin, nó kích hoạt một chuỗi phản ứng hóa học làm tắt nghẽn một số kênh truyền ion. Kết quả là gây ra sự phân cực điện của tế bào, mang lại một tín hiệu điện được hệ thần kinh thu nhận và phản hồi lên não.

Từng tế bào hình que dài khoảng 50 μm và có đường kính khoảng 5 μm. Thí nghiệm bắt đầu với một tế bào hình que được hút vào trong một ống pipett nhỏ xíu và giữ sống bằng cách dìm trong một dung dịch đặc biệt tương tự như dịch chất có trong mắt. Ống micropipett còn tác dụng như một điện cực, cho phép dòng ion được phát hiện ra bằng một bộ khuếch đại mức nhiễu-thấp.

Đội khoa học đã sử dụng ánh sáng laser xanh (bước sóng 532 nm) để nghiên cứu phản ứng quang học của từng tế bào hình que. Đội khoa học đã chiếu vài loại khác nhau của xung laser vào các tế bào hình que và đo lấy phản ứng. Trước khi một xung sáng đi tới tế bào hình que, ánh sáng bị chia tách vào hai đường. Một đường tiếp tục đi tới tế bào hình que và đường kia đi tới một quang diode thác lở (APD) – một máy dò sáng cực nhạy có khả năng nhìn thấy từng photon độc thân. Bố trí quang học này được sử dụng như một giao thoa kế Hanbury–Brown–Twiss, cho phép đội khoa học xác định sự kết hợp của ánh sáng tới tại tế bào hình que.

Đếm photon

Trong một thí nghiệm, đội khoa học đã đo dòng quang điện tạo ra bởi tế bào hình que trong khi thay đổi số lượng photon trung bình trên mỗi xung từ 30 lên 16.000. Như trông đợi, dòng quang điện tăng theo dạng là một hàm của số photon rồi bão hòa ở giá trị khoảng 1000 photon. Đội nghiên cứu còn khảo sát cách tế bào hình que phản ứng với những loại khác nhau của xung ánh sáng – những xung ánh sáng laser kết hợp và những xung “giả nhiệt”. Xung giả nhiệt là những xung laser tập trung lên một cái đĩa đang quay tròn đã bị làm cho xù xì bằng cách chà giấy nhám. Ánh sáng lốm đốm thu được khi đó được gửi qua một màn chắn và hiện ra dưới dạng một xung ít kết hợp.

Các xung kết hợp và xung giả nhiệt có phân bố thống kê số photon khác nhau, và đội khoa học đã có thể sử dụng các tế bào hình que để phát hiện ra sự khác biệt đó. Theo các nhà nghiên cứu, điều này có nghĩa là các tế bào hình que có thể dùng làm những máy dò thống kê photon có độ nhạy cao. Kết hợp toàn bộ những phép đo lại, đội khoa học còn có thể kết luận rằng mỗi photon trong xung đó tương tác với chỉ một phân tử rhodopsin.

Mặc dù đội khoa học sử dụng các nguồn sáng cổ điển, nhưng thực tế các tế bào hình que có thể phân biệt giữa những xung kết hợp và xung giả nhiệt cho thấy chúng có thể được sử dụng trong quang học lượng tử và truyền thông lượng tử. Thật vậy, đội khoa học đã có kế hoạch nghiên cứu phản ứng của các tế bào hình que với ánh sáng hai photon tương quan.

123physics (Thư viện vật lí)​
Nguồn: physicsworld.com​
 
Định luật bức xạ Planck bị vi phạm ở cấp nano
Định luật bức xạ Planck bị vi phạm ở cấp nano

Trong một thí nghiệm mới, một sợi quang silic với đường kính chỉ 500 nm tỏ ra không tuân theo định luật bức xạ Planck. Thay vậy, theo các nhà vật lí người Áo tiến hành thí nghiệm trên, sợi quang đó nóng lên và nguội đi theo một lí thuyết khái quát hơn xem bức xạ nhiệt là một hiện tượng cơ bản toàn vẹn. Nghiên cứu trên có thể đưa đến những bóng đèn nóng sáng hiệu quả hơn và có thể cải thiện kiến thức của chúng ta về sự biến đổi khí hậu của Trái đất.[prbreak]...[/prbreak]

Là một cột trụ của nhiệt động lực học, định luật Planck mô tả mật độ năng lượng ở những bước sóng khác nhau của bức xạ điện từ phát ra bởi một “vật đen” biến thiên như thế nào theo nhiệt độ của vật. Nó được thiết lập bởi nhà vật lí người Đức Max Planck vào đầu thế kỉ 20 sử dụng khái niệm lượng hóa năng lượng làm tiền đề và là cơ sở cho cơ học lượng tử. Trong khi một vật đen là một vật lí tưởng hóa, hấp thụ và phát xạ hoàn hảo, nhưng định luật Planck thật sự mang lại những tiên đoán rất chính xác cho phổ bức xạ của những vật thực tế một khi những tính chất bề mặt của những vật đó, ví dụ như màu sắc và độ gồ ghề, được xét đến.

Tuy nhiên, các nhà vật lí đã biết trong nhiều thập niên qua rằng định luật Planck không áp dụng được cho những vật có kích cỡ nhỏ hơn bước sóng của bức xạ nhiệt. Planck đã giả định rằng toàn bộ bức xạ đi tới một vật đen sẽ bị hấp thụ tại bề mặt của vật đó, gợi ý rằng bề mặt đó cũng là một vật phát hoàn hảo. Nhưng nếu vật đó không đủ dày, thì bức xạ tới có thể rò rỉ sang phía bên kia của vật thay vì bị hấp thụ, thành ra làm giảm sự phát xạ của nó.

Phía trên là bố trí thí nghiệm đo tốc độ nóng lên và nguội đi của một sợi quang dày 500 nm. Bên dưới là ảnh chụp hiển vi điện tử của sợi quang đó. (Ảnh: Christian Wuttke)​

Những dị thường phổ đã được phát hiện trước đây

Những nhóm nghiên cứu khác trước đây đã chứng minh rằng những vật nhỏ xíu không hành xử như Planck tiên đoán. Ví dụ, hồi năm 2009 Chris Regan và các đồng sự tại trường Đại học California, Los Angeles, báo cáo rằng họ đã tìm thấy những dị thường trong phổ bức xạ phát ra bởi một ống nano carbon chỉ rộng 100 nguyên tử.

Trong nghiên cứu mới nhất này, Christian Wuttke và Arno Rauschenbeutel thuộc trường Đại học Công nghệ Vienna thu được một kết quả còn tốt hơn với việc chứng minh thực nghiệm rằng phổ phát xạ của một vật nhỏ xíu khớp với dự đoán của một lí thuyết khác.

Để tạo ra sợi quang dày 500 nm dùng trong thí nghiệm của mình, Wuttke và Rauschenbeutel đã làm nóng và kéo một sợi quang thường. Sau đó họ làm nóng đoạn cực mỏng đó, nó dài vài mm, bằng cách chiếu một chùm laser qua nó và sử dụng một laser khác để đo tốc độ nóng lên và sự nguội đi sau đó. Bị phản xạ giữa hai cái gương tích hợp vào trong sợi quang cách nhau một khoảng cách cố định, chùm laser thứ hai này chạy trong chu trình cộng hưởng khi nhiệt độ biến thiên là thay đổi chiết suất của sợi quang và do đó làm thay đổi bước sóng của bức xạ đi qua nó.

Điện động lực học thăng giáng

Bằng cách đo thời gian giữa các cộng hưởng, các nhà nghiên cứu tìm thấy sợi quang đó nóng lên và nguội đi chậm hơn nhiều so với dự đoán bởi định luật Stefan–Boltzmann. Định luật này là một hệ quả của định luật Planck và xác định công suất toàn phần phát ra bởi một vật có liên quan như thế nào với nhiệt độ của nó. Thay vậy, họ tìm thấy tốc độ quan sát được rất khớp với dự đoán của một lí thuyết gọi là điện động lực học thăng giáng, lí thuyết không những xét các tính chất bề mặt của vật, mà còn xét kích cỡ và hình dạng của nó, cộng với độ dài hấp thụ đặc trưng của nó. “Chúng tôi là nhóm đầu tiên đo được công suất bức xạ toàn phần và chứng minh định lượng rằng nó phù hợp với các dự đoán trên mô hình,” Wuttke nói.

Theo Wuttke, nghiên cứu mới trên có thể có những ứng dụng thực tiễn. Chẳng hạn, theo ông, nó có thể đưa đến sự tăng hiệu suất của các bóng đèn nóng sáng truyền thống. Những dụng cụ như vậy phát ra ánh sáng vì chúng nóng lên đến điểm mà cực đại của phổ phát xạ của chúng nằm gần những bước sóng nhìn thấy, nhưng chúng tiêu hao rất nhiều năng lượng vì phần lớn công suất của chúng vẫn phát ra ở những bước sóng hồng ngoại. So sánh một sợi tóc bóng đèn dày 500 nm với một anten rất ngắn, Wuttke giải thích rằng nó sẽ không đủ dày để phát hiệu quả bức xạ hồng ngoại, bức xạ có bước sóng khoảng trên 700 nm, vì thế làm giảm sự phát xạ ở những bước sóng này và tăng sự phát xạ ở những bước sóng khả kiến ngắn hơn. Tuy nhiên, ông trình bày rằng trong khi sợi thủy tinh là lí tưởng trong phòng thí nghiệm, nhưng nó sẽ là một ứng cử viên tồi cho ứng dụng hàng ngày, vì nó là một chất cách diện và nó trong suốt với ánh sáng nhìn thấy. “Cần có nhiều nghiên cứu để tìm ra một chất liệu dẫn điện và dễ dàng nóng lên, trong khi có khả năng chế tạo đủ nhỏ và với số lượng lớn,” ông nói.

Các ứng dụng khí quyển

Nghiên cứu trên còn giúp chúng ta hiểu rõ hơn những hạt nhỏ trong khí quyển, ví dụ như những hạt tạo ra bởi sự xói mòn đất, sự cháy hay núi lửa phun, có đóng góp như thế nào đối với sự biến đổi khí hậu. Những hạt như vậy có thể làm nguội Trái đất, bằng cách phản xạ bước sóng mặt trời đến, hoặc là ấm Trái đất, bằng cách hấp thụ bức xạ nhiệt từ hành tinh chúng ta, giống như các chất khí nhà kính vậy. Theo Wuttke, “Cái đẹp của điện động lực học thăng giáng là chỉ cần biết hình dạng và đặc trưng hấp thụ của chất liệu là bạn có thể tính toán từ những nguyên lí cơ bản mức hiệu suất và nó đang hấp thụ và phát ra bức xạ nhiệt ở những bước sóng nào”. Nhưng ở đây cần có thêm nỗ lực để áp dụng nghiên cứu trên cho các điều kiện khí quyển thực tế.

Tuy nhiên, có một thứ mà Wuttke và Rauschenbeutel đảm bảo là nghiên cứu của họ không làm suy yếu cơ học lượng tử. Theo Rauschenbeutel, lí thuyết Planck bị hạn chế bởi giả thuyết rằng sự phát xạ và hấp thụ là những hiện tượng bề mặt thuần túy và bỏ qua những hiện tượng sóng. Mặt khác, nguyên lí lượng tử hóa năng lượng của ông vẫn có giá trị. “Lí thuyết mà chúng tôi kiểm tra sử dụng các thống kê lượng tử,” ông nói, “nên nó không mâu thuẫn với cơ học lượng tử.”

123physics (thuvienvatly.com)​
Nguồn: physicsworld.com​
 
Last edited:
Các photon nặng quá nhẹ để là vật chất tối
Các photon nặng quá nhẹ để là vật chất tối

Buồn thay, vật chất tối không được cấu tạo từ ánh sáng. Điều đó nghe có vẻ hiển nhiên, nhưng nhiều nhà vật lí đã và đang nuôi hi vọng rằng các photon – những hạt ánh sáng – có thể giúp chúng ta ghép lại những mảnh bản chất của chất liệu bí ẩn mà người ta cho là chiếm tới 85% vật chất trong vũ trụ.

Nhưng theo Vitor Cardoso thuộc trường Đại học Kĩ thuật Lisbon ở Bồ Đào Nha và các đồng sự thì có lẽ họ đã bác bỏ được quan điểm này.[prbreak]...[/prbreak]

Một số lí thuyết đã gợi ý rằng “các photon nặng”, những phiên bản giả định của những hạt photon không khối lượng vốn quen thuộc hơn, có thể là vật chất tối. Theo quan điểm đó, photon nặng sẽ có một khối lượng nhất định và có thể mang một lực cơ bản chưa biết cho phép nó chỉ tương tác với những photon bình thường – làm ẩn nó một cách hiệu quả trước thế giới nhìn thấy.

Sóng photon (Ảnh: Wikipedia)​

Trong trường hợp đó, các photon nặng đi qua gần những lỗ đen sẽ có những hiệu ứng có thể để ý thấy được, Cardoso nói.

Khi đa số những hạt có khối lượng tiến đến quá gần một lỗ đen, chúng rơi vào trong, không bao giờ được nhìn thấy lần nữa. Những photon không khối lượng có thể sớt qua bờ vực nguy hiểm nếu chúng có quỹ đạo thích hợp. Nhưng một photon có khối lượng rất nhỏ có thể đi vào quỹ đạo của lỗ đen đang quay tròn và đánh cắp một phần moment động lượng của nó. Nếu các điều kiện thích hợp, thì quá trình này có thể tiếp tục cho đến khi những hạt đang quay tròn làm chậm lỗ đen nhiều đến mức cuối cùng thì nó ngừng quay.

Cardoso và các đồng sự đã tính được thời gian cần thiết để những photon có khối lượng nhất định rút hết spin của một lỗ đen. Sau đó họ đã khảo sát dữ liệu về tuổi và tốc độ quay của tám lỗ đen siêu khối. Tuổi của những lỗ đen đang quay tròn già nhất đặt ra một giới hạn trên lên khối lượng của photon. Nếu nó thật sự tồn tại, thì photon nặng phải nhẹ hơn 10-20 electron volt – một giá trị rất không có khả năng xảy ra – theo kết luận của đội nghiên cứu. (arxiv.org/abs/1209.0465).

“Chúng tôi đang ràng buộc và gạt sang một bên những gì không phải là vật chất tối,” Cardoso nói.

Alfred Goldhaber thuộc trường Đại học Stony Brook ở New York cho biết nếu các lỗ đen có plasma tích điện xoáy xung quanh chúng, thì chuyển động bị chậm lại của một photon đi qua plasma đó có thể khiến nó hành xử như thể nó có khối lượng, dẫn tới những tính toán sai lạc. Cardoso bào chữa rằng khối lượng biểu kiến này chỉ ảnh hưởng đến những cái ở thang bậc dưới nguyên tử - còn khối lượng thật sự của photon là cái đang xét ở kích cỡ của lỗ đen.

123physics (thuvienvatly.com)​
Nguồn: New Scientist​
 

Tài liệu mới

Top