Lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà thiên văn học phát hiện và quan sát được một hiện tượng lượng tử diễn ra trong tự nhiên. Đó là khi một sao neutron bị bao quanh bởi một từ trường mạnh tới mức nó tạo ra cả một vùng kì dị trên vũ trụ, một vùng mà trong đó các vật chất liên tục tồn tại rồi lại biến mất một cách tự nhiên.

Hình minh họa cho một ngôi sao neutron.

Được gọi là lưỡng chiết chân không (lưỡng chiết là là hiện tượng xảy ra khi tia sáng khi đi qua một số loại tinh thể bị tách ra thành hai tia sáng: tia thường và tia khác thường – tia thượng đẳng), hiện tượng kì lạ này được dự đoán lần đầu tiên vào khoảng thời gian những năm 1930, nhưng mới chỉ được quan sát ở quy mô nguyên tử. Bây giờ, các nhà khoa học đã lần đầu tiên chứng kiến hiện tượng này diễn ra trong tự nhiên và kì lạ hơn, nó đi ngược lại với mọi thứ mà Newton và Einstein đã vẽ ra.

Ánh sáng đi qua tinh thể canxít tạo ra hai ảnh của chữ viết nằm bên dưới, tương ứng với tia thường và tia khác thường.

“Đây là một sự kiện xảy ra rất rõ ràng thuộc lĩnh vực lượng tử, một sự kiện mang tầm vĩ mô”, anh Jeremy Heyl tới từ Đại học Bristish Columbia, người không thuộc dự án nghiên cứu này nói. “Mức độ rõ ràng của nó mang tầm cỡ của cả một ngôi sao neutron”.

Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế, dẫn dắt bởi giáo sư Roberto Mignani từ Ý đã phát hiện ra hiện tượng này, khi họ tiến hành quan sát sao neutron mang tên RX J1856.5-3754, cách Trái Đất chúng ta 400 năm ánh sáng.

Sao neutron là những lõi bị nghiền nát từ một ngôi sao khổng lồ bị “sập” xuống bởi chính sức nặng của nó, hiện tượng “sập” xảy ra khi ngôi sao ấy hết năng lượng và phát nổ dưới dạng một siêu tân tinh. Cho dù sự hình thành và tính chất của nó khá giống với hố đen, nhưng nó vẫn thiếu độ lớn để có thể trở thành “tử thần” của vũ trụ.

Chúng được cấu tạo nên từ một trong những vật liệu đặc nhất Vũ trụ. Chỉ một thìa vật chất này cũng có cân nặng tới 1 tỷ tấn khi đặt trên Trái Đất, lớp ngoài của nó cứng hơn thép 10 tỷ lần.

Sau neutron RX J1856.5-3754.

Chưa hết, sao neutron cũng sở hữu một trong những từ trường mạnh nhất Vũ trụ. Các nhà thiên văn học dự đoán rằng sao neutron có từ trường mạnh nhất sẽ lớn hơn Trái Đất hoảng 100 nghìn tỷ lần.

Những từ trường ấy mạnh đến mức nực cười, và chúng có thể tự gây ảnh hưởng tới những vùng không gian trống xung quanh một ngôi sao neutron.

Trong vật lý cơ bản ta học được từ Newton và Einstein, khoảng không vũ trụ hoàn toàn trống rỗng, nhưng thuyết cơ học lượng tử lại không cho rằng như vậy.

Theo như động lực điện lượng tử QED – một lý thuyết lượng tử lý giải cách thức ánh sáng và vật chất tiếp xúc với nhau – dự đoán, thì vũ trụ có đầy những hạt ảo liên tục tồn tại và biến mất, gây ảnh hưởng tới hoạt động của các hạt ánh sáng photon khi các hạt photon này di chuyển xuyên qua vũ trụ.

Những hạt ảo này không giống như những hạt vật lý thông thường (như các electron, photon) mà ta vẫn biết. Chúng là những điểm bất thường trong lĩnh vực vật lý lượng tử nhưng vẫn có tính chất giống các hạt thường. Điểm khác biệt lớn nhất của các hạt ảo này là chúng không thực sự tồn tại, chúng có thể xuất hiện và biến mất ở bất kì thời điểm nào trong thời gian và không gian.

Trong không gian vũ trụ thông thường, các photon sẽ không bị ảnh hưởng bởi những hạt ảo này, chúng sẽ di chuyển mà không gặp trở ngại gì. Nhưng trong khoảng không vũ trụ bị ảnh hưởng bởi từ trường cực mạnh từ sao neutron kia, những hạt ảo kia sẽ bị kích thích và chúng gây ảnh hưởng rất lớn tới những photon ánh sáng đi qua đó.

“Theo như động lực điện lượng tử, khoảng không bị ảnh hưởng bởi từ trường có hoạt động như một lăng kính với ánh sáng truyền tới, chính hiện tượng đó được gọi là lưỡng chiết chân không”, Mignani giải thích trong một buổi họp báo công bố hiện tượng này.

“Hiệu ứng này chỉ có thể được quan sát trong một từ trường cực kì mạnh, ví dụ như là một từ trường bao quan các sao neutron”, thành viên nhóm nghiên cứu, giáo sư Roberto Turolla từ Đại học Padua, Ý bổ sung.

Những nhà nghiên cứu đã sử dụng kính viễn vọng mặt đất tiên tiến nhất thế giới, Kính viễn vọng Cực lớn VLT của Đài quan sát Nam Châu Âu để quan sát sau neutron nêu trên. Ở đó, họ đã phát hiện ra hiện tượng phân cực của ánh sáng trong khoảng không vũ trụ xung quanh ngôi sao neutron.

“Điều này rất kì lạ, bởi lẽ thuyết tương đối cho rằng ánh sáng sẽ được phép di chuyển tự do xuyên qua khoảng không mà không bị ảnh hưởng gì”, một trong số csc nhà nghiên cứu nói.

“Hiện tượng phân cực này (con số góc bẻ chính xác là 16 độ) là lời lý giải duy nhất cho các thuyết về động lực điện lượng tử và sự ảnh hưởng của các hạt ảo”.

Ánh sáng đi ra từ bề mặt sao neutron (bên trái) trở nên phân cực khi đi qua khoảng không vũ trụ và cuối cùng tới được mắt chúng ta (bên phải).

Bước tiếp theo của nghiên cứu này là quan sát và phân tích rõ xem, đây có thực sự là sự kiện lưỡng chiết chân không xảy ra với quy mô của cả một ngôi sao hay không. Nếu đúng như vậy, ta sẽ có cả một hiện tượng lạ mới để nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học lượng tử.

Bạn có thể đọc về nghiên cứu trên tại đây.

Các nhà khoa học vừa tìm ra vị trí phát ra chùm sóng radio lớn nhất từng được phát hiện trên vũ trụ