Âm thanh và ánh sáng, hai hiện tượng quen thuộc, nhưng lại có sự khác biệt lớn về tốc độ. Ánh sáng di chuyển với vận tốc chóng mặt 300.000 km/giây, trong khi âm thanh chỉ lê bước với 0,3 km/giây trong không khí. Chính vì sự chênh lệch này mà ta thường thấy tia sét trước khi nghe tiếng sấm. Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu vận tốc âm thanh tăng vọt lên ngang ngửa tốc độ ánh sáng? Bài viết này sẽ khám phá những hệ quả thú vị và kỳ lạ của một thế giới như vậy.
Hiện Tượng Sóng Âm Khi Đạt Tốc Độ Ánh Sáng
Khi âm thanh đạt tốc độ ánh sáng, những gì chúng ta trải nghiệm sẽ hoàn toàn khác biệt. Đầu tiên, bạn sẽ thấy tia sét và nghe tiếng sấm gần như đồng thời. Tuy nhiên, âm thanh lúc này sẽ không còn như chúng ta biết.
Sóng âm là sự dao động của các phân tử không khí, tạo ra những vùng có mật độ cao và thấp xen kẽ. Tưởng tượng một lò xo, khi bạn đẩy nó về phía trước, các vòng dây sẽ chụm lại, sau đó lại giãn ra. Sóng âm cũng tương tự, nhưng ở tốc độ bình thường, sự thay đổi mật độ này không dễ nhận thấy. Khi đạt tốc độ ánh sáng, sự thay đổi này sẽ trở nên cực đoan.
Giáo sư Vật lý Colin tại Đại học Illinois cho biết, trong cơn giông, không khí ẩm sẽ bị nén lại khi sóng âm đi qua, sau đó lại giãn ra. Sự nén và giãn này tạo ra sự thay đổi áp suất lớn. Mà áp suất lại tương quan với nhiệt độ, do đó, sự giảm áp suất đột ngột sau tiếng sấm sẽ khiến không khí ẩm đóng băng thành các tinh thể băng, tạo ra một lớp sương mù dày đặc. Chúng ta sẽ thấy tia sét xuyên qua lớp sương mù băng này một cách kỳ lạ.
Âm Thanh Và Giọng Nói Thay Đổi Như Thế Nào?
Tốc độ âm thanh thay đổi sẽ tác động sâu sắc đến cách chúng ta nghe và phát ra âm thanh. Giáo sư Colin cho rằng giọng nói sẽ có cao độ cao đến mức không thể nghe thấy. Âm thanh di chuyển nhanh hơn cũng thay đổi cách các sóng cộng hưởng với nhau, làm cho một số tần số lớn hơn và các tần số khác thì lại nhỏ hơn. Tần số tăng kéo theo cao độ tăng, khiến giọng nói trở nên rất khác thường.
Để hình dung rõ hơn, hãy tưởng tượng bạn hít phải khí Heli. Giọng nói của bạn sẽ trở nên the thé như nhân vật hoạt hình, vì sóng âm di chuyển nhanh gấp 3 lần trong khí Heli. Vậy nếu tốc độ âm thanh tăng lên gấp một triệu lần, hiệu ứng sẽ còn kỳ diệu hơn nhiều.
Sự Tàn Phá Của Âm Thanh Tốc Độ Ánh Sáng
Không chỉ giọng nói, mà cả âm nhạc cũng sẽ bị ảnh hưởng nặng nề. Theo giáo sư Robert, các nhạc cụ hơi, tương tự như dây thanh đới của con người, hoạt động dựa trên sự dao động của sóng âm. Khi âm thanh di chuyển qua lại trong khoang kèn, chúng tạo ra sóng dừng. Khi tốc độ tăng, tần số của sóng dừng cũng tăng, khiến âm thanh trở nên cao hơn. Để giữ nhạc cụ đồng điệu, chúng ta phải thiết kế lại nhạc cụ hơi dài gấp một triệu lần.
Tuy nhiên, hậu quả không chỉ dừng lại ở sự thay đổi âm thanh. Theo các chuyên gia, con người sẽ không thể sống sót để trải nghiệm sự thay đổi này. Ngay cả một tiếng sáo nhẹ cũng có thể khiến mọi thứ xung quanh nổ tung.
Giáo sư Julie giải thích rằng, khác với ánh sáng, sóng âm là sóng cơ học, bao gồm các hạt va chạm vào nhau. Một phân tử di chuyển với vận tốc ánh sáng sẽ có năng lượng gần như vô hạn. Khi đó, sóng âm sẽ nổ xuyên qua mọi vật chất nó gặp phải, tạo ra một cơn mưa vật chất và phản vật chất.
Du Hành Thời Gian Và Tốc Độ Ánh Sáng
Bài viết cũng đề cập đến một khía cạnh thú vị khác: du hành thời gian. Theo thuyết tương đối của Einstein, khi di chuyển càng nhanh trong không gian, thời gian trôi càng chậm. Nếu đạt đến tốc độ ánh sáng, lý thuyết cho rằng chúng ta có thể du hành về quá khứ.
Giả sử bạn di chuyển với 99,9% tốc độ ánh sáng đến một hành tinh cách 45 năm ánh sáng. Khi trở về Trái Đất, bạn mới chỉ trải qua 25 năm, nhưng mọi người trên Trái Đất đã sống thêm 80 năm. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng giãn nở thời gian.
Tuy nhiên, việc du hành với tốc độ ánh sáng hiện vẫn là điều không thể với công nghệ hiện tại. Lực ly tâm tạo ra khi tăng tốc đến tốc độ này sẽ xé nát cơ thể con người. Một giải pháp khác được đề xuất là sử dụng “lỗ sâu”, những đường hầm giả thuyết kết nối hai địa điểm và hai thời điểm khác nhau trong vũ trụ. Tuy nhiên, lỗ sâu rất nhỏ và tồn tại trong thời gian ngắn, gây ra nhiều nghịch lý về thời gian.
Cuối cùng, theo Einstein, vận tốc ánh sáng luôn là một hằng số, không thay đổi. Không gì trong vũ trụ có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng. Chính lý thuyết này đã đặt nền móng cho nhiều khám phá quan trọng trong vật lý.
Kết Luận
Việc âm thanh đạt tốc độ ánh sáng là một giả thuyết thú vị, nhưng cũng đầy những hệ quả bất ngờ. Từ sự thay đổi về âm thanh, giọng nói đến những tác động vật lý, sự tàn phá khủng khiếp và cả những khả năng du hành thời gian đầy hấp dẫn. Tuy đây chỉ là một thử nghiệm tư duy, nhưng nó cho thấy sự phức tạp và kỳ diệu của thế giới tự nhiên.