Năm 1905 khi thuyết tương đối hẹp ra đời, Albert Einstein đã khẳng định hai tiên đề cơ bản, mà tiên đề thứ hai trong số đó là "vận tốc truyền ánh sáng trong chân không chính là vận tốc lớn nhất và tuyệt đối trong tự nhiên". Ánh sáng, như chúng ta biết, được gây ra bởi dao động sóng của hạt photon, một loại hạt không khối lượng và điện tích.
Chúng ta cũng cần hiểu rõ rằng khi nói vận tốc nhanh nhất trong tự nhiên là ánh sáng là ta đã nói một cách ngắn gọn và dễ hiểu với cuộc sống thường ngày. Khái niệm ánh sáng của chúng ta là do cấu tạo mắt của con người phản ứng và có cảm giác hình ảnh khi tiếp xúc với sóng điện từ có bước sóng nhất định, và gọi các bước sóng đó là ánh sáng. Thực tế các sóng với bước sóng khác nhưng có cùng bản chất như hồng ngoại, tử ngoại, vô tuyến ... đều có cùng vận tốc này khi truyền trong chân không.
Mệnh đề nêu trên đã được kiểm nghiệm qua nhiều thí nghiệm và các ứng dụng thực tế cho thấy nó là đúng (hay ít ra là rất gần đúng). Hằng số c (vận tốc ánh sáng) được áp dụng trong hệ thức E=mc², các phép biến đổi Lorentz và đều luôn đưa lại những kết quả mong đợi trong thực tế. Do đó nó không hề bị nghi ngờ, việc tồn tại một loại hạt nhanh hơn cả photon chỉ nằm trong các câuu truyện và bộ phim viễn tưởng nơi người ta có thể du hành ngược thời gian còn người ngoài hành tinh có thể dễ dàng đến thăm chúng ta ...
Trong những năm 1960, Gerald Feinberg đưa ra một cái tên cho loại hạt giả định có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng: Tachyon. Theo tiếng Hy Lạp, Tachyon có nghĩa đơn giản là nhanh (tiếng Anh: Swift). Cái tên này được sử dụng khá nhiều sau khi ra đời, ví dụ như series phim hoạt hình nổi tiếng của Nhật bắt đầu từ năm 1974 là Space Battleship Yamato, hay là trong các bộ phim về các siêu anh hùng của Marvel hay DC Comics, có những người nhờ có năng lượng tachyon trong người có thể sử dụng khả năng Teleport (dịch chuyển tức thời), hoặc nhân vật chính trong bộ phim hài phiêu lưu Land of the Lost năm 2009 đã sử dụng một máy gia tốc tachyon để quay ngược về thời tiền sử, nhiều game chiến thuật về chiến tranh không gian cũng đưa sự có mặt của tachyon vào, ...
Tuy vậy cho đến tận ngày nay vẫn chưa có bất cứ bằng chứng xác thực nào cho sự tồn tại thật sự của hạt tachyon, và tuyệt đại đa số các nhà vật lý đều không bao giờ tin vào sự tồn tại loại hạt này, nó chỉ là ảo vọng của những con người đầy mơ mộng...
Tháng 9 năm 2011, các nhà khoa học tại CERN công bố một tin làm tất cả bị lung lay: một loại hạt được nghi ngờ rằng có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng. Loại hạt này là một neutrino. Bài viết này do tôi thực hiện vào tháng 10 cùng năm, dự đoán rằng thí nghiệm của các nhà khoa học CERN là không chính xác. Ít lâu sau các nhà khoa học tham gia thí nghiệm cũng đã công bố rằng phép đo của họ không được chính xác nên vẫn không có hạt nào nhanh hơn vận tốc của hạt photon. Dưới đây là những phân tích của tôi vào tháng 10 năm 2011 (trước khi có kết quả công bố cuối cùng về sai sót của thí nghiệm) chỉ ra tại sao tôi không tin tưởng vào việc người ta có thể tìm ra một neutrino vượt qua vận tốc ánh sáng.
Trước hết, neutrino không phải một loại hạt mới như sự nhầm tưởng của nhiều người ít quan tâm tới vật lý hạt. Neutrino có tới 3 loại là electron neutrino, muon neutrino và tau neutrino, chúng là các hạt đi cặp với các hạt tương ứng electron, muon và tau, hợp thành nhóm hạt gọi chung là lepton. Cả 3 loại neutrino đều là hạt trung hòa điện và có khối lượng cực nhỏ (chỉ lớn hơn 0 một chút). Đặc điểm đặc biệt nhất của chúng là khả năng đâm xuyên gần như vô hạn, chưa phát hiện bất cứ hợp chất nào có thể ngăn cản sự đâm xuyên của loại hạt này. Chính điểm này đã là một thắc mắc nhỏ trong phép đo vận tốc, có gì bảo đảm rằng các đồng hồ đo không bị ảnh hưởng do tính đâm xuyên của hạt đặc biệt này, hoặc hạt này đã không nhờ sự đâm xuyên mà đi quảng đường có phần ngắn hơn so với quãng đường của hạt photon (do đường đi không phải đường thẳng)?
Mặt khác, theo các phép biến đổi Lorentz với sự tham gia của hằng số c, nếu như v>c (ở đây v là vận tốc của neutrino và c là vận tốc ánh sáng), ta sẽ có
1 < v²/c²
hệ số δ = √(1-v²/c²) có biểu thức trong dấu căn ra giá trị nhỏ hơn 0 (đây là điều không được phép trong toán học).
Để hoàn thành biểu thức này ta cần đổi chỗ (1-v²/c²) thành (v²/c²-1), điều kiện để thực hiện việc này là khối lượng của hạt phải là một số ảo, tức là hạt phải mang khối lượng ảo. Đây là điều đã được các nhà khoa học tính tới từ khi giả thuyết tachyon ra đời.
Trong khi đó tất cả các neutrino đều mang khối lượng dương (nặng hơn photon).
Do đó nếu người ta có tuyên bố tìm được một hạt neutrino nào đó nhanh hơn ánh sáng thì sẽ xảy ra một trong ba trường hợp sau:
1- Phép đo bị sai số do sự đâm xuyên của neutrino hoặc tính chưa chính xác của dụng cụ đo, hay bất cứ lõi kĩ thuật nào đó. Kết luận có hạt chuyển động nhanh hơn ánh sáng là sai!
2- Kết quả xác minh khối lượng của các neutrino trước đây là không chính xác do nguyên nhân nào đó. Kết luận có hạt chuyển động nhanh hơn ánh sáng có thể đúng và cũng có thể sai
3- Mô hình cũ là sai, công thức Lorentz cần được chỉnh sửa. Kết luận 1 loại hạt chuyển động nhanh hơn ánh sáng là đúng. Trong trường hợp này, nó chính là Tachyon mà chúng ta nói bên trên, và một hệ thống rất nhiều công thức, phương trình, các thiết bị kĩ thuật và thậm chí những số liệu đo đạc về vũ trụ cũng sẽ bị ảnh hưởng (điều này là rất khó xảy ra vì mô hình cũ không phải chí trên lý thuyết mà đã được kiểm nghiệm qua rất nhiều thí nghiệm cũng như ứng dụng thực tế).
Lưu ý rằng bài viết này được thực hiện vào cuối năm 2011, khi đó người ta đang nghi ngờ có 1 loại neutrino mới phát hiện chuyển động nhanh hơn ánh sáng, sau này nghi vấn đõ đã được bác bỏ, do đó tôi cũng đã sửa đôi chút nội dung phần sau của bài viết cho phù hợp hơn.
Đặng Vũ Tuấn Sơn
Vui lòng ghi rõ tên tác giả và nguồn trích dẫn Thienvanvietnam.org khi bạn sử dụng bài viết này.
