Helium siêu lỏng trong bình chứa sẽ bất chấp trọng lực tự chảy lên trên để leo qua thành bình

Helium siêu lỏng trong bình chứa sẽ bất chấp trọng lực tự chảy lên trên để leo qua thành bình, có khả năng chảy xuyên qua đáy cốc và nếu để lưu chất này chuyển động thì nó sẽ hồi chuyển mãi mãi.

Helium siêu lỏng

Điều như trên nghe có vẻ vô lý! Như thể nó đang bất chấp thực tại, bằng tư duy thông thường, chúng ta khó tưởng tượng ra được điều gì như vậy. Dường như mọi chuyển động đều bắt buộc phải có ma sát, một lưu chất chuyển động mãi mãi nghe thì có vẻ như vi phạm định luật bảo toàn năng lượng, hệt như nó là một động cơ vĩnh cửu. Phi lý hơn nữa, là khả năng bất chấp trọng lực để từ trong cốc tự leo ra ngoài như Helium siêu lỏng hay thậm chí chảy xuyên qua đáy cốc.

Thật ra, điều này chỉ khó tin đối với các nhà khoa học của hai thế kỷ trước, còn khoa học hiện đại đã quá quen thuộc với những ‘’nghịch lý’’ như thế này, mặc dù đến ngày nay ta vẫn chưa có kiến thức nào đủ khả năng giải thích triệt để tất cả. ?‍♀️ Nó cũng không vi phạm định luật bảo toàn năng lượng, chỉ là thứ vật chất này có độ nhớt bằng không, dẫn đến việc nó hoàn toàn không ma sát, và động năng ta cấp vào vẫn ở mãi mãi trong nó chứ không thất thoát ra ngoài.

Ngày nay, có lẽ nhiều người trong chúng ta chẳng còn xa lạ gì với Helium.

Khi ở nhiệt độ phòng, nó cũng chỉ như bao chất bình thường khác. Bạn thường dùng khí Heli để bơm vào bóng bay làm trò tiêu khiển. Tuy nhiên, khi ở nhiệt độ thấp, khoảng 2.17 độ Kelvin ( chỉ trên khoảng 2.17 độ so với độ không tuyệt đối – trạng thái mà trên lý thuyết mọi chuyển động nguyên tử đều dừng lại), thì Helium mang đến cho chúng ta một chân trời vật lý mới – SIÊU LỎNG.

Tính siêu lỏng là đặc điểm của chất lỏng có độ nhớt bằng không, loại chất lỏng này chảy mà không bị mất đi động năng. Khi khuấy một chất siêu lỏng sẽ tạo ra vòng xoáy quay không ngừng. Tính siêu lỏng thể hiện ở hai đồng vị của heli là heli-3 và heli-4 khi chúng bị hóa lỏng bằng việc làm lạnh qua điểm lambda (2.17 độ Kelvin). Nó cũng có tính chất của các trạng thái kích thích khác của vật liệu được lý thuyết hóa để tốn tại trong vật lý thiên văn, vật lý năng lượng cao, và các lý thuyết về hấp dẫn lượng tử. Hiện tượng liên quan đến ngưng tụ Bose–Einstein, nhưng không phải là một loại đặc biệt của các loại khác: không phải tất cả ngưng tụ Bose-Einstein có thể được đề cập là các chất siêu lỏng, và không phải tất cả các chất siêu lỏng là ngưng tụ Bose–Einstein.

Không còn là một chất lỏng đơn thuần, helium đã trở thành một chất lỏng siêu lỏng, một chất lỏng chảy mà không ma sát. “Nếu bạn khuấy một cốc nước và bạn quay lại 10 phút sau, tất nhiên là nó đã ngừng di chuyển”, John Beamish, một nhà vật lý thực nghiệm tại Đại học Alberta ở Edmonton nói. Các nguyên tử trong chất lỏng sẽ va chạm với nhau và chậm lại. “Nhưng nếu bạn đã làm điều đó với helium siêu lỏng và trở lại một triệu năm sau,” ông nói, “nó vẫn sẽ di chuyển.”

Chúng ta vẫn chưa hiểu tất cả các chất siêu dẫn hay siêu lỏng hoạt động như thế nào, nhưng dường như nguyên lí bất định có một vai trò nhất định. Ở những nhiệt độ rất thấp, xung lượng của từng nguyên tử hay electron riêng lẻ trong những chất liệu này là rất nhỏ và được biết rất chính xác, nên vị trí của mỗi nguyên tử có sự bất định cao. Thật ra, chúng bắt đầu chồng lấn lên nhau để hướng tới chỗ bạn không thể mô tả chúng một cách riêng lẻ. Chúng bắt đầu tác dụng như một siêu nguyên tử hoặc siêu electron chuyển động mà không có ma sát hoặc điện trở.

Dưới những điều kiện này, các liên kết giữa các nguyên tử helium thật yếu, và một số bị phá vỡ để lại một mạng lưới những “chỗ trống” hành xử hầu như giống hệt như những nguyên tử thật sự. Dưới những điều kiện thích hợp, những chỗ trống này hình thành nên ngưng tụ Bose-Einstein dạng lỏng của riêng nó. Dưới những trường hợp nhất định, vật chất này sẽ đi xuyên qua mạng helium bình thường – nghĩa là chất rắn chảy xuyên qua chính nỏ, có vẻ hơi ma quái một chút.

? Nguồn: Science Realm, Wikipedia, scientificamerican.com, 360.thuvienvatly.com theo New Scientist.