Gắn nam châm trước xe hơi liệu có tạo ra 'động cơ vĩnh cửu' như lời đồn, hay đó là một ý tưởng ngây thơ của những kẻ mộng mơ?

Trong những năm tháng học tiểu học, hẳn nhiều người từng hình dung một viễn cảnh đầy mơ mộng: nếu buộc một nam châm vào phía trước một chiếc xe và treo lơ lửng một nam châm khác ở phía trước xe, liệu có thể tạo ra một động lực đủ mạnh để đẩy chiếc xe tiến về phía trước vĩnh viễn? Đây là một ý tưởng nghe có vẻ hấp dẫn, gợi nhớ đến những phát minh "ACME" đầy ngớ ngẩn trong phim hoạt hình. Nhưng đáng tiếc, nếu thử nghiệm điều đó trong thực tế, bạn sẽ chỉ thu về sự thất vọng và… một bài học vật lý.

Dù nghe có vẻ thú vị, nhưng ý tưởng "xe nam châm tự đẩy" thực tế lại là một ví dụ điển hình về việc hiểu sai cách hoạt động của lực trong một hệ thống khép kín. Thậm chí, nếu chiếc xe này hoạt động được như mong muốn, chúng ta sẽ phải đối mặt với một khái niệm bất khả thi trong vật lý: một cỗ máy chuyển động vĩnh cửu, điều mà các định luật vật lý đã chứng minh là không tồn tại.

Điều cốt lõi khiến xe nam châm không thể hoạt động nằm ở nguyên lý cơ bản của cơ học cổ điển, đặc biệt là các định luật Newton.

Định luật Chuyển động Thứ nhất của Newton phát biểu rằng một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên trừ khi có lực bên ngoài tác động vào nó. Trong trường hợp của chiếc xe nam châm, mặc dù nam châm có lực hút rất mạnh, nhưng nó lại không phải là một lực "bên ngoài".

Định luật Chuyển động Thứ ba của Newton còn giải thích rõ hơn: khi một vật tác dụng một lực lên vật thứ hai, vật thứ hai cũng tác dụng một lực bằng và ngược chiều lên vật thứ nhất. Lực bên ngoài là điểm mấu chốt ở đây. Nam châm, mặc dù được treo lơ lửng trước xe như củ cà rốt trước mặt con lừa, nhưng vẫn là một phần của cùng một hệ thống với chiếc xe, được gắn bằng một thanh hoặc dây thừng.

Chúng không tác dụng bất kỳ lực nào lên bất kỳ vật thể bên ngoài nào. Hai nam châm chỉ hút lẫn nhau, nhưng lực hút đó bị triệt tiêu ngay bên trong hệ thống xe và nam châm. Vì vậy, theo các định luật vật lý, toàn bộ hệ thống này sẽ đứng yên. Những nguyên lý tưởng chừng đơn giản này chính là "chốt chặn" triệt tiêu mọi giấc mơ viển vông về chiếc xe tự đẩy bằng nam châm.

Để hiểu rõ hơn, hãy tưởng tượng bạn treo một củ cà rốt trước mặt một con lừa để dụ nó tiến lên, nhưng củ cà rốt này lại được gắn cố định vào xe. Dù lừa có cố gắng đến đâu, củ cà rốt vẫn luôn cách nó một khoảng không đổi.

Tương tự, nếu bạn treo một nam châm trước xe, nhưng nó được nối bằng thanh cố định hoặc dây vào thân xe, thì dù lực hút có mạnh tới đâu, tất cả vẫn nằm trong cùng một hệ thống khép kín. Lực hút từ nam châm không được coi là "lực bên ngoài" vì không có bất kỳ tương tác nào vượt ra ngoài hệ quy chiếu của chiếc xe. Do đó, hệ thống này không có lý do gì để bắt đầu di chuyển.

Rhett Allain, nhà vật lý học và cây bút của tạp chí Wired từng đưa ra một ví dụ rất hình tượng để lý giải điều này. Hãy tưởng tượng bạn buộc một sợi dây chun khổng lồ phía trước xe. Nếu một người nào đó bước ra phía trước và kéo dây chun, xe có thể chuyển động nhờ lực đàn hồi.

Nhưng nếu chính bạn, người đang ngồi bên trong xe cố với tay qua cửa sổ trời và kéo dây chun về phía trước, liệu xe có thể tiến lên được không? Câu trả lời dĩ nhiên là không. Lực bạn tạo ra vẫn nằm trong cùng một hệ thống và do đó, không đủ để làm thay đổi trạng thái chuyển động.

Ý tưởng về chiếc xe nam châm tự đẩy vì thế cũng thường chỉ tồn tại trong những màn trình diễn vật lý đơn giản tại trường học, với mục tiêu giáo dục hơn là ứng dụng thực tế. Một trong những bài học quan trọng nhất mà khoa học mang lại, đó là không phải ý tưởng nào nghe "logic" cũng có thể áp dụng được trong thế giới thực, nhất là khi nó vi phạm những định luật vật lý vốn đã được kiểm chứng qua hàng thế kỷ.