Lý giải màn ảo thuật khiến cục đá bay lơ lửng xung quanh đĩa tròn

Chắc hẳn bạn đã từng xem hình ảnh, hoặc những đoạn clip ngắn, hay thậm chí được tận mắt nhìn thấy những vật thể "lơ lửng" giữa không trung mà chẳng hề có điểm tựa. Có một số người sẽ cho rằng đây chỉ là trò bịp bợm, hay ảo thuật.

Tuy nhiên trên thực tế, khoa học đã chứng minh rằng một số vật liệu nhất định có thể đạt được trạng thái này, và thậm chí còn ấn tượng hơn, như trong đoạn clip dưới đây.

Đây chính là hiện tượng được gọi là "khóa lượng tử" (quantum locking), xảy ra khi chúng ta đặt một vật liệu siêu dẫn vào bên trong một từ trường cố định. 

Lúc này sẽ xảy ra hiệu ứng vật lý gọi là siêu dẫn, với điều kiện vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trường (hay còn gọi là hiệu ứng Meissner). Trong đoạn video, vật liệu siêu dẫn được làm lạnh bằng nitơ lỏng để đạt được nhiệt độ cần thiết.

Từ khái niệm vật lý cổ điển, chúng ta biết đến sự tồn tại của ma sát và sự thất thoát năng lượng. Thí dụ như khi ta cho dòng điện chạy trong một dây dẫn bình thường, luôn xảy ra sự thất thoát, bởi các electron khi di chuyển sẽ va chạm với các nguyên tử tạo nên dây dẫn, giải phóng năng lượng này dưới dạng nhiệt.  

Thế nhưng trong vật lý lượng tử, mà điển hình là vật liệu siêu dẫn, nếu đạt được sự hoàn hảo trong quá trình gia công, sẽ hoàn toàn không có sự thất thoát năng lượng. Nói cách khác, vật liệu có thể di chuyển một cách "vô hạn".

Hiện tượng này cũng giúp cho một vật thể bất kỳ được tráng vật liệu siêu dẫn có thể lơ lửng giữa không trung, trong từ trường cố định. Nói chính xác hơn là nó bị "khóa" ở vị trí hoàn hảo trong không gian và không thay đổi vị trí tương đối so với mặt phẳng chứa nam châm.  

Có thể thấy trong đoạn clip, vật liệu bán dẫn luôn bị khóa như vậy, dù thay đổi góc nghiêng thế nào khi chuyển động, nó sẽ vẫn khóa đúng với góc mà ta thiết lập ban đầu. Trong những thí nghiệm tiếp sau, nó thậm chí có thể mang theo vật nặng, treo ngược xuống dưới, hay nghiêng như thế nào tùy thích.

Để làm được điều này, chính vật liệu siêu dẫn đã tạo ra một lực để ức chế mọi loại chuyển động liên quan đến từ trường. Thí dụ khi nghiêng chất siêu dẫn, bạn sẽ "khóa" hoặc "bẫy" nó vào vị trí đó. Vật thể khi ấy sẽ đi xung quanh đĩa nam châm với cùng một góc nghiêng. Quá trình "khóa" chất siêu dẫn này theo chiều cao và định hướng giúp giảm bất kỳ sự chao đảo không mong muốn nào.

Sự phát triển trong khoa học vật liệu siêu dẫn nói chung có thể dẫn đến những cuộc cách mạng công nghệ vĩ đại, có thể kể đến như chuyển tải điện năng không hao phí, lưu trữ năng lượng không thất thoát, các phương tiện chạy trên đệm từ, tạo ra Máy gia tốc mạnh vượt trội, máy đo điện trường chính xác, công cụ ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc, máy quét MRI dùng trong y học…