Đại hội Nobel Vật lý 2016: Khởi điểm cho kỷ nguyên khám phá về vật chất kỳ lạ
Năm 2016, giải thưởng Nobel Vật lý đã được trao cho ba nhà vật lý David J. Thouless, Duncan Haldane và Michael Kosterlitz “cho những phát hiện mang tính cách mạng về các trạng thái của vật chất”. Một trong số họ là Michael Kosterlitz, một nhà vật lý người Anh gốc Colombia với cống hiến đầy ấn tượng cho việc hiểu biết về vật lý thống kê của chúng ta.
Để hiểu được tầm quan trọng của giải thưởng này và công trình của Kosterlitz, hãy cùng quay ngược thời gian về những năm 1970, một thời kỳ mà ngành vật lý đang bắt đầu khám phá ra những thế giới mới của vật chất ở cấp độ vi mô. Vào thời điểm đó, người ta đã biết rằng vật chất có thể tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau: rắn, lỏng, khí. Nhưng Kosterlitz và các đồng nghiệp của ông đã đặt ra một câu hỏi táo bạo: liệu có những trạng thái vật chất kỳ lạ khác nữa, mà chúng ta chưa từng biết đến?
Câu trả lời, như thường lệ trong khoa học, là phức tạp hơn rất nhiều so với sự đơn giản “có” hoặc “không”. Kosterlitz đã tập trung vào một loại vật chất đặc biệt gọi là “siêu dẫn”, nơi mà điện trở biến mất hoàn toàn và dòng điện có thể chảy liên tục. Trên lý thuyết, siêu dẫn có tiềm năng thay đổi hoàn toàn cách chúng ta sản xuất và sử dụng năng lượng, nhưng hiện tượng này chỉ xảy ra ở nhiệt độ cực thấp, gần bằng với không tuyệt đối (-273°C).
Kosterlitz đã khám phá ra rằng, trong một số điều kiện cụ thể, siêu dẫn có thể tồn tại ở những nhiệt độ cao hơn.
Cụ thể hơn, ông đã sử dụng lý thuyết trường thống kê để mô tả các tương tác giữa các nguyên tử của vật liệu siêu dẫn và dự đoán sự hình thành “vòng xoáy” (vortex) trong trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn. Những “vòng xoáy” này giống như những xoáy nước nhỏ, liên tục di chuyển trong chất lỏng.
Phát hiện của Kosterlitz đã mở ra cánh cửa cho một kỷ nguyên mới trong vật lý vật chất ngưng tụ và thúc đẩy sự nghiên cứu về các trạng thái vật chất kỳ lạ khác. Hơn nữa, nó cũng đặt nền móng cho sự phát triển của công nghệ siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như:
- Giao thông: Tàu siêu tốc sử dụng nam châm siêu dẫn có thể di chuyển với tốc độ cao và tiết kiệm năng lượng.
- Y tế: Máy quét MRI dựa trên công nghệ siêu dẫn có thể chụp ảnh não bộ và cơ thể con người với độ phân giải cao hơn.
| Ứng dụng | Mô tả | Tiềm năng |
|---|---|---|
| Tàu siêu tốc Maglev | Sử dụng nam châm siêu dẫn để nâng tàu lên khỏi mặt đất, giảm ma sát và tăng tốc độ | Di chuyển nhanh chóng và hiệu quả, giảm tắc nghẽn giao thông |
| Máy quét MRI | Sử dụng nam châm siêu dẫn để tạo ra từ trường mạnh, giúp chụp ảnh chi tiết não bộ và các cơ quan khác | Chẩn đoán chính xác các bệnh lý, hỗ trợ điều trị kịp thời |
Công trình của Kosterlitz đã mang lại một bước đột phá trong sự hiểu biết của chúng ta về vật chất. Hơn nữa, nó cũng cho thấy rằng khoa học luôn ẩn chứa những bí ẩn và cơ hội mới chờ đợi chúng ta khám phá. Bằng cách đặt ra những câu hỏi táo bạo và sử dụng lý thuyết toán học để giải quyết chúng, Kosterlitz đã góp phần vào sự tiến bộ của nhân loại.
Phần kết luận:
Giải Nobel Vật lý năm 2016 là một minh chứng cho tầm quan trọng của nghiên cứu vật lý cơ bản. Công trình của Kosterlitz đã mở ra cánh cửa cho một thế giới mới về vật chất và mang lại tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực. Cũng như những nhà khoa học vĩ đại khác, ông đã truyền cảm hứng cho các thế hệ sau bằng trí tò mò, sự kiên nhẫn và tinh thần tìm tòi không ngừng nghỉ.