5 hiện tượng không tưởng có thể xảy ra dưới góc nhìn vật lý

Máy vĩnh cửu

Nhiều nhà khoa học vĩ đại đã dành cả đời theo đuổi ý tưởng về một thiết bị có thể chuyển động và làm được những việc có ích mà không sử dụng năng lượng bên ngoài, trong đó có Leonardo da Vinci, Robert Boyle, và Blaise Pascal, theo New Scientist.

Mô tả tinh thể thời gian. (Ảnh: iStock).

Trong khi những thiết kế về cỗ máy vĩnh cửu cho đến giờ vẫn chưa thực sự thỏa mãn các định luật vật lý thì "tinh thể thời gian" của nhà khoa học đoạt giải Nobel Frank Wilczek lại hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu về cỗ máy vĩnh cửu.

"Tinh thể thời gian" là một loại vật chất có thể lập lại vĩnh viễn trong không-thời gian bốn chiều. Chúng chuyển động liên tục mãi mãi và không bao giờ đạt trạng thái cân bằng nhiệt. Mặc dù những thí nghiệm về loại vật chất này trong khuôn khổ phòng thí nghiệm không đem lại bất cứ điều gì hữu ích, nhưng sự tồn tại của chúng đã chứng minh được dạng chuyển động vĩnh cửu hoàn toàn có thể xảy ra.

Máy viễn tải

Viễn tải là một cỗ máy không tưởng, có thể trong tích tắc phân chia bạn thành nhiều hạt nhỏ, rồi tập hợp các hạt lại thành chính bạn ở phía bên kia của Trái Đất. Dù điều này rất kỳ dị, nhưng thực tế không có một định luật vật lý nào cấm nó xảy ra. Năm 2008, trong cuốn "Vật lý của những điều không thể", nhà vật lý Michio Kaku đã xếp viễn tải vào dạng công nghệ hoàn toàn có thể trở thành hiện thực.

Máy viễn tải trong bộ phim khoa học viễn tưởng Star Trek. (Ảnh: Outer Places).

Thực tế nguyên lý viễn tải đã được các nhà khoa học chứng mình ở mức độ các hạt hạ nguyên tử bằng cách sử dụng hiện tượng rối lượng tử - một hiện tượng cho phép thông tin và trạng thái lượng tử có thể được truyền đi gần như tức thời trong không gian.

Thí nghiệm viễn tải lượng tử đầu tiên được thực hiện năm 1997, cho phép trạng thái lượng tử của một hạt ánh sáng được tái tạo lại ở khoảng cách vài chục centimet. Hiện nay, kỷ lục viễn tải lượng tử có thể dịch chuyển các hạt tới khoảng cách hơn 100 km.

Nhiệt độ âm

Chúng ta phải làm quen với những điều hiển nhiên khi sống trên Trái Đất. Không gì có thể nhanh hơn ánh sáng, không thể chia được cho số 0, và không có vật nào có nhiệt độ thấp hơn 0 độ tuyệt đối (Kelvin).

0 độ tuyệt đối, tương ứng với khoảng 273 độ C, là nhiệt độ tại đó các nguyên tử ngừng chuyển động. Điều này dường như họp lý khi chúng ta không thể có nhiệt độ thấp hơn. Thực tế gần đây các nhà vật lý đã chứng minh chúng ta thậm chí không thể đạt tới 0 độ tuyệt đối. Tuy nhiên, về nguyên tắc nhiệt độ được phản ánh qua sự chuyển động và trật tự của vật chất. Khi các vật chất đã ngừng chuyển động, ta có thể hạ nhiệt độ của chúng xuống bằng cách làm chúng có "trật tự" hơn.

Năm 2013, các nhà vật lý tại Đại học Ludwig Maximilian đã làm lạnh một tập hợp các nguyên tử tới gần 0 độ tuyệt đối và sắp xếp chúng một cách "ngăn nắp" hơn, tạo ra một nhiệt độ về mặt kỹ thuật thấp hơn 0 độ tuyệt đối.

Hôn nhân giữa vật chất và phản vật chất

Theo các định luật vật lý, cuộc hôn nhân giữa vật chất và phản vật chất là hiện tượng khi các vật chất gặp phản vật chất của chúng, cả hai sẽ bị triệt tiêu và sinh ra năng lượng. Như vậy hoặc là chúng ta đang may mắn sống trong một vũ trụ với rất ít phản vật chất hoặc giả chúng có quá ít cơ hội để gặp nhau.

Tuy nhiên, một số vật chất lại cùng tồn tại với chính phản vật chất của chúng, ví dụ như hạt Majorana. Những hạt này có khả năng tự triệt tiêu trong những điều kiện nhất định. Trong thực tế, khi một điện tử được kích thích trong chất bán dẫn, chúng sẽ để lại một lỗ trống mang điện tích dương, được xem như phản vật chất của điện tử.

Nếu bằng cách nào đó, chúng ta cho điện tử tái hợp với lỗ trống, hiện tượng tương tự như vật chất gặp phản vật chất, chúng sẽ tan biến giống như một hạt Majorana vậy.

Áo khoác tàng hình

Nhiều người cho rằng áo khoác tàng hình của Harry Portter chỉ là một sản phẩm của phim viễn tưởng về một tấm vải thần kỳ có khả năng biến mọi thứ bên trong nó trở nên trong suốt. Nhưng thực tế có một loại vật liệu nhân tạo có khả năng làm được điều này, đó là siêu vật liệu metamaterials.

Áo khoác tàng hình có khả năng trở thành sự thực trong tương lai. (Ảnh: CNN).

Nguyên lý đằng sau khả năng kỳ diệu này của metamaterials rất đơn giản. Sóng ánh sáng bị bẻ cong xung quanh vật thể khi chúng được phủ lớp siêu vật liệu này, khiến cho hình ảnh về vật thể không phản xạ lại mắt bạn giống như hiện tượng nước chảy xung quanh một viên sỏi giữa dòng sông.

Áo khoác tàng hình đã được chế tạo thành công để làm "tàng hình" các vật thể ở vùng bước sóng dài như sóng radar. Khả năng "tàng hình" của vật liệu metamaterials cũng có tác dụng đối với sóng âm, giúp cho chúng có thể được sử dụng như những chiếc khiên uốn các chấn động cơ học đi vòng qua, bảo vệ các thành phố, khu dân cư khỏi động đất.

Tuy nhiên, chế tạo ra chiếc áo khoác tàng hình thực sự ở vùng ánh sáng nhìn thấy với những vật thể lớn như con người vẫn còn là một thách thức lớn đối với công nghệ chế tạo vật liệu nano hiện nay.