Từ trường mặt trời làm cong môi trường xung quanh nó ppt

Từ trường mặt trời làm cong môi
trường xung quanh nó
Từ trường trải rộng của Mặt trời mang lại một lá chắn thiết yếu cho các
nhà du hành vũ trụ; nếu không có nó, họ sẽ phải hứng chịu những tia vũ trụ
chết chóc đến từ bên ngoài hệ mặt trời.
Naymộtnhómnghiên cứu ở Anh và Mĩ vừa đưara một lời giải thích làm thế
nào từ trưởng bảo vệ này đượcsinh ravà duytrì bởi những quá trìnhdữ dội tại bề
mặtTháidương. Cáckết quả mang lại một cái nhìn sâu sắc nữa vào từ trường mặt
trời – mộthệ vật líhết sức phức tạp.
Giống như Trái đất,chuyển động hỗn loạn của phần bên trong Mặttrời tạo ra một
từ trường quy mô lớn có thànhphần chínhlà một lưỡngcực.Nhưngtrongkhi
trường lưỡng cực của Tráiđất đảo chiều một lần trongmỗi hàngtriệu năm, thì từ
trường của Mặt trời lại đảo chiều nhanhhơn, với cực bắc vànamcủa nó đảo lại
trong mỗi 11 năm. Sự có mặtcủa từ trườngMặt trờicòntạo ra nhật quyển,một
cấu trúckiểu bọt bóng rộng mênh mông baoxung quanh Mặt trời.
Nhật quyển đượcđiều khiển và duy trìbởi gió mặt trời, dònghạttích điện phát ra
liên tục từ khí quyển tầng trêncủa Mặt trời.Dòng từ tuôn chảy còn bị kéo vàonhật
quyển với gió mặt trời, tạo racái cácnhàthiên văn vật lí gọi là từ trường “mở” của
Mặttrời. Hơn50 nămqua, cácphithuyền đã có thể quan sát trực tiếp từ trường
mở đó, chophép các nhà vật lí nghiên cứu mặt trời tìm kiếm cáckiểu biến thiên
của nó. Đặc biệt, các nhà vậtlí đã và đang tìmkiếm một mối liênhệ giữa dòng từ
đang biến thiên vàchu kì mặt trời 11 năm. Trongvòng tuầnhoàn của chu kì mặt
trời, lượng mặttrời do Mặt trời phát ra biến thiên từ một thời kìim ắng đến một
đợt hoạt động tăng cường, đạt cực đại khitừ trường mặt trời đảo cực.
Nay một đội nghiên cứu đứngđầu làMathewOwens tại trường Đại học Reading ở
Anh vừa tiến thêmmột bước hướng đến mục tiêu này vớiviệc xác lập một mối liên
hệ giữa dòngtừ đangtuôn ravà các điều kiệnđang thịnh hành tại bề mặt Mặttrời.
Họ tiếpcận vấn đề bằngcách kết hợpmộtmôhình nhật hoa với các quansátnhật
quyển từ trên mặtđất vàtrênkhông gian thu thập trong chu kì mặt trời vừa qua
bởi các sứ mệnh như Đài thiênvăn Mặt trờivà Nhật quyển (SOHO).
Đội của Owen phát hiện thấytốc độ dòngtừ bị mất từ nhật hoa dường như bị chi

phốibởi mức độ “sạch”của ranhgiới từ giữa các phía bắc và nam củanhật quyển.
Nơi ranhgiới phân chia bị uốn, nó dẫn tới nhiều thônglượng từ bị kéo ra về phía
nhật quyển. “Điều lạ nhất trongbài báo này là họ đưavào xemxéthìnhthái học
toàncầuba chiều của cấu trúc gió mặt trời ảnh hưởngđến sự biến thiên cườngđộ
từ trường của gió mặt trời”, phát biểu của Sarah Gibson,mộtnhànghiên cứu tại
Trung tâm Quốcgia Nghiên cứu Khí quyển (NCAR)ở Colorado.
Tuy nhiên,nghiên cứutrên không liên hệ được cácđiều kiện trong nhật quyểnvới
các vết đen mặt trời, các vùng trên bề mặt Mặt trời nơi từ trường xuấthiện thành
những bólớn. Các vết đenmặt trời xuấthiện nhiều nhất trong thời kì hoạt động
của Mặt trời khinóđạt tới cường độ mạnh nhất à chúngthường dẫn tới các tai lửa
mặttrời cóthể là một hiểmhọa đốivới sự ruyền thông trên Trái đất. Vẫn còn
nhiều tranhcãi trong cộng đồngkhoahọc về guyên do gâyra sự imắnggần đây
trong hoạt độngmặt trời, thời kì đã kết thúcđâu hồi năm ngoái và kéo dài hơn
thường lệ chừng hainăm. Owens tin rằngchúng ta đang đối mặt trước một Mặt
trời nói chung yên ả hơn trongchu kì mặt trời tiếp theo với ít cơn bão từ hơn,m
nguy cơ đối với sự truyền
thông. Tuynhiên, sẽ có ít dòng từ bổ sung cho nhật quyển hơn, làm yếu đi lá chắn
cho các nhà du hành vũ trụ và các thiết bị khoa học đặt trên không gian trướccác
tia vũ trụ từ thiênhà đến.
Đã đến lúc kiểm tra ‘lí thuyết
của tất cả
Lí thuyết dây ban đầu được phát triển để mô tả các hạt sơ cấp và các
lực cơ bản cấu tạo nên vũ trụ của chúng ta.
Một nghiên cứu mới,domộtđội tại trườngImperial College London thực
hiện, công bố trong số ra ngày 2tháng 9 củatạp chí Physical Review
Letters,mô tả sự khámphá bất ngờ rằng lí thuyết dây dường như còn tiên đoán
được hành trạng của các hạt lượng tử bị vướng víu.Vì tiên đoán này có thể kiểm
tra trongphòng thí nghiệm, cho nên lúc này các nhà nghiên cứuđã có thể kiểm tra
lí thuyết dây rồi. Hơn 25năm qua, lí thuyết dây đã trở thành đối thủ ưa thích của
các nhà vật lí cho‘lí thuyết củatất cả’,nó dung hòa cáichúng tabiếtvề cái vô cùng

nhỏ từ lĩnh vực vật líhạt vớikiến thứccủa chúng ta về cái vô cùng lớn từ nghiên
cứu của chúng ta về vũ trụ. Việc sử dụng lí thuyết dây để dự đoán các hạt lượngtử
bị vướngvíu hành xử như thế nào manglạicơ hội số một để kiểmtra lí thuyếtnày
bằngthực nghiệm.
“Nếu các thí nghiệm chứng tỏ các dự đoán của chúngtôi về sự vướng víu lượng tử
là chínhxác, thì kếtquả này sẽ chứng minhrằng lí thuyết dây ‘có tác dụng’ tiên
đoán hành trạng của các hệ lượng tử bị vướngvíu”, theo giáo sư MikeDuff FRS,tác
giả đứng đầu nhóm nghiên cứutại
Khoa Vật lí Lí thuyết ở trường Imperial College London.“Đây sẽ khôngphải là
bằngchứng rằng líthuyết dây đúnglà ‘lí thuyết của tấtcả’ mà các nhà vũ trụ học và
các nhà vật lí hạt đã vàđang tìm kiếm. Tuynhiên,nó sẽ rất quan trọngđối với các
nhà lí thuyết vì nó sẽ chứng minhđược lí thuyết dây có hoạt độnghaykhông, kể cả
việc nócó ứng dụngnào hay khôngtrong mộtlĩnh vựcvật lí bất ngờ vàkhông có
liên quangì”, giáo sư Duff nói.
Giáo sư Duffnhớ lại lần dự một hội nghị ở Tasmania, khi đó một ngườiđồng
nghiệp đang trình bày các công thức toán học mô tả sự vướng
víu lượng tử: “Tôi bất ngờ nhận thấy các công thứccủa ông ta giốngvới mộtsố
công thức tôi đã phát triển mộtvài năm trướcđó trong khi sử
dụnglí thuyết dây để môtả các lỗ đen. Khi tôi trở về Anh,tôi đã kiểm tra sổ tay ghi
chépcủa mình và xác nhận rằng cơ sở toán học từ những
lĩnh vựcrất khác nhaunày thật ralà y hệt nhau”. Việc phát hiện lí thuyết dây có vẻ
đưa ra được cáctiên đoán về sự vướng víu lượng tử là hoàn
toànbất ngờ, nhưngvì sự vướng víu lượng tử có thể đo đượctrong phòngthí
nghiệm,cho nênđiều đó có nghĩalàcuối cùng cácnhànghiên cứu đã có thể kiểm
tra cáctiên đoán xây dựng trên nền tảng líthuyết dây. Chẳng có mối liênhệ rõ ràng
nào giải thích tạisao một lí thuyết được
pháttriểnđể mô tả các nguyên lí hoạt động cơ bản củavũ trụ lại hữu ích trong việc
tiên đoán hành trạng của cáchệ lượng
tử bị vướngvíu. “Điều này có thể chochúng ta biết cái gì đó rất sâu sắc về thế giới
mà chúng ta đang sống trongđó, haycó lẽ nó chẳng gì hơn là mộtsự trùnghợp

ngẫu nhiên. Dù saochăng nữa, nó thậtsự hữu ích”, giáo sư Duff kếtluận.
Lí thuyết dây
Lí thuyết dây, vàmở rộngcủa nó – lí thuyết M,là những môtả toán học của vũ trụ.
Chúng được phát triển trong hơn 25 năm qua bởicác nhà lí
thuyết tìm cách dunghòa lí thuyết tương đối rộngvà cơ học lượng tử. (Thuyết
tương đối rộng mô tả vũ trụ ở cấp độ vũ trụ học – cái vô cùng lớn, còn cơ học
lượng tử mô tả vũ trụ ở cấp độ vật lí hạt – cái vô cùngnhỏ).Mộttrong những vấn
đề lớn khó giải quyết, đặc biệt là của lí thuyết M, là nó mô tả hàng tỉ vũ trụ khác
nhau và ‘mọi thứ’ có thể cư trú trong một vũ trụ này hoặc một vũ trụ khác theolí
thuyết M.Các nhà nghiêncứu không có cách nào kiểm tra xemcâu trả lời nào
trong số các đáp ánmà lí thuyết dây/lí thuyết M cungcấp cho chúng
ta là đúng. Thậtvậy, chúng đềucó thể đúng và chúng ta sống trong một vũ trụ
trong vôvàn vũ trụ. Cho đến nay, chẳng ai cóthể đưa ra mộttiên đoán,sử dụng lí
thuyết dây, có thể kiểm tra được xem làđúng haykhông.Sự vướng víu qubit (bit
lượng tử)
Dưới những điều kiện được điều khiển hết sức chínhxác, người ta cóthể làm
vướngvíu các tính chất của haihạt lượng tử (haibitlượng tử,
hay qubit), thí dụ như haiphoton. Nếu sau đó bạnđo trạng thái của một trong hai
hạt bị vướng víu này, thì lậptức bạn làm ảnhhưởng đếntrạng thái của hạt kia.Và
điều nàyđúngnếu như các hạt ở gầnnhau hoặc cáchnhau khoảngcáchhết sức lớn.
Vì thế mà Einstein đã mô tả sự vướngvíu lượng tử là ‘tác dụng maquỷ xuyên
khoảng cách’. Cóthể làm vướngvíu nhiều hơn haiqubit, nhưng việc tính toán làm
thế nào các hạt bị vướng víu với nhau trở nên ngày mộtphứctạp khi có nhiều hạt
thamgia. Giáo sư Duff cùngcác đồng nghiệp củaông nhận ra rằng mô tả toánhọc
của kiểu vướng víu giữa ba qubit tươngtự như mô tả toán học, tronglí thuyết dây,
của một họ lỗ đen đặcbiệt. Từ đó, bằng cách kếthợp kiến thứccủa họ về hai trong
những hiện tượng lạ lùng nhất trong vũ trụ, các lỗ đen vàsự vướng víu lượng tử,
họ nhậnra rằng họ có thể sử dụnglí thuyết dây để đưa ra một tiên đoán có thể
kiểmtra được. Sử dụngcơ sở toán học líthuyết dây mô tả lỗ đen, họ dự đoán kiểu
vướngvíu sẽ xảy ra khi bốn qubit bị vướng víu với nhau.(Câu trả lời cho bài toán

này chưa hề được tínhratrước đây)Mặc dù trên kĩ thuật khó thựchiệnđược,
nhưng kiểu vướng víu giữa bốn qubit bị vướng víucó thể đo đượctrong phòngthí
nghiệmvà độ chính xác của tiên đoán này đã được kiểm tra.