Những con chim két cổ đỏ, bạn nghĩ gì về chúng?

Image
Chim két cổ đỏ (Robin), ảnh từ google.com.

Chúng ta thường nghe nhiều về “cơ học lượng tử”, đó là một lý thuyết áp dụng cho vĩ mô, nơi thống trị bởi các hạt, các điện tử, phonon. Ở nơi đó liên tục diễn ra những điều chúng ta không thể tưởng tượng nổi bằng trực giác. Giả sử bạn bị thu nhỏ lại, bé bằng các nguyên tử. Khi đó bạn sẽ trải nghiệm được những thứ chỉ có trong thế giới tưởng tượng, ví dụ quả bóng có thể chui qua tường mà không để lại dấu vết (hiệu ứng chui hầm lượng tử), hoặc bạn thấy con mèo nhà bạn, lúc chết, lúc sống (con mèo Schrodinger). Vậy liệu khi chúng ta lại to đùng trở lại thì những trải nghiệm kì lạ đó còn không?. Câu trả lời đó là bạn hãy quan sát… Chúng ta dường như rất ít quan sát những gì là hiển nhiên, nếu bạn tự đặt câu hỏi hay ai đó hỏi bạn rằng tại sao những cánh bướm lại nhiều màu sắc đẹp vậy mặc dù cánh của chúng không được phủ một lớp màu vẽ nào?. Nhưng câu hỏi như vậy dường như sẽ làm bạn lúng túng, nhưng khi trả lời được nó bạn mới thỏa mãn được sự tò mò và thấy được những điều kì lạ và đẹp đẽ hơn những gì chúng ta nhìn thấy.

Giờ đây chúng ta sẽ thấy cơ học lượng tử tồn tại thế nào trong thế giới của chúng ta, thế giới mà chúng ta là một phần của tự nhiên. Trong tự nhiên có một loài chim, chim két cổ đỏ (robin). Ai đó trong chúng ta yêu thích chương trình “Discovery” sẽ biết rằng loài chim này hằng năm di cư từ vùng Scandinavia đến những vùng ấm áp của Phi châu và di cư ngược lại khi miền Bắc ấm áp trong mùa xuân. Chúng bay một quãng đường dài 13.000 km mà không cần đến một chiếc IPhone có định vị toàn cầu GPS, điều gì khiến chúng chính xác như một chiếc la bàn như vậy?.

Từ những năm 1960 chúng ta đã biết rằng loài chim sử dụng từ trường trái đất trong các chuyến bay di cư. Nếu bạn thực sự cam đảm khi dám bước vào một phòng hội thảo và hỏi rằng: Liệu từ trường yếu của trái đất có thể ảnh hưởng đến sự chuyển đổi hóa học của một phân tử lên một phân tử khác, đa số các nhà khoa học sẽ quay lại nhìn bạn như thể bạn bị điên. Lập luận của họ có thể như thế này: Các phân tử là bất biến trong chuyển động, va chạm, quay hoặc dao động. Năng lượng trung bình trong các di chuyển ngẫu nhiên được gọi là năng lượng nhiệt, và chúng là thước đo các năng lượng khác. Vi dụ năng lượng mà giữ các nguyên tử lại với nhau trong phân tử thường lớn gấp 10 – 100 lần năng lượng nhiệt. Theo logic này thì năng lượng do từ trường trái đất tạo ra quá yếu so với năng lượng nhiệt và từ đó loại trừ khả năng nó ảnh hưởng đến các phản ứng hóa học. Tuy nhiên trong một trường hợp hãn hữu nào đó thì lập luận này không còn đúng. Để minh họa chúng ta lấy một ví dụ như sau: Giả sử viên gạch ở trạng thái dựng đứng như trong hình vẽ, thì một con ruồi bay qua không thể ảnh hưởng gì, tuy nhiên nếu đặt viên gạch ở trạng thái cân bằng trên một cạnh, lúc này viên gạch phải có xu hướng đổ về trái hoặc bên phải để trở về vị trí ổn định hơn. Khi đó con ruồi dù rất nhẹ nhưng nó đậu về bên nào sẽ quyết định viên gạch đổ sang bên nào. Do đó từ trường trái đất mặc dù yếu nhưng cũng có thể ảnh hưởng lên cách phản ứng hóa học trong mắt các loài chim, và từ đó làm cho chiếc la bàn chạy chính xác.

Image
Ảnh hưởng của con ruồi lên trạng thái của viên gạch.

Năm 1970 Wolfgang và  Roswitha Wiltschko, Đại học Frankfurt, Đức làm thí nghiệm với chim két bằng cách đặt chúng vào một từ trường nhân tạo. Họ thấy rằng chúng không phân biệt được Nam và Bắc song chúng lại phân biệt được độ nghiêng của từ trường trái đất, điều đó đủ cho chúng để thực hiện chuyến bay. Một điều lý thú là những con chim két mù thì không có bất kỳ một phản ứng gì với từ trường, điều này có nghĩa là từ trường chỉ nhạy đối với con mắt của chúng. Năm 2000 Thorsten Ritz, Đại học Nam Florida đưa ra giả thuyết chính hiện tượng liên đới lượng tử là chìa khóa của vấn đề. Dựa trên các công trình trước của Klaus Schulten, Đại học Illinois, Thorsten Ritz đưa ra giả thuyết rằng trong mắt chim két có một loại phân tử với hai điện tử làm thành một cặp liên đới với spin tổng cộng bằng không. Khi các phân tử này hấp thụ ánh sáng thì các điện tử thu đủ năng lượng để tách rời khỏi liên đới và trở thành nhạy cảm đối với các ảnh hưởng từ bên ngoài trong đó có từ trường. Nếu từ trường có độ nghiêng thì điều này ảnh hưởng đến hai điện tử một cách khác nhau tạo nên một sự mất cân bằng làm thay đổi phản ứng hóa học đối với phân tử. Sự khác biệt này được chuyển thành xung lượng thần kinh tạo nên một hình ảnh của từ trường trong não bộ của chim.

Các bạn thấy không loài chim bay như thế đó, và đến nay cũng chưa có phương tiện nào có thể hoàn hảo đến như vậy được. Chúng ta còn những bước tiến rất dài nữa mới học hỏi được tự nhiên, tất nhiên đó không phải là chiếc Lexus hay BMW đang chạy trên đường với vài con mắt ngưỡng mộ rồi.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s