Trong giới khoa học hiện đại, từ "Định luật" (Law) đang dần được thay thế bằng "Thuyết" (Theory). Bởi vì khoa học càng phát triển, chúng ta càng nhận ra những quy tắc tưởng chừng là bất biến của các thế kỷ trước thực tế vẫn có những kẽ hở.

Năm 1699, nhà vật lý người Pháp Guillaume Amontons đã đưa ra một giả thuyết cực kỳ trực quan: "Lực ma sát tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng". 

Hiểu đơn giản, một vật càng nặng (như chiếc ghế sofa) sẽ tạo ra lực ma sát lớn hơn một vật nhẹ (như chiếc ghế tựa) khi ta đẩy chúng trên sàn. Điều này xảy ra do những biến dạng cực nhỏ ở bề mặt tiếp xúc tăng lên khi vật nặng hơn, từ đó làm tăng ma sát.

Tuy nhiên, nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature Materials đã phát hiện ra một ngoại lệ chấn động khi xem xét các vật liệu từ tính.

Trong thí nghiệm, các nhà khoa học đã sử dụng một mảng hai chiều các phần tử từ tính xoay tự do phía trên một lớp từ tính thứ hai. Điều kỳ lạ là hai lớp này không hề tiếp xúc trực tiếp, nhưng giữa chúng vẫn tồn tại một lực ma sát từ tính có thể đo lường được.

Theo định luật Amontons, lực ma sát sẽ thay đổi tỉ lệ thuận với "tải trọng" (trong trường hợp này là khoảng cách giữa hai lớp từ tính). Nhưng kết quả thực tế lại cho thấy một biểu đồ hình chuông ngược đầy bất ngờ:

Ở khoảng cách rất gần hoặc rất xa, lực ma sát ở mức yếu nhất. Ở khoảng cách trung gian: lực ma sát lại đột ngột tăng vọt.

Nguyên nhân nằm ở sự "xung đột" trong cách tổ chức nội bộ của các phân tử từ tính. Ở khoảng cách trung bình, các tương tác cạnh tranh chiếm ưu thế. Lớp trên cố gắng sắp xếp các mô-men từ tính theo hướng song song nhưng ngược chiều (phản song song), trong khi lớp dưới lại chảy theo hướng song song cùng chiều. Cấu hình không ổn định này buộc các vật liệu phải liên tục chuyển đổi trạng thái, tạo ra lực ma sát từ tính cực lớn dù không hề có sự chạm nhau hay mài mòn bề mặt.

Giáo sư Clemens Bechinger, người giám sát dự án, hào hứng chia sẻ: "Điều đáng kinh ngạc là ma sát ở đây hoàn toàn phát sinh từ việc tổ chức lại cấu trúc bên trong. Không có sự mài mòn, không có độ nhám bề mặt và không có tiếp xúc trực tiếp".

Thí nghiệm này không chỉ đơn thuần là để chứng minh Amontons sai, vì định luật của ông vẫn hoạt động hoàn hảo trong điều kiện cơ học thông thường. Quan trọng hơn, việc hiểu rõ ngoại lệ này sẽ mở ra cánh cửa cho các cuộc cách mạng về thiết bị vi mô và nano (NEMS).

Những kiến thức này sẽ giúp hoàn thiện các ổ đỡ từ tính (magnetic bearings) và nam châm mỏng ở cấp độ nguyên tử, vốn là "trái tim" của các thiết bị điện tử siêu nhỏ trong tương lai. 

Một lần nữa, khoa học chứng minh rằng: không có gì là tuyệt đối, và mỗi "định luật" bị lật đổ chính là một nấc thang mới đưa nhân loại tiến gần hơn đến sự thật của vũ trụ.

Bất ngờ mô hình AI Trung Quốc tự khám phá định luật vật lý như người

Mô hình AI-Newton của Trung Quốc gây bất ngờ khi có khả năng tự rút ra quy luật từ dữ liệu thô, gợi mở hướng mới cho nghiên cứu khoa học.