Is it possible to create a perfect vacuum? - Rolf Landua and Anais Rassat

Translator: Tam Nguyen Reviewer:

Vũ trụ đầy ắp vật chất và năng lượng.

The universe is bustling with matter and energy.

Even in the vast apparent emptiness of intergalactic space,

Thậm chí, tận ngoài dải thiên hà,

there's one hydrogen atom per cubic meter.

mỗi mét khối không gian vẫn còn chứa một nguyên tử hydro

That's not the mention a barrage of particles

Đó là chưa nói đến sự cản trở của các hạt

and electromagnetic radiation

và bức xạ điện từ

passing every which way from stars, galaxies, and into black holes.

khi đi qua các vì sao, dải ngân hà, vào các hố đen vũ trụ.

There's even radiation left over from the Big Bang.

Thậm chí, bức xạ từ vụ nổ Big Bang vẫn còn sót lại đến ngày nay.

So is there such thing as a total absence of everything?

Vậy, liệu có tồn tại khoảng không hoàn toàn không chứa vật chất?

This isn't just a thought experiment.

Đây không phải chỉ là một ý tưởng thể nghiệm.

Empty spaces, or vacuums, are incredibly useful.

Không gian trống, hay chân không, cực kì hữu ích.

Inside our homes, most vacuum cleaners work

Ở nhà chúng ta, đa số máy hút bụi hoạt động

by using a fan to create a low-pressure relatively empty area

dựa vào quạt để tạo ra không gian trống có áp suất thấp

that sucks matter in to fill the void.

và hút vật chất vào để bù lấp.

But that's far from empty.

Nhưng nó không hề trống rỗng,

There's still plenty of matter bouncing around.

mà vẫn còn rất nhiều vật chất xung quanh.

Manufacturers rely on more thorough, sealed vacuums

Các nhà sản xuất còn sử dụng chân không được đóng kín

for all sorts of purposes.

cho nhiều mục đích.

That includes vacuum-packed food that stays fresh longer,

Bao gồm thực phẩm được hút chân không để tươi lâu hơn,

and the vacuums inside early light bulbs that protected filaments from degrading.

và chân không trong các bóng đèn mới để bảo vệ dây tóc khỏi hao mòn.

These vacuums are generally created with some version

Những vùng chân không này thường được tạo ra

of what a vacuum cleaner does

bằng nguyên lý tương tự như máy hút bụi

using high-powered pumps that create enough suction

sử dụng máy bơm năng suất cao tạo đủ sức hút

to remove as many stray atoms as possible.

để loại bỏ nhiều nguyên tử rải rác nhất có thể.

But the best of these industrial processes

Nhưng ngay cả quy trình công nghiệp tốt nhất

tends to leave hundreds of millions of atoms

vẫn để sót lại hàng trăm triệu nguyên tử

per cubic centimeter of space.

trên mỗi mét vuông.

That isn't empty enough for scientists who work on experiments,

Khoảng không đó không đủ trống để các nhà khoa học làm thí nghiệm,

like the Large Hadron Collider,

như với máy gia tốc hạt lớn,

where particle beams need to circulate at close to the speed of light

nơi các chùm hạt cần di chuyển gần với tốc độ ánh sáng

for up to ten hours without hitting any stray atoms.

trong vòng mười tiếng mà không va phải bất kỳ nguyên tử rải rác nào.

So how do they create a vacuum?

Vậy, họ tạo ra chân không bằng cách nào?

The LHC's pipes are made of materials, like stainless steel,

Ống của máy gia tốc được làm từ vật liệu, như thép không gỉ,

that don't release any of their own molecules

không giải phóng phân tử,

and are lined with a special coating to absorb stray gases.

và được phủ một lớp đặc biệt để hấp thụ các khí rải rác.

Raising the temperature to 200 degrees Celsius

Tăng nhiệt độ lên 200 độ C,

burns off any moisture,

đốt cháy hết độ ẩm,

and hundreds of vacuum pumps take two weeks to trap enough gas and debris

và hàng trăm máy hút chân không cần đến hai tuần

để hút đủ khí và mảnh vụn ra khỏi các ống

out of the pipes for the collider's incredibly sensitive experiments.

để có thể tiến hành thí nghiệm trên máy gia tốc cực kì nhạy cảm.

Even with all this,

Với tất cả điều này, máy gia tốc hạt lớn, thậm chí,

the Large Hadron Collider isn't a perfect vacuum.

vẫn chưa phải là chân không tuyệt đối.

In the emptiest places, there are still

Những nơi trống nhất, vẫn còn tới

about 100,000 particles per cubic centimeter.

khoảng 100,000 hạt mỗi mét vuông.

But let's say an experiment like that could somehow get every last atom out.

Nhưng giả sử một thí nghiệm có thể loại bỏ đến nguyên tử cuối cùng,

There's still an unfathomably huge amount of radiation all around us

thì vẫn còn một lượng phóng xạ vô cùng lớn ở xung quanh

that can pass right through the walls.

có thể đi xuyên tường.

Every second, about 50 muons from cosmic rays,

Mỗi giây, có khoảng 50 hạt moun từ các tia vũ trụ,

10 million neutrinos coming directly from the Big Bang,

10 triệu hạt neutrino trực tiếp từ vụ nổ Big Bang,

30 million photons from the cosmic microwave background,

30 triệu hạt photon từ nền vi sóng vũ trụ,

and 300 trillion neutrinos from the Sun pass through your body.

và 300 nghìn tỉ hạt neutrino từ mặt trời đi qua cơ thể bạn.

It is possible to shield vacuum chambers with substances,

Có thể che chắn buồng chân không bằng các chất, như nước,

including water,

that absorb and reflect this radiation,

có khả năng hấp thụ và phản xạ sự bức xạ này,

except for neutrinos.

ngoại trừ các hạt heutrino.

Let's say you've somehow removed all of the atoms

Giả sử bạn loại bỏ được tất cả các nguyên tử

and blocked all of the radiation.

và chặn tất cả bức xạ.

Is the space now totally empty?

Liệu không gian lúc này đã hoàn toàn trống rỗng?

Actually, no.

Thực tế là không.

All space is filled with what physicists call quantum fields.

Mọi không gian đều được lắp đầy

bởi cái mà vật lý gọi là trường lượng tử.

What we think of as subatomic particles,

Thứ mà ta nghĩ là hạt hạ nguyên tử,

electrons and photons and their relatives,

electron và photon và họ hàng của chúng,

are actually vibrations in a quantum fabric

thực chất, những rung động ở dãy lượng tử xảy ra trong toàn vũ trụ.

that extends throughout the universe.

And because of a physical law called the Heisenberg Principle,

Và theo nguyên tắc vật lý Heisenberg,

these fields never stop oscillating,

những vùng này không ngừng dao động,

even without any particles to set off the ripples.

ngay cả khi không có hạt nào để tạo ra gợn sóng.

They always have some minimum fluctuation called a vacuum fluctuation.

Chúng luôn có sự biến động tối thiểu gọi là dao động chân không.

This means they have energy, a huge amount of it.

Nghĩa là chúng có năng lượng, một lượng rất lớn.

Because Einstein's equations tell us that mass and energy are equivalent,

Vì phương trình của Einstein cho ta biết khối lượng và năng lượng là tương đướng

the quantum fluctuations in every cubic meter of space

dao động chân không ở mỗi mét vuông không gian

have an energy that corresponds to a mass of about four protons.

có năng lượng tương ứng với khối lượng của khoảng bốn hạt proton.

In other words, the seemingly empty space inside your vacuum

Nói cách khác, chân không, trông có vẻ trống rỗng

would actually weigh a small amount.

nhưng vẫn có một trọng lượng nhỏ.

Quantum fluctuations have existed since the earliest moments of the universe.

Dao động lượng tử đã tồn tại từ thưở sơ khai của vũ trụ.

In the moments after the Big Bang,

Sau vụ nổ Big Bang, khi vũ trụ mở rộng,

as the universe expanded,

they were amplified and stretched out to cosmic scales.

nó được phóng đại và kéo dài với quy mô vũ trụ.

Cosmologists believe that these original quantum fluctuations

Các nhà vũ trụ học tin rằng các dao động lượng tử ban đầu này

were the seeds of everything we see today:

chính là nguồn gốc của mọi thứ ta nhìn thấy hôm nay:

galaxies and the entire large scale structure of the universe,

các dải ngân hà và toàn bộ cấu trúc rộng lớn của vũ trụ,

as well as planets and solar systems.

cũng như các hành tinh và hệ mặt trời.

They're also the center of one of the greatest scientific mysteries of our time

Chúng cũng là trung tâm của những bí ẩn khoa học lớn nhất hiện nay,

because according to the current theories,

bởi theo các giả thuyết gần đây,

the quantum fluctuations in the vacuum of space

những dao động lượng tử trong chân không ngoài vũ trụ

ought to have 120 orders of magnitude more energy than we observe.

phải có hơn 120 bậc độ lớn so với năng lượng mà ta quan sát thấy.

Solving the mystery of that missing energy

Giải được bí ẩn về năng lượng thiếu sót đó

may entirely rewrite our understanding of physics and the universe.

có thể lật lại toàn bộ hiểu biết của ta về vật lý và vũ trụ.