Những động cơ không tưởng: Không còn là giấc mơ?

• Những cỗ máy lớn nhất của nhân loại đang được xây dựng ngoài vũ trụ
• Bí mật đằng sau những cỗ máy đánh bạc
• Cỗ máy du hành xuyên thời gian vẫn chỉ là mơ ước

Nhiều nhà khoa học vĩ đại đã dành cả đời theo đuổi ý tưởng về một thiết bị có thể chuyển động không ngừng nghỉ mà chẳng cần đến bất cứ thứ năng lượng nào, hay những loại động cơ cho phép dịch chuyển tức thời.

Bên cạnh đó, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, mơ ước về một loại máy cho phép “nhảy vọt” những bước cực dài trong không gian đang ngày càng mãnh liệt. 

Những tham vọng này, nghe có vẻ trừu tượng và phi thực tế, đang báo hiệu một kỷ nguyên mới trong khoa học, tạo nên “cầu nối” giữa lý thuyết và thực hành, và quan trọng hơn là chứng minh rằng mọi thứ tưởng như không thể đều có thể xảy ra.

Giấc mơ vĩnh cửu

Giấc mơ động cơ vĩnh cửu khởi nguồn ở Ấn Độ, sau đó được truyền tới các quốc gia theo đạo Hồi, rồi sang phương Tây vào thế kỷ 12. Phương án thiết kế nổi tiếng đầu tiên về động cơ vĩnh cửu có dạng một bánh xe ở giữa đặt trục quay, trên vành bánh xe có phân bố 12 thanh gắn có thể di chuyển, và trên mỗi thanh có gắn quả cầu sắt.

Phương án này gây nên tiếng vang lớn và trở thành hình mẫu để chế tạo ra các động cơ vĩnh cửu với nhiều hình dạng khác nhau. Thế nhưng, mọi động cơ đều chỉ hoạt động được một thời gian thì dừng lại do chưa giải quyết được vấn đề lực ma sát.

Viễn tải có thể phân chia một vật thể thành nhiều hạt nhỏ, rồi vận chuyển các hạt từ nơi này tới nơi khác hầu như tức thời.

Những mong mỏi một động cơ vĩnh cửu đã tạo nên “cú lừa” bánh xe tự động vào năm 1717, khi một tiến sĩ người Pháp tuyên bố đã phát minh ra một loại động cơ không nhiên liệu. Nhưng kỳ thực, căn phòng đặt “bánh xe tự động” có một bức tường kép, và một người sẽ đứng trong bức tường này để điều khiển bánh xe quay liên tục.

Sau sự việc này, làn sóng động cơ vĩnh cửu càng dâng cao tại châu Âu, với sự xuất hiện của hàng loạt những thiết kế không tưởng. Con người chỉ tỉnh ngộ sau khi định luật “bảo toàn và chuyển hóa năng lượng” ra đời, khẳng định mọi vật chất trong thế giới tự nhiên đều chứa năng lượng có thể chuyển hoá từ dạng này sang dạng khác, truyền từ vật này sang vật khác, và tổng năng lượng được bảo toàn.

Trong khi những thiết kế về động cơ vĩnh cửu cho đến giờ vẫn rất mông lung thì khám phá về “tinh thể thời gian” có vẻ như sắp tạo nên đột phá. Đây là dạng vật chất hoàn toàn mới có khả năng chuyển động vĩnh cửu mà không cần năng lượng.

Ý tưởng về dạng vật chất này đã được đưa ra vào năm 2012, trong đó miêu tả “tinh thể thời gian” là các cấu trúc dường như có tồn tại chuyển động ngay cả ở trạng thái năng lượng thấp nhất (hay trạng thái cơ bản), nhờ sở hữu một cấu trúc lặp lại trong thời gian, chứ không chỉ trong không gian.

Bên cạnh đó, với sự tiến bộ của khoa học, NASA đang chuẩn bị gửi một phòng thí nghiệm mini (có kích thước tương đương một chiếc tủ đông gia đình) lên không gian để tạo ra điểm lạnh nhất trong vũ trụ.

Thiết bị này sau đó sẽ đông lạnh các nguyên tử xuống còn một phần tỉ của một độ trên không độ tuyệt đối, lạnh hơn 100 triệu lần so với nhiệt độ của không gian sâu thẳm. Nhiệt độ sẽ giảm xuống thấp đến nỗi có thể phá vỡ các định luật vật lý và tạo ra chuyển động vĩnh cửu.

Mục đích là làm chậm lại các hạt nguyên tử cho đến khi chúng hầu như không chuyển động để tạo ra một dạng vật chất mới “siêu lỏng” có độ nhớt bằng 0, trong đó các nguyên tử chuyển động không ma sát, và từ đó sẽ duy trì trạng thái chuyển động vĩnh cửu. Đây được coi là tiền đề để biến các cỗ máy trở nên hiệu quả hơn, vén màn nhiều bí ẩn vượt ngoài tiền tuyến của ngành vật lí đã biết hiện nay.

Vận chuyển tức thời

Viễn tải là một cỗ máy kì lạ, có thể phân chia một vật thể thành nhiều hạt nhỏ, rồi vận chuyển các hạt từ nơi này tới nơi khác, hầu như tức thời, mà không phải di chuyển qua không gian.

Thuật ngữ viễn tải (teleportation) được đưa ra năm 1931 trong văn học khi miêu tả sự mất tích và tái xuất đầy bí ẩn của các vật dị thường. Sau đó thuật ngữ và quan niệm xuất hiện trong hàng loạt tác phẩm viễn tưởng, gồm sách báo và phim ảnh, đặc biệt trong bộ phim truyền hình Star Trek.

Bước vào cỗ máy kì diệu, các nhân vật tan thành các hạt cơ bản rồi được vận chuyển với tốc độ ánh sáng tới hành tinh bí mật, nơi họ được tái tạo với độ chính xác tuyệt đối.

Năm 2008, trong cuốn sách tạm dịch là “Vật lý của những điều không thể”, nhà vật lý Michio Kaku đã xếp viễn tải vào dạng công nghệ hoàn toàn có thể trở thành hiện thực. 

Trên thực tế, nguyên lý viễn tải đã được chứng minh ở mức độ các hạt nguyên tử bằng cách sử dụng hiện tượng rối lượng tử - một hiện tượng cho phép thông tin và trạng thái lượng tử có thể được truyền đi gần như tức thời trong không gian.

Và thí nghiệm Innsbruck năm 1997 đã biến khả năng viễn tưởng trở thành hiện thực, cho phép trạng thái lượng tử của một hạt ánh sáng được tái tạo lại ở khoảng cách vài chục cm.

Thí nghiệm Innsbruck thúc đẩy viễn tải phát triển vượt bậc trong thập kỷ qua. Năm 2004, độc lập với nhau, hai nhóm nghiên cứu của đại học Innsbruck và Viện tiêu chuẩn và công nghệ quốc gia Mỹ cùng viễn tải được các ion cesium và beryllium bằng các kỹ thuật khác nhau.

Tháng 10-2006, nhóm nghiên cứu thuộc đại học Copenhagen đã viễn tải một đối tượng chứa hàng ngàn tỷ nguyên tử đi xa 50cm. Kỷ lục viễn tải theo khoảng cách thuộc về nhà vật lý người Áo Anton Zeilinger khi ông viễn tải 144km giữa hai đảo thuộc quần đảo Canary vào năm 2007.

Đột phá mới nhất về viễn tải là việc các nhà khoa học Trung Quốc đã dịch chuyển một photon (một hạt cơ bản) ra khỏi Trái Đất với khoảng cách xa nhất từ trước tới giờ là 480km, tới một vệ tinh trong vũ trụ. 

Đây là một môi trường khá phù hợp để sử dụng công nghệ này - gửi vật thể lên không gian và ngược lại tới bất kỳ đâu, vì môi trường trong không gian khá trống trải và không có nhiều chướng ngại vật.

Thử nghiệm thành công này sẽ mở ra nhiều hi vọng cho các công nghệ mới về sau, làm nền tảng cho hệ thống viễn tải lượng tử siêu xa giữa Trái Đất và vệ tinh, và mở đầu cho kỷ nguyên Internet lượng tử kết nối toàn bộ địa cầu với tốc độ gần như tức thời.

Nhảy vọt trong vũ trụ

Tham vọng du hành vũ trụ khiến giới khoa học miệt mài nghiên cứu các loại động cơ không tưởng. Trước hết, cần phải nhắc đến động cơ Warp xuất hiện trong báo cáo dài 34 trang của Cơ quan Tình báo Quốc phòng Mỹ.

Warp là động cơ đẩy tàu vũ trụ cho phép du hành nhanh hơn ánh sáng. Không giống với cách thức du hành như động cơ nhảy không gian, động cơ Warp không cho phép nhảy thẳng tới điểm đến, mà sẽ kéo không gian xung quanh con tàu để nó có thể tiến về phía trước với vận tốc gấp nhiều lần vận tốc ánh sáng. 

Warp sẽ “bóp méo” không gian xung quanh con tàu để nó có thể tiến về phía trước với vận tốc gấp nhiều lần vận tốc ánh sáng.

Theo đó, những chuyến đi sang hành tinh khác trong hệ Mặt Trời sẽ mất chỉ vài giờ chứ không phải vài năm.

Cách thức hoạt động của Warp theo báo cáo là sử dụng năng lượng tối, tăng kích thước của một chiều không gian thành một “bong bóng” không gian, chứa vừa một con tàu vũ trụ. Không-thời gian co lại ở phía trước quả bong bóng này nhưng lại nở ra ở phía sau sẽ đưa toàn bộ quả bong bóng chứa tàu vũ trụ đi về phía trước.

Nó sẽ đi trong một cái ống không-thời gian, và về mặt kĩ thuật mà nói, vượt tốc độ ánh sáng. Nhiều nhà khoa học cho rằng ý tưởng này không hoàn toàn lập dị, nhận định có thể “bóp méo” không-thời gian tạo cảm giác như là đang di chuyển với vận tốc vượt ánh sáng.

Tuy nhiên, cũng xuất hiện những tranh cãi xung quanh động cơ Warp khi một số ý kiến khẳng định Warp không thể có thực do không ai biết năng lượng tối là gì, làm sao để sản xuất hay lưu trữ loại năng lượng này.

Chưa hết, năng lượng tối cần thiết phải là một con số khổng lồ, trong khi việc hiểu được hoàn toàn bản chất của năng lượng tối cần rất nhiều thời gian nữa. Tuy nhiên, những đột phá với máy gia tốc hạt lớn hoặc những tiến bộ trong lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ sẽ cho con người những hi vọng hiểu biết về các dạng năng lượng bất thường, từ đó tiếp tục nghiên cứu Warp trong tương lai.

Bên cạnh Warp, trong một nỗ lực nhằm thúc đẩy du hành vũ trụ, các nhà khoa học Đức đã công bố thử nghiệm EM Drive - loại động cơ không tưởng có thể đưa con người đến những thiên hà khác trong thời gian rất ngắn. 

Trên lý thuyết, EM Drive hoạt động không cần nhiên liệu mà sử dụng các photon vi sóng va đập liên tục trong khoang kim loại để tạo ra lực đẩy.

Chuyển động hạt đó khiến cho EM Drive tạo ra lực đẩy, đưa tàu hướng về phía trước, từ đó có thể đưa con người lên tới Sao Hỏa trong thời gian vỏn vẹn 70 ngày. Vì tốc độ không tưởng và hoàn toàn không cần nhiên liệu nên con người vẫn luôn theo đuổi tham vọng hiện thực động cơ EM Drive.

Kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Đức về EM mở màn cho dự án SpaceDrive, chương trình nghiên cứu cơ chế đẩy của tên lửa với tham vọng đưa loài người “nhảy vọt” trong vũ trụ. 

Dù chưa vén màn được bí mật cách thức hoạt động của EM nhưng họ đã tạo ra được thiết bị cân thăng bằng tinh vi rất nhạy đặt trong một khoang chân không, có thể đo đạc chuyển động của động cơ EM Drive bằng tia laser, cho phép những lần thử nghiệm EM Drive trong tương lai sẽ hiệu quả hơn...