Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học kết luận rằng một dạng vật chất kỳ lạ tồn tại trong vũ trụ rất sơ khai có thể chảy giống như nước.
Trong suốt chiều dài lịch sử, người dân ở nhiều nơi trên thế giới coi nước như một thứ thiêng liêng và có thể đã tồn tại từ thuở khai thiên lập địa. Khoa học hiện đại cũng cho rằng một dạng “nước” kỳ lạ là plasma quark-gluon, một món súp nóng của các hạt cơ bản được hình thành chỉ vài phần triệu giây sau Big Bang, đã tồn tại ở khắp mọi nơi trong vũ trụ sơ khai.
Là một dạng vật chất kỳ lạ, độ nhớt và mật độ của plasma quark-gluon có thể khác với tất cả các loại chất lỏng mà chúng ta gặp hàng ngày. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tỷ lệ giữa độ nhớt và mật độ của nó lại tương tự như tỷ lệ của nước máy.
Giáo sư Kostya Trachenko, giáo sư vật lý tại Đại học Queen Mary ở London và là tác giả của bài báo, cho biết trong một tuyên bố : “Chúng tôi chưa hiểu đầy đủ về nguồn gốc của sự tương đồng nổi bật này nhưng chúng tôi nghĩ rằng nó có thể liên quan đến các hằng số vật lý cơ bản, thứ đặt giới hạn dưới phổ quát của độ nhớt cho cả chất lỏng thông thường và plasma quark-gluon”.
Vật chất mà chúng ta nhìn thấy hàng ngày được tạo ra từ các nguyên tử. Những hạt nhỏ này bao gồm một hạt nhân được quay quanh bởi các electron. Hạt nhân lại được tạo ra từ proton và neutron. Đến phần mình, các hạt này lại bao gồm các hạt cơ bản hơn gọi là quark và gluon.
Trong hầu hết các trường hợp, quark và gluon kết dính với nhau và tạo thành proton và neutron. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ rất cao, nóng hơn tâm Mặt trời khoảng một triệu lần, các quark và gluon có thể bị tách ra và tạo thành plasma quark-gluon.
Theo thuyết Big Bang, vũ trụ thuở sơ khai chứa đầy plasma quark-gluon cực nóng. Chỉ trong vài micro giây, plasma nguội đi, tạo ra các khối vật chất.
Trong khoảng 20 năm trở lại đây, các nhà khoa học đã có thể tái tạo plasma quark-gluon trong môi trường phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng máy va chạm hạt lớn, thu được những hiểu biết mới về loại vật chất này.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng mặc dù có sự khác biệt rất lớn về nhiều tính chất vật lý, tỷ lệ độ nhớt và mật độ, được gọi là độ nhớt động học, là tương tự giữa plasma quark-gluon và chất lỏng thông thường.
Theo vật lý hiện đại, tỷ lệ giữa độ nhớt của chất lỏng và mật độ của nó quyết định cách nó chảy. Miễn là tỷ lệ này bằng nhau, hai chất lỏng sẽ chảy theo cùng một cách ngay cả khi chúng có độ nhớt và mật độ rất khác nhau.
Giáo sư Matteo Baggioli từ Đại học Autónoma de Madrid cho biết: “Nghiên cứu này cung cấp một ví dụ khá hiếm và thú vị về nơi chúng ta có thể rút ra các so sánh định lượng giữa các hệ thống rất khác nhau. Chất lỏng được mô tả bằng thủy động lực học, ngành để lại cho chúng ta nhiều vấn đề còn bỏ ngỏ hiện đang được đặt lên hàng đầu trong nghiên cứu vật lý. Kết quả của chúng tôi cho thấy sức mạnh của vật lý trong việc chuyển các nguyên tắc chung thành các dự đoán cụ thể về các tính chất phức tạp như dòng chảy trong các loại vật chất kỳ lạ như plasma quark-gluon”.
Tuyên bố chỉ ra rằng không phải bất kỳ chất lỏng nào cũng có độ nhớt giống như độ nhớt của plasma quark-gluon, nhưng có một điểm đặc biệt là độ nhớt của hầu hết chất lỏng có giới hạn dưới phổ quát. Nghiên cứu mới cho thấy giới hạn dưới phổ quát này của chất lỏng thông thường như nước máy gần với độ nhớt của plasma quark-gluon.
Một số nghiên cứu trước đây cho rằng ở giới hạn này, độ nhớt bị chi phối bởi các hằng số vật lý cơ bản như hằng số Planck. Những hằng số này chi phối các thuộc tính của vũ trụ của chúng ta, chẳng hạn như tính bền vững của hạt proton và sự tạo thành các yếu tố sinh hóa cần thiết cho sự sống.
Giáo sư Vadim Brazhkin từ Viện Hàn lâm Khoa học Nga cho biết trong tuyên bố: “Có thể nhận thấy rõ rằng kết quả hiện tại có thể cung cấp cho chúng ta hiểu biết tốt hơn về plasma quark-gluon. Lý do là độ nhớt trong chất lỏng ở mức tối thiểu của nó tương ứng với một chế độ động lực học chất lỏng rất đặc biệt mà chúng ta chỉ mới hiểu gần đây. Sự tương đồng với plasma quark-gluon cho thấy rằng các hạt trong hệ thống kỳ lạ này chuyển động giống như phân tử nước trong nước máy”.
Nghiên cứu mới được đăng trên tạp chí SciPost Physics.
Văn Thiện
Theo The Epoch Times
