Tìm hiểu về Vật lý.

[Quynh_Anh_126]

Tháp nghiêng Pisa - nơi Galilei làm thí nghiệm về vật rơi tự do.
Những thí nghiệm khoa học hiện nay thường phức tạp, chỉ có thể thực hiện bởi một nhóm nghiên cứu, với chi phí lên tới hàng triệu USD. Tuy nhiên, khi được hỏi về thí nghiệm "đẹp" nhất trong lịch sử khoa học, người ta lại tôn sùng các ý tưởng đơn giản.
Mới đây, tiến sĩ Robert Crease, thuộc khoa triết của Đại học New York (Mỹ), đã làm một cuộc thăm dò ý kiến của các nhà khoa học về "thí nghiệm đẹp nhất trong lịch sử". Kết quả, không phải những thí nghiệm hiện đại và phức tạp (về phân tích gene, về hạt hạ nguyên tử hay đo ánh sáng của các ngôi sao xa...) được chọn là "đẹp" nhất, mà chính những thí nghiệm đơn giản như đo chu vi trái đất, tán xạ ánh sáng, vật rơi tự do... được người ta yêu thích hơn cả. Vẻ đẹp này có một ý nghĩa rất cổ điển: mô hình thí nghiệm đơn giản, logic đơn giản, nhưng kết quả đạt được lại rất lớn.

Dưới đây là thứ tự 10 thí nghiệm được xem là "đẹp" nhất (xếp theo thứ tự thời gian).


Thí nghiệm đo đường kính trái đất của Erasthenes

Vào một ngày hạ chí cách đây khoảng 2.300 năm, tại thành phố Awan của Ai Cập, Erasthenes đã xác định được thời điểm mà ánh sáng mặt trời chiếu thẳng đứng xuống bề mặt đất. Có nghĩa là bóng của một chiếc cọc thẳng đứng trùng khớp với chân cọc.

Cùng thời điểm đó năm sau, ông đã đo bóng của một chiếc cọc đặt ở Alexandria (Hy Lạp), và phát hiện ra rằng, ánh nắng mặt trời nghiêng 7 độ so với phương thẳng đứng.

Giả định rằng trái đất là hình cầu, thì chu vi của nó tương ứng với một góc 360 độ. Nếu hai thành phố (Awan và Alexandria) cách nhau một góc 7 độ, thì góc đó phải tương ứng với khoảng cách giữa hai thành phố ấy (với giả định rằng cả hai thành phố cùng nằm trên đường xích đạo). Dựa vào mối liên hệ này, Erasthenes đã tính ra chu vi trái đất là 250.000 stadia.

Đến nay, người ta vẫn chưa biết chính xác 1 stadia theo chuẩn Hy Lạp là bao nhiêu mét (có thể là chiều dài của một sân vận động?), nên chưa thể có kết luận về độ chính xác trong thí nghiệm của Erasthenes. Tuy nhiên, phương pháp của ông hoàn hợp lý về mặt logic. Nó cho thấy, Erasthenes không những đã biết trái đất hình cầu, mà còn hiểu về chuyển động của nó quanh mặt trời.

Thí nghiệm trên được xếp ở vị trí thứ 7 trong bảng "xếp hạng các thí nghiệm đẹp nhất" của Robert Crease.


Thí nghiệm về vật rơi tự do của Galilei

Cuối thế kỷ 16, người ta đều tin rằng, vật thể nặng rơi nhanh hơn vật thể nhẹ. Lý do là Aristotle đã nói như vậy, và quan điểm đó được Nhà thờ công nhận.

Tuy nhiên Galileo Galilei, một thầy giáo dạy toán ở Đại học Pisa (Italy) lại tin vào điều khác hẳn. Thí nghiệm về vật rơi tự do của ông đã trở thành câu chuyện kinh điển trong khoa học: Ông đã leo lên tháp nghiêng ở Pisa để thả các vật có khối lượng khác nhau xuống đất, và rút ra kết luận là chúng rơi với tốc độ như nhau! (tất nhiên phải bỏ qua sức cản của không khí). Vì kết luận này mà ông đã bị đuổi việc. Ông trở thành tấm gương sáng cho các nhà nghiên cứu sau này, vì đã chỉ ra rằng: Người ta chỉ có thể rút ra kiến thức khoa học từ các quy luật khách quan của thiên nhiên, chứ không phải từ niềm tin.

Thí nghiệm trên đứng số 2 trong "bảng xếp hạng" của Robert Crease.


Thí nghiệm về các viên bi lăn trên mặt dốc của Galilei

Một lần nữa, Galileo Galilei lại có một thí nghiệm được lọt vào "Top 10 thí nghiệm đẹp nhất". Để kiểm chứng một đại lượng gọi là gia tốc, Galilei đã thiết kế một tấm ván dài 5,5 mét, rộng 0,22 mét. Sau đó, ông cho xẻ một rãnh ở giữa tấm ván...

Galilei dựng tấm ván dốc xuống, rồi thả các viên bi đồng theo rãnh. Sau đó, ông dùng một chiếc đồng hồ nước để đo thời gian mà viên bi di chuyển trên một quãng đường nhất định (Galilei đã đo đường đi của viên bi và cân số nước do đồng hồ nhỏ ra để suy ra tỷ lệ giữa đường đi và thời gian di chuyển của vật thể).

Galilei khám phá ra rằng, càng xuống chân dốc, viên bi chạy càng nhanh: Quãng đường đi tỷ lệ thuận với bình phương của thời gian di chuyển. Lý do là viên bị luôn chịu tác dụng của một gia tốc (gây ra bởi lực hút của trái đất). Đó chính là gia tốc tự do (g=9,8 m/s2).

Thí nghiệm trên được xếp thứ 8 trong "bảng xếp hạng" của Robert Crease.


đã chứng minh rằng, ánh sáng trắng bị phân tán thành nhiều màu khi đi qua lăng kính.
Trước Newton, người ta vẫn cho rằng ánh sáng là một thể tinh khiết, không thể phân tách (lại Aristotle!). Tuy nhiên, Newton đã chỉ ra sai lầm này, khi ông dùng lăng kính để tách ánh sáng mặt trời ra các màu khác nhau rồi chiếu lên tường.

Thí nghiệm của Newton cho thấy, ánh sáng trắng không hề "nguyên chất", mà nó là tổng hợp của một dải quang phổ 7 màu cơ bản: đỏ, da cam, vàng, xanh lá cây, xanh nước biển, chàm, tím.

Thí nghiệm về "sự phân tán ánh sáng" nói trên của Newton được xếp thứ 4 trong "bảng xếp hạng" của Robert Crease.

Thí nghiệm về sự giao thoa ánh sáng của Young

Nhiều năm liền, Newton đã dẫn các nhà khoa học vào một con đường sai lầm khi ông cho rằng ánh sáng được cấu thành từ hạt chứ không phải sóng. Tuy nhiên, năm 1803, nhà vật lý người Anh Thomas Young đã phản bác được quan điểm của Newton bằng thí nghiệm sau:

Young khoét một lỗ ở cửa kính, rồi che lại bằng một miếng giấy dày, có châm một lỗ nhỏ như đầu kim. Sau đó, Young dùng một tấm gương để làm chệch hướng đi của tia sáng mảnh rọi qua lỗ nhỏ của miếng giấy. Tiếp theo, ông dùng một mảnh bìa cực mảnh (cỡ 0,1 milimét) đặt vào giữa tia sáng để tách nó ra làm hai. Khi hai tia sáng này chiếu lên tường, Young nhận thấy có các điểm sáng và điểm tối đan xen với nhau. Đây rõ ràng là hiện tượng giao thoa của ánh sáng (điểm sáng là nơi hai đỉnh sóng giao nhau, còn điểm tối là nơi một đỉnh sóng giao thoa với một lũng sóng để triệt tiêu nhau). Như vậy, ánh sáng phải có tính sóng.

Thí nghiệm trên được xếp thứ 5 trong "Top 10 thí nghiệm đẹp".

Thí nghiệm về "sợi dây xoắn" của Cavendish
Thí nghiệm của Cavendish: Lực hấp dẫn sẽ làm cây gậy bị xoay đi một góc và sợi dây xoắn lại.

Chúng ta đều biết rằng Newton là người tìm ra lực hấp dẫn. Ông đã chỉ ra rằng, hai vật luôn hút nhau bằng một lực tỷ lệ thuận với khối lượng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Tuy nhiên, làm sao để chỉ cho người khác thấy lực hấp dẫn bằng thí nghiệm (vì nó quá yếu)?
Cuối thế kỷ 18, nhà khoa học người Anh Henry Canvadish đã làm một thí nghiệm tinh xảo như sau: Ông cho gắn hai viên bi kim loại vào hai đầu của một thanh gỗ, rồi dùng một sợi dây mảnh treo cả hệ thống lên, sao cho thanh gỗ nằm ngang. Sau đó, Cavendish đã dùng hai quả cầu chì, mỗi quả nặng 170 kg, tịnh tiến lại gần hai viên bi ở hai đầu gậy. Theo giả thuyết, lực hấp dẫn do hai quả cầu chì tác dụng vào hai viên bi sẽ làm cho cây gậy quay một góc nhỏ, và sợi dây sẽ bị xoắn một vài đoạn.

Kết quả, thí nghiệm của Canvadish được xây dựng tinh vi đến mức, nó phản ánh gần như chính xác giá trị của lực hấp dẫn. Ông cũng tính ra được một hằng số hấp dẫn gần đúng với hằng số mà chúng ta biết hiện nay. Thậm chí Canvadish còn sử dụng nguyên lý thí nghiệm này để tính ra được khối lượng của trái đất là 60x1020kg.

Thí nghiệm trên được xếp thứ 6 trong "Top 10 thí nghiệm đẹp".
Hình minh họa thí nghiệm về con lắc của Foucault, Paris, 1851.
Trong các thành tựu khoa học thế kỷ 19, có lẽ hiếm có sự kiện nào gây chấn động mạnh hơn thí nghiệm về "con lắc nhà thờ Pathéon", thực hiện bởi nhà khoa học Pháp Jean-Bernard-Léon Foucault. Với thí nghiệm này, Foucault đã chỉ ra rằng, trái đất quay xung quanh trục của nó.
Năm 1851, Foucault đã sử dụng một sợi dây thép dài 68 mét để treo một quả cầu sắt nặng 31 kg lên nóc nhà thờ Pathéon ở Paris. Sau đó, ông đã dùng một lực ban đầu để đẩy quả cầu cho nó lắc đi lắc lại.

Ở dưới đáy quả cầu, Foucault cho gắn một chiếc kim nhỏ. Mỗi khi con lắc di chuyển, chiếc kim này lại kẻ những vệt lên trên nền cát ẩm mà người ta đã cho trải trên nền nhà thờ trước đó.

Trước con mắt kinh ngạc của những người xem, vệt kim mà quả cầu để lại trên mặt cát liên tục thay đổi sau mỗi lần quả cầu lắc qua lắc lại. Tuy rằng tốc độ thay đổi rất chậm chạp, nhưng sau khoảng 30 giờ, con lắc đã đổi hướng đúng 1 vòng theo chiều kim đồng hồ. Với kết quả này, Foucault là người đầu tiên đã chỉ ra bằng thực nghiệm rằng, trái đất quay xung quanh trục của nó.

Paris nằm ở phương bắc, nên con lắc đã dịch chuyển theo chiều kim đồng hồ. Nếu thí nghiệm được thực hiện ở phương nam, con lắc sẽ chuyển động ngược với chiều kim đồng hồ. Thời gian để trục quay của con lắc đi hết một vòng cũng phụ thuộc vào từng khu vực địa lý, như ở Paris là 30 tiếng, và ở Nam Cực là 24 tiếng đồng hồ. Riêng ở xích đạo, trục quay của con lắc sẽ không chuyển dịch.

Thí nghiệm trên được xếp thứ 10 trong "bảng xếp hạng" của Robert Crease.
Thí nghiệm về giọt dầu của Millikan
Trước thế kỷ 17, người ta đã từng biết đến các hiện tượng điện, như sự phóng điện của các đám mây, hay điện tích sinh ra do sự cọ sát giữa hai vật. Tuy nhiên, phải đến năm 1897, nhà vật lý người Anh J.J. Thomson mới phát hiện ra một loại hạt tích điện, gọi là điện tử (electron). Có điều, ngay cả Thomson cũng đã không xác định được giá trị điện tích của electron.

Năm 1909, nhà vật lý người Mỹ Robert Millikan đã làm một thí nghiệm nổi tiếng, gọi là "thí nghiệm về giọt dầu" (oil-drop experiment). Trong thí nghiệm này, Millikan đã đặt một hiệu điện thế cực lớn (khoảng 10.000 V) giữa hai điện cực kim loại. Sau đó, ông dùng một máy phun, thả các giọt dầu rơi tự do giữa hai điện cực này.

Ban đầu, giọt dầu không tích điện, nên nó rơi dưới tác dụng của trọng lực. Tuy nhiên sau đó, Millikan đã dùng một chùm rơnghen để ion hóa giọt dầu này, cấp cho nó một điện tích. Vì thế, giọt dầu này đã rơi nhanh hơn, vì ngoài trọng lực, nó còn chịu tác dụng của điện trường. Dựa vào khoảng thời gian chênh lệch khi hai giọt dầu rơi hết cùng một đoạn đường, Millikan đã tính ra điện tích của một hạt tích điện nhỏ nhất là 1 electron: e = 1,63 · 10-19 As.

Năm 1917, Millikan lặp lại thí nghiệm trên, và đã sửa điện tích của 1 electron là e = 1,59 · 10-19 As. Những đo đạc hiện nay dựa trên nguyên lý của Millikan cho kết quả là e = 1,602 · 10-19 As.

Oil-drop experiment được đứng thứ 3 trong "bảng xếp hạng" của Robert Grease.


(theo NewYork Times)

Em thấy bài này hay hay nên post lên để các anh chị cùng đọc!


Mjss: Hoan nghênh bạn ^^ Nhưng mà coppy thì nên chỉnh sửa lại về phần hình ảnh Mình nghĩ còn ảnh, nhưng khi bạn coppy thì ảnh không coppy theo đâu Bạn sửa lại chút nhé ^^
Xuyên: Đã sửa theo nội dung.

[nguyentrongxuyen]

Liệu có tồn tại một lý thuyết của tất cả (TOE - theory of everything)? Đã một thế kỷ qua, các nhà vật lý đi tìm một lý thuyết có khả năng thống nhất cơ học lượng tử và lý thuyết tương đối, nhằm nắm bắt được bản chất thống nhất của 4 loại tương tác. Chúng ta đã có "Thuyết tương đối" của Albert Einstein, 1 bước cách mạng của khoa học thế giới thế kỉ trước. Thuyết này ra đời đã lý giải được hầu hết những hiện tượng vật lý xung quan chúng ta. Tuy nhiên, hầu hết k phải là tất cả. Con người vẫn chưa tìm ra được câu trả lời thoả đáng cho rất nhiều những hiện tượng bí ẩn trong đời sống, đặc biệt trong lĩnh vực tâm linh.

Gần đây, Nhà Vật lý Lisa Randall của trường Đại học Harvard đã đưa ra 1 lý thuyết vật lý mới, có khả năng giải thích cho nhưng hiện tượng vẫn còn nằm trong bức màn bí mất của nhân loại, đó là thuyết về không gian 5 chiều. Lý thuyết mới được đưa ra sẽ phản bội lại hoàn toàn những j Einstein đã khẳng định trong cả thế kỉ qua. Lý thuyết này cho rằng Vũ trụ hiện hữu là một màng (được gọi là Braneworld) nằm trong một Vũ trụ lớn hơn, giống như một sợi tảo mỏng nổi trên đại dương. “Vũ trụ màng” có 5 chiều – 4 chiều không gian và một chiều thời gian – so với vũ trụ 4 chiều – 3 chiều không gian và một chiều thời gian – theo Thuyết Tương đối chung.

Trong một lần làm thí nghiệm về hạt cơ bản, Lisa Randall bất ngờ phát hiện thấy có những hạt bỗng dưng biến mất – điều này mâu thuẫn lớn với Thuyết Tương đối nghĩa rộng của Einstein. Bà mạnh dạn giả thiết: Các hạt này có thể do bay vào Không gian chiều thứ 5 cho nên mới bỗng dưng biến mất tăm như thế. Randall nói: “Tôi cho rằng trên Trái đất có tồn tại không gian chiều thứ 5. Nếu giả thiết này là đúng thì thực ra các không gian khác không ở xa chúng ta, thậm chí có thể nói chúng ở cách ta trong gang tấc. Chỉ có điều chúng ẩn giấu rất khéo cho nên ta không nhìn thấy mà thôi.”

Và như thế, xét trên một khía cạnh khác, một linh hồn khi đã lìa khỏi thể xác có thể vẫn tồn tại đâu đó trong chiều thứ 5 của không gian. Có thể họ ở rất gần ta, nhưng ta k thể nhìn thấy hay nghe thấy họ. Trong 1 chừng mực nào đó, ta vẫn có thể cảm thấy sự hiện diện của họ. Trong khi đó, họ vẫn có thể nhìn thấy, nghe thấy ta. Đối với 1 số người sống có khả năng đặc biệt, nhận biết được chiều không gian thứ 5, họ có thể nhận biết hoặc thậm chí giao tiếp với linh hồn.

Và còn rất nhiều những hiện tượng bí ẩn khác có thể tìm được lời giải đáp khi lý thuyết này hoàn chỉnh & được kiểm nghiệm. Giả thuyết có tính cách mạng của Randall sẽ có dịp được chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 2008, khi Trung tâm Nghiên cứu hạt nhân châu Âu (CERN) hoàn tất việc xây dựng Máy gia tốc và chạm hạt mạnh cỡ lớn (Large Hadron Collider). Đây là một công trình ngầm quy mô vĩ đại đang được xây dựng khẩn trương dưới độ sâu 100 m tại vùng biên giới Thụy Sĩ-Pháp, một nỗ lực tập thể của 6 quốc gia, với chi phí 8 tỉ USD, bắt đầu xây dựng từ 20 năm trước đây.

Điều làm cho các nhà vật lý lâu nay đau đầu: Lực hấp dẫn yếu hơn những lực cơ bản khác rất nhiều. Nó có thể làm gãy một bàn chân (khi bị ngã), thế nhưng một thỏi nam châm, khi hút một cái đinh trên bàn, đã thắng cả lực hút trái đất..

“Nhưng điều đó đã chỉ ra rằng, người ta có thể giải thích lực hấp dẫn hoàn toàn mới, nếu người ta cho rằng, có nhiều hơn 3 chiều không gian”, Randall nói.

Theo bà, Vũ trụ của chúng ta tương tự như một lá cờ hoặc một cái màng 3 chiều, dao động tự do trong một không gian vô tận, có những chiều đặc biệt cho cái không gian đó. Gần ngay bên cạnh có một Vũ trụ song song như là cái màng thứ hai. Cả hai đều không liên kết với nhau, chỉ có lực hấp dẫn có thể từ Thế giới song song “nhỏ giọt” vào thế giới của chúng ta. Trong Vũ Trụ song song thì lực hấp dẫn cũng mạnh như tất cả các lực tự nhiên cơ bản khác. Ở thế giới chúng ta nó yếu hơn, bởi vì nó đến từ bên ngoài. Nó có lẽ là một lực hơn cả lực ngoài trái đất, có lẽ nó là lực ngoại vũ trụ.

Lý thuyết này mang tính cách mạng đến nỗi, nó đã làm cho Randall trở thành một ngôi sao trong ngành vật lý. Trong 5 năm qua những công trình của Randall đã được các đồng nghiệp của bà trích dẫn hơn 10.000 lần trong những đề tài của họ. Và mặc dù lý thuyết của Randall có nhiều điều chưa được chứng minh, nhưng nó vẫn mang những chuỗi tư tưởng rất lôgic, và đem đến cho các nhà thực hành trong phòng thí nghiệm hàng năm trời làm việc.

Những nhà lý thuyết khác cũng dựa theo lý thuyết của Randall và xây lên những tòa nhà tư tưởng mới.

Một nhóm những nhà nghiên cứu từ Mỹ và Anh đã đặt ra câu hỏi, điều gì xảy ra nếu các màng chạm nhau? Họ phát hiện ra trong công thức của Randall một câu trả lời khả dĩ: Sự va chạm gây ra vụ nổ nguyên thủy và từ đó đã tạo ra sự khởi đầu cho tất cả những gì đang tồn tại trong vũ trụ của chúng ta ngày nay. Đó là cách giải thick mới cho vụ nổ Big Ben mà chúng ta vẫn biết đến.

Theo khoahoc.com.vn