Bài giảng lịch sử vật lí

Với mong muốn giúp người học có ñiều kiện nghiên cứu tốt giáo trình và hiểu rõ hơn những bước phát triển mới của ngành vật lý những năm ñầu thế kỷ XXI, tác giả có cập nhật bổ sung một số

MỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 1

PHẦN MỞ ĐẦU 2

1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ NHIỆM VỤ 2

2 Quy luật cơ bản của sự phát triển của Vật lý học 2

3 Những quy luật nội tại của sự phát triển Vật lý học: 4

CHƯƠNG I THỜI KỲ BAN ĐẦU 5

1 Vật lý học thời cổ ñại: 5

2 Vật lý học thời Trung ñại 8

CHƯƠNG II SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÝ HỌC THỰC NGHIỆM 10

1 Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất: 10

2 Sự ra ñời của Vật lý thực nghiệm 11

CHƯƠNG III CƠ HỌC NEWTON VÀ SỰ HOÀN THÀNH 14

1 Vũ trụ học của Descartes 14

2 Newton và sự nghiệp khoa học của ông 14

3 Cơ học Newton 15

4 Thế giới quan của Newton và vai trò của nó trong sự phát triển Vật lý học 15

CHƯƠNG IV SỰ HÌNH THÀNH VẬT LÝ HỌC CỔ ĐIỂN 18

1 Cơ học thế kỷ XVIII 18

2 Nhiệt học 19

3 Quang học 20

4 Điện học và Từ học 20

CHƯƠNG V VẬT LÝ HỌC THỜI KỲ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP TƯ BẢN CHỦ NGHĨA 22

1 Cơ học nửa ñầu thế kỷ XIX 22

2 Những bước phát triển mới của quang học sóng 23

3 Những bước ñầu của ñiện ñộng lực học 24

CHƯƠNG VI SỰ PHÁT MINH RA ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG 27

1 Bước ñầu nghiên cứu sự chuyển hóa giữa nhiệt và công 27

2 Sự hình thành ñịnh luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng 27

1 Những ñặc ñiểm phát triển vật lý học cổ ñiển nửa cuối thế kỷ XIX 30

2 Sự phát triển Nhiệt ñông lực học và Vật lý thống kê 32

3 Sự hình thành và phát triển của lý thuyết trường ñiện từ 35

4 Những ñặc trưng của Vật lý học cổ ñiển 38

CHƯƠNG VIII CUỘC CÁCH MẠNG MỚI TRONG VẬT LÝ HỌC. 41

l.Sự hình thành và phát triển thuyết tương ñối 41

2 Sự hình thành và phát triển thuyết 1ượng tử 49

3 Sự phát triển vật lý học sau thuyết tương ñối và thuyết lượng tử 53

4 Vài nét ñặc trưng của vật lý hiện ñại 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

LỜI GIỚI THIỆU

Môn Lịch sử vật lý học trong chương trình ñào tạo ñã ban hành ñược bố trí thời lượng 2 tín chỉ và giáo trình chủ yếu theo cuốn Lịch sử vật lý học của GS Đào Văn Phúc

Tập bài giảng này ñược soạn trên cơ sở tích lũy những kiến thức về môn học

ñã ñược sử dụng giảng dạy cho sinh viên ngành Sư phạm vật lý trong những năm trước (học theo hệ niên chế) Với mong muốn giúp người học có ñiều kiện nghiên cứu tốt giáo trình và hiểu rõ hơn những bước phát triển mới của ngành vật lý những năm ñầu thế kỷ XXI, tác giả có cập nhật bổ sung một số tư liệu mới có trong những tài liệu khác; nhất là các nội dung ñược trình bày ở ñầu chương I và các chương VII,VIII Vì vậy, kết cấu các chương, tiết trong tập bài giảng này vẫn tuân thủ ñúng theo giáo trình, nhưng ở từng chương có những cách tiếp cận riêng ñược thực hiện trên lớp học

Để giúp người học nghiên cứu tập giáo trình Lịch sử Vật lý học [1] với hơn

300 trang viết,tập bài giảng này có bổ sung một số kiến thức mới và ñưa ra một số nội dung câu hỏi cần thảo luận Do thời lượng làm việc tại giảng ñường hạn chế trong khi kiến thức về Vật lý học rất ña dạng, tập bài giảng này không tránh khỏi những khiếm khuyết

Rất mong sự góp ý phê bình của ñồng nghiệp và sinh viên

Xin chân thành cám ơn

GVC.ThS.Tạ Lý

2

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ

1.1 Đối tượng nghiên cứu của môn học

Trước hết cần xác ñịnh rõ ñối tượng nghiên cứu của Vật lý học là gì?

Phần mở ñẩu các giáo trình Vật lý ñại cương luôn trình bày ñầy ñủ các nọi dung về ñối tượng nghiên cứu của Vật lý học

Trong giáo trình [1] ñã nêu rõLịch sử vật lý học nghiên cứu:

- Quá trình hình thành và phát triển của vật lý học một cách thống nhất,

không phải là sự liệt kê các thành tựu từ cổ chí kim

- Sự phát triển của Vật lý học cùng với các môn khoa học khác, luôn gắn

liền với lịch sử phát triển của xã hội loài người

1.2 Nhiệm vụ nghiên cứu của môn học

- Phát hiện và thuyết trình các sự kiện một cách hệ thống và có lọc lựa

- Phân tích các sự kiện, chứng minh giải thích tính tất yếu của sự phát triển

ấy

- Tìm ra quy luật tổng quát của sự phát triển là cơ sở ñể ñịnh hướng cho Vật

lý học trong tương lai

1.3 Vai trò của môn học

- Từ các bài học lịch sử thấy ñược sự cống hiến to lớn của khoa học vật lý

và các nhà vật lý

- Sự phát triển vật lý học góp phần quan trọng trong việc xây dựng thế giới

quan duy vật biện chứng ( các khái niệm về không gian và thời gian, vật chất và phản vật chất…)

- Nắm bắt quá trình phát triển vật lý học một cách logic giúp cho việc nhận

thức về dạy và học vật lý một cách sâu sát hơn

2 Quy luật cơ bản của sự phát triển của Vật lý học

Sự phát triển của vật lý học do nhu cầu của thực tiễn xã hội và trước hết là của sản xuất quyết ñịnh.(Dòng 2, trang 10, [1])

2.1 Vật lý học và sản xuất

Sự phát triển củaVật lý học gắn liền với thực tiễn sản xuất luôn tìm tòi phát hiện nhằm nâng cao sức lao ñộng

Từ xưa ñến nay, những thành tựu của khoa học nói chung và vật lý nói riêng luôn là ñộng lực thúc ñẩy sự phát triển sản xuất Suốt quá trình phát triển của xã hội loài người có nhiều minh chứng khẳng ñịnh ñiều ñó Cùng với nó, một thực tế

là thời gian ñể các công trình nghiên cứu khoa học ñến với thực tế sản xuất ngày càng ngắn lại.Người học tự tìm ra các ví dụ cụ thể ñể chứng minh ñiều ñó

nghĩa là sự tìm kiếm tự tính sự vật Theo các triết gia Milesian(Hy Lạp cổ), không

có khái niệm rạch ròi giữa vật chất và tâm thức, giữa hữu sinh và vô sinh…

Sau này với quá trình phát triển của khoa học mới có sự phát triển tách biệt giữa triết học và các khoa học khác

Nghiên cứu về lĩnh vực này người học cần tìm hiểu và ñưa ra các minh chứng ñể trả lời về các vấn ñề sau:

- Những khái niệm tương ứng giữa Vật lý học và Triết học, Vật lý học phải

dựa vào các khái niệm triết học nào?

- Khi nào Vật lý học là môn khoa học riêng biệt và hiểu như thế nào về

quan ñiểm “Triết học là khoa học ñứng trên các khoa học”?

- Triết học duy vật biện chứng có mối quan hệ như thế nào với sự phát triển

của khoa học tự nhiên?

- Cho biết những ảnh hưởng của Triết học duy tâm với khoa học tự nhiên?

2.3 Vật lý học và các khoa học khác

-Trước hết phải thấy rằng vật lý học phát triển phải dựa vào công cụ toán học, và sau ñó nhờ vật lý lý thuyết cũng tác ñộng làm sản sinh ra những ngành toán mới

-Thiên văn học có những ảnh hưởng trực tiếp ñến sự phát triển của Vật lý học

-Hóa học gắn liền với sự phân tích quang phổ, ñịnh luật bảo toàn và biến ñổi

4

-Ngay cả y học cũng tác ñộng ñến vật lý học: Ganvanni và hiện tượng tĩnh ñiện,…

3 Những quy luật nội tại của sự phát triển Vật lý học

Lịch sử vật lý học ñã ñúc rút ra 3 quy luật phát triển của Vật lý học;ñó là:

- Quá trình luân phiên giữa những thời kỳ tiến hóa bình yên và những thời

kỳ biến ñộng mạnh mẽ của lý thuyết vật lý về các nguyên lý cơ bản, các ñịnh luật mới…

- Luôn có tính kế thừa, cái mới luôn làm rõ hơn cái cũ theo quy luật phát

triển thăng tiến

- Vật lý học thường sử dụng phương pháp tương tự và phương pháp mô

hình nhất là ở những bước ñường tìm ra cái mới

4.Câu hỏi thảo luận:

Anh(chị) suy nghĩ gì về các quy luật này và ñưa ra các minh chứng với từng quy luật ñồng thời có thể mở rộng vấn ñề với các khoa học khác ?

CHƯƠNG I THỜI KỲ BAN ĐẦU

1 Vật lý học thời cổ đại

1.1 Sự phát sinh những tri thức khoa học

Những thành tựu của con người thời cổ đại cịn để dấu ấn đến ngày nay là rất nhiều, đáng chú ý là trong các lĩnh vực thiên văn học và tốn học

Xét về lĩnh vực Vật lý học, các kiến thức cĩ được trong quá trình nghiên cứu khoa học cĩ thể chia làm ba giai đoạn:

Giai đoạn 1 tích lũy các kết quả thu lượm từ kinh nghiệm, thơng qua các hiện tượng đã được giải thích thỏa đáng từ thực tiễn đời sống sản xuất

Giai đoạn 2 cĩ những khẳng định từ những kinh nghiệm nĩi trên được miêu

tả bằng những biểu tượng tốn học và rồi một khung tốn học sẽ được đưa ranhằm diễn tả biểu tượng tốn học đĩ một cách chính xác và phù hợp với lý luận Đĩ chính là một mơ hình tốn học, hay nĩi một cách tổng quát, là một lý thuyết Lý thuyết này lại được áp dụng để tiên đốn kết quả của những thí nghiệm khác nhằm khảo nghiệm tính đúng đắn của nĩ

Giai đoạn 3 chính là việc trình bày mơ hình trên thực tiễn, nĩi khác đi là diễn giải mơ hình trên thành ngơn ngữ thơng thường để ứng dụng trong đời sống Thực tế thì ba giai đoạn này khĩ phân biệt trước sau, và nếu áp đặt vào tiêu chuẩn đánh giá thì cĩ thể nĩi rằng ở thời cổ đại chưa xuất hiện những mầm mống của vật lý học dẫu rằng đã xuất hiện các kiến thức ban đầu về cơ học

1.2 Khoa học Phương Đơng cổ đại

Những vấn đề chính về khoa học thời cổ đại ở Trung Quốc, Ấn Độ, Ai Cập

đã được nĩi đến trong [1] Phương Đơng cổ đại đã cĩ những mầm mống sơ khai của khoa học, những quan niệm duy vật về thế giới vật chất, nhưng sớm bị chuyển hĩa trong những thuyết huyền bí của các trường phái tâm linh.Tuy nhiên, khi nghiên cứu về những vấn đề cơ bản của vật lý hiện đại, nhất là trong lĩnh vực vũ trụ học và vật lý hạt cơ bản, người ta lại thấy cĩ mối quan hệ tương đồng giữa những khái niệm của vật lý hiện đại và cơ sở của triết học Phương Đơng Điều đĩ

cĩ thể thấy mối tương đồng về thế giới quan nhìn nhận sự nhất thể và mối liên hệ qua lại của mọi hiện tượng cũng như tính chất luơn chuyển động khơng ngừng của

vũ trụ Cũng như triết học Phương Đơng, vật lý hiện đại nhìn thế giới vi mơ là một

6

ñó người quan sát là một phần tử trong hệ thống ñó Vật lý hiện ñại không ñặt cơ

sở trên trực giác nữa mà dựa trên những thí nghiệm chính xác, phức tạp và dựa trên một lý luận logic chặt chẽ của toán học

1.3 Giai ñoạn mở ñầu của khoa học cổ ñại

Triết học tự nhiên ra ñời ñồng thời ở Ấn Độ, Trung Quốc và Hy Lạp, nhưng cái nôi của khoa học là Hy Lạp Tại sao như vậy?

Những nét chính về khoa học cổ ñại Phương Đông ñã nói ở phần trên

Hy Lạp ñã sớm hình thành việc nghiên cứu khoa học có hệ thống, việc giảng dạy khoa học, sự xuất hiện của các nhà khoa học, các trung tâm khoa học và thông tin khoa học ñã có từ thế kỷ VI TrCN Các thành tựu của trường phái Iôni (còn gọi

là trường phái triết học Milesian), những quan ñiểm duy vật của trường phái Pitago, hay những quan ñiểm duy tâm của trường phái Elê(hay Elatic) ñã ñược ghi nhận

Người Hy Lạp ñời sau gọi những người theo trường phái lôni (các nhà Milesian) là Hylozoist (kẻ cho rằng vật chất cũng biết sống) Bởi lẽ họ không hề phân biệt vật chất giữa hữu sinh và vô sinh, giữa tâm thức và vật chất Thậm chí

họ không có khái niệm vật chất mà cho rằng mọi hiện tượng ñều là phát biểu của Physis, ở ñó chứa sẵn sự sống và tâm thức Thales xem sự vật chứa ñầy linh tính còn Aneximander xem vũ trụ có dạng một cơ thể ñược pneuma (hơi thở, khí) của

vũ trụ ñiều hòa, như con người ñược khí trời nuôi sống

Quan niệm nhất thể và hữu cơ của họ rất gần với thế giới quan của triết học Phương Đông, nhất là với Heraclitus Theo ông, những gì tĩnh tại chỉ là ảo tưởng, nguyên lý vũ trụ của ông là ngọn lửa, thế giới luôn chuyển ñộng không ngừng và vĩnh viễn, mọi vật biến ñổi trong trời ñất là do sự vận ñộng và sự tác ñộng của các cặp ñối lập với tác ñộng ñầy sức sống và nhịp nhàng Ông gọi mỗi cặp ñối lập ñó

là cái nhất thể, cái xuyên suốt mọi cắp ñối lập là Logos

Với trường phái Pitago, thành tựu lớn nhất là quan niệm trái ñất hình cầu chuyển ñộng trong hệ ñịa tâm Hình ảnh ngọn lửa thiêng trung tâm song hành cùng những bí ẩn thần kỳ của các con số luôn có trong tâm thức của con người Đến trường phái Elatic thì cái nhất thể ñã ñược cưa ñôi, theo họ thì có một nguyên lý thiêng liêng (divine princiole) cao hơn cả thánh thần và con người

Mới ñầu nguyên lý này ñược xem là sự nhất thể của vũ trụ, sau ñó người ta cho rằng nó là Thượng ñế có tính toàn trí và mang nhân trạng, là người ñứng trên

và cai quản thế giới Đó là khuynh hướng tách tâm và vật ra làm hai và dẫn triết học phương Tây theo hướng nhị nguyên

Theo trường phái này, Paramenides trái hẳn với Heraclitus ñưa ra nguyên lý

về cái Tồn Tại, cho nó là cái có thực duy nhất và bất biến Ông xem sự biến ñổi là không thể có, cái mà ta gọi là sự biến dịch trong thế gian chỉ là ảo giác Từ ñó nảy sinh ra quan niệm về một vật chất bất hoại

Dung hòa hai trường phái này, người ta cho rằng cái tồn tại ñược thể hiện thông qua các chất liệu bất biến, nhưng khi ñem chúng trộn lẫn vào nhau hoặc tách nhau ra thì chúng lại tạo thành sự biến dịch của thế giới

1.4 Thuyết nguyên tử cổ Hy Lạp

Thoát ra khỏi tư duy trên, sự ra ñời của khái niệm nguyên tử là những hạt nhỏ nhất không thể phân chia ñã ñược trình bày rõ nhất trong triết học của Leucippus và Demokritus Thuyết này ñã vạch ra ranh giới giữa tâm và vật, theo

họ vật chất ñược cấu tạo từ các hạt nguyên tử Các hạt này chuyển ñộng hoàn toàn thụ ñộng giữa các hạt khác và không có sự sống giữa một khoảng không gian trống rỗng Lý do ñể các hạt chuyển ñộng không ñược giải thích rõ, thường ñược xem là do các lực bên nghoài tác ñộng mà các lực này có nguồn gốc từ tâm chứ không phải từ vật chất Suốt các thế kỷ sau ñó hình dung này là yếu tố then chốt trong tư tưởng Phương Tây, của quan ñiểm nhị nguyên Tâm – Vật, giữa hồn phách

8

dĩ thế giới quan này tồn tại lâu dài không những chính vì con người chỉ nghĩ nhiều ñến hưởng thụ hơn là nghiên cứu về thế giới vật chất, mà còn chịu ảnh hưởng lón của nhà thờ luôn là nguồn lực ủng hộ quan ñiểm của Aristotle suốt thời kỳ Trung

2 Vật lý học thời Trung ñại

Đây là thời kỳ dài ñến giữa thế kỷ XV, với sự ra ñời và ngày càng phát triển của chế ñộ phong kiến và các giáo phái Chế ñộ phong kiến ở châu Âu hình thành sớm hơn và ñời sống tinh thần của xã hội do giáo hội Cơ Đốc chi phối trong khi ở phương Đông lại phát triển văn minh hơn, giàu có hơn

2.1 Khoa học Phương Đông trung ñại

Những kết quả nghiên cứu khoa học ñáng chú ý là của người Arập với các thành tựu toán học với cách viết số, sự phát triển của số học, ñại số và lượng giác Các thành tựu vật lý gồm có: Al-Biruni xác ñịnh tỷ trọng của các chất, nghiên cứu

về các hiện tượng thiên văn; Al-Haden nghiên cứu về ảnh của mặt trăng, mặt trời

và các loại gương,…

Người Arập còn có công ñưa ñến châu Âu nhiều phát minh quan trọng ñến từ Trung Quốc và Ấn Độ

2.2 Khoa học châu Âu trung ñại

Đây là thời kỳ dài ñen tối của khoa học châu Âu mà mọi vấn ñề về khoa học

có thể tóm gọn lại là nói và làm theo ý Chúa

Tuy nhiên, cũng có những người mạnh dạn thực hiện các thí nghiệm khoa học và phát hiện ra những vấn ñề về thiên văn và vật lý vượt ra khỏi những sách

vở giáo ñiều thường ñược răn dạy

Phải kể ñến năm 1440, khi có ñược cách in sách của Gutenberg tạo ra một phương tiện truyền bá tri thức rộng lớn thì lịch sử văn hóa và khoa học của nhân loại mới bước vào một thời kỳ phát triển mới ngày càng rực rỡ

3.Các câu hỏi thảo luận:

-Vật lý học thời kỳ này thực sự ñã ñáp ứng các yêu cầu nêu ra ở 1.1 chưa? -Tại sao cái nôi của khoa học lại là Hy Lạp chứ không phải từ Phương Đông?

-Tại sao người ta lấy mốc chuyển thời kỳ phát triển của vật lý học là năm1440?

SỰ RA Đ

1 Cuộc cách mạng khoa h

1.1 Copernic và hệ nh

Ở phần này người họ

và những nội dung thuyết nh

quay của các thiên cầu”

quan niệm hiện ñại khi nghiên c

tới

Cuốn sách trên ñư

những kiến thức khác biệt v

- Lý thuyết này như m

- Chuyển tâm vũ trụ ra ngoài Trái Đ

- So sánh Trái Đất vớ

- Đưa ra ví dụ ñầu tiên v

1.2 Cuộc ñấu tranh c

Thuyết nhật tâm khi m

một hướng ñi mới Những ñ

ọc cần so sánh nội dung của thuyết ñịa tâm c

t nhật tâm mà Copernic trình bày trong tác ph

” , nội dung của thuyết này khác

i khi nghiên cứu ở giáo trình Thiên văn học sẽ còn

trên ñược in sau năm 1543 ñể rồi truyền bá tớ

t với kinh thánh Những quan ñiểm của Cope:

t này như một giả thuyết toán học

ra ngoài Trái Đất

ới bầu trời như cái hữu hạn so với cái vô hạn

u tiên về tính tương ñối của chuyển ñộng

u tranh cho hệ nhật tâm

t tâm khi mới khởi xướng chưa có mô hình toán họ

hiển nhiên là sự ứng dụng ñể giải thích các hitượng chưa ñủ sức ñể chống lại các quan ñiñiều từ thuyết ñịa tâm

Những luận ñiểm của Bruno ủñiểm của thuyết nhật tâm ñã ñưa ông lên giàn thiêu.Keppler trên cơ sở nghiên cứu thiên văn theo trường phái Pitago với người thầy Tikh

bỏ nhiều công sức sử dụng thuyết ñịa tâm ñthích sự chuyển ñộng của các thiên thể

ng ñịnh luật Keppler với mô hình toán học ch

ểm ñúng ñắncủa Copernic và làm cho Trái Đ

ụ như bao thế hệ trước ñó ñã lầm tưởng Keppler còn

ng công trình nghiên cứu về quang học: lý thuyết về sự nhìn củ

M

a tâm của Ptol m

nic trình bày trong tác phẩm “ Về sự

u thiên văn theo

y Tikho Brahe ñã

a tâm ñể giải

và ñã tìm ra

c chặt chẽ ñã Đất mất ñi vị Keppler còn có

ủa mắt, kính

2 Sự ra ñời của Vật lý thực nghiệm

2.1 Galilee và chiếc kính thiên văn của ông

Galilee (1564- 1642) ñã dùng 18 năm tuổi trẻ từ

1591 ñến 1609 ñể nghiên cứu sự rơi của vật thể xuống ñất Ông hy vọng rằng từ những nghiên cứu này sẽ tìm

ra những bí mật về sự chuyển ñộng của các thiên thể khi

mà bác bỏ quan niệm của Aristotle cho rằng mọi chuyển ñộng trên trái ñất là thẳng ñều còn chuyển ñộng của các thiên thể ñều tròn Ông ñã phát hiện mọi vật trong vũ trụ cần phải ñược chi phối bởi các ñịnh luật tự nhiên như nhau và sự phát hiện các ñịnh luật ấy chỉ bằng các quan sát và các thí nghiệm chính xác ñược lặp

ñi lặp lại nhiều lần Các thí nghiệm cơ học của ông cho thấy các vật rơi xuống ñất

có cùng gia tốc chứ không phụ thuộc trọng lượng 360 năm sau, người ta cũng làm lại thí nghiệm này khi cho một chiếc lông chim và một chiếc búa rơi trên bề mặt Mặt trăng

Năm 1608, Lippershey chế tạo kính thiên văn ñầu tiên, sau 1 năm nó ñã có ở nhiều nước châu Âu Việc chế tạo kính thiên văn có khả năng phóng ñại gấp 32 lần ñã giúp Galilee quan sát bầu trời và phát hiện ra hàng loạt những hiện tượng mới khẳng ñịnh sự ñúng ñắn của thuyết nhật tâm của Copernic

Cuốn sách “Đối thoại về các hệ thống lớn của thế giới” của ông công bố năm

1632 ñã gọi những người theo thuyết ñịa tâm là những “kẻ ñần ñộn” Cuốn sách

này bị cấm lưu hành cho tới năm 1835 và mãi ñến năm 1992 Vaticăng mới công

bố hủy bản án xét xử ông năm 1633

Galile O Galilee

2.2 Phương pháp mớ

Đáng chú ý là những quan ñi

xuất bản năm 1620 mà sau này ngư

Tiếp ñó là những quan ñi

về phương pháp (1637) ñặ

lao lớn khi ñưa các ñại lư

cho hình học giải tích Ông cho r

rời và ñộc lập với nhau là tâm th

phân chia này thì vật chấ

khoa học; thế giới vật chấ

cỗ máy khổng lồ

Những ý tưởng của hai ông th

và vận dụng theo quan ñiể

phải phối hợp cả hai phương pháp này

ñộng của tự nhiên

ới trong khoa học

ng quan ñiểm của Francis Bacon trong cuốn C

sau này người ta gọi là phương pháp quy nạp

ng quan ñiểm của René Descartes trình bày trong cu

ặt nền móng cho phương pháp diễn dịch và ñlượng biến ñổi vào toán học ñồng thời ñặt cơ s

i tích Ông cho rằng trong tự nhiên có hai lĩnh vực hoàn toàn tách

i nhau là tâm thức(res cogitans) và vật chất(res extensa) V

ất ñược phép xem là chết và hoàn toàn ñộc l

ất chỉ là tập hợp của các ñối tượng khác nhau trong m

a hai ông thực chất ñã có từ thời Hy Lạp cổ ñư

ểm mới Sau này các nhà nghiên cứu thấy rằhai phương pháp này trong việc nghiên cứu các quy

c lập với nhà

ng khác nhau trong một

ñược phát triển ằng cần thiết

u các quy luật vận

2.3 Tổ chức mới trong nghiên cứu khoa học

Các trường ñại học thời ñó do giáo hội giám sát chặt chẽ Sự ra ñời liên tiếp của các Hội khoa học và Viện hàn lâm kéo theo sự biến ñổi ñể các trường ñại học cũng thoát khỏi chủ nghĩa kinh viện

Tới thế kỷ thứ XVII, vật lý học ñã trở thành một hệ thống khoa học và khẳng ñịnh vị thế xứng ñáng trong ñời sống xã hội

2.4 Những thành tựu ban ñầu của Vật lý học thực nghiệm

Các thành tựu khoa học vật lý ban ñầu ñược kể ra với các tên tuổi: Ximon Stevin, Galilee…(trang72-79, cuốn [1]) Những công trình cần ghi nhận:

-Stevin: tỷ số giữa lực kéo và trọng lượng vật bằng tỷ số giữa ñộ cao và ñộ dài của mặt phẳng nghiêng; tính áp suất chất lỏng…

- Galilee: các vật rơi tự do và chuyển ñộng của các vật lăn trên mặt phẳng nghiêng hay ném ngang, dùng con lắc ñể ño thời gian…

- Toricelli: áp suất khí quyển với ống mang tên ông; chân không Toricelli; người khởi ñầu nghiên cứu về khí tượng học

- Pascal với áp suất chất lỏng; các ñịnh luật về chất khí trong ñó ñịnh luật Boyle-Mariotte không ghi danh Townley

- Snell và Descartes với các ñịnh luật quang học và Huygens với giáo trình quang học ñầu tiên

- Ginbert là người ñầu tiên nghiên cứu về nam châm và từ trường Trái Đất;

so sánh các hiện tượng ñiện và từ

Các câu hỏi thảo luận:

-Hãy so sánh sự khác nhau giữa thuyết nhật tâm và thuyết ñịa tâm

-Tại sao công nhận Galilee là nhà khoa học thực nghiệm ñầu tiên?

-Các phương pháp mới và tổ chức mới trong khoa học có gì ñặc biệt?

-Vật lý học thực nghiệm ra ñời ñã ghi dấu ấn của sự giải thoát khỏi sự kiềm chế của giáo hội và bước ñầu phát triển 100 năm của nó hơn cả 1000 năm trung cổ.Hãy chứng minh ñiều ñó từ các thành tựu của vật lý trong thời kỳ này từ các tư liệu ñã ñược kể ra trong giáo trình[1]?

R.Descartes

CƠ H CU

1 Vũ trụ học của Descartes

Những vấn ñề về cu[1], người học cần chú ý

ñộng và những người theo trư

triển các ý tưởng ñó

toàn bộ con người mình Theo cách phân chia tâm th

con người tưởng mình là m

tách rời khỏi cơ thể nhưng ch

thuẫn giữa ý chí có ý thứ

chia chẻ thành nhiều ngăn ô khác nhau (ho

thuẫn ñược phản ánh qua

ñược nhìn nhận qua nhiều v

giới vật chất mà cả trong c

công trong vật lý và kỹ thu

tách của xã hội phương T

quan mang tính hữu cơ của

cuốn Nguyên lý triết học của Descartes ñã nói trong

n chú ý ñến những quan niệm của ông về không gian, v

i theo trường phái này ñã không thành công trong vi

Thế giới quan có tính cơ giới củNewton ủng hộ và phát triển lên một bưtrở thành nền tảng của vật lý cổ ñiển TriDescartes không những chỉ có ảnh hưởng trong học cổ ñiển mà nó còn ảnh hưởng ñến tư duy phương Tây lâu dài Câu nói nổi tiếng của ông “

sum” (tôi tư duy, vậy tôi hiện hữu) làm cho ngư

phương Tây ñồng hóa mình với tâm thức thay vì v

i mình Theo cách phân chia tâm thức và vật chất c

ng mình là một thể cô lập, một cá thể sống “trong ” thân xác Tâm b

nhưng chịu trách nhiệm quản cơ thể ñó, vì thế

ức và bản năng vô thức Mỗi hỗn loạn nội tâm do ñư

u ngăn ô khác nhau (hoạt ñộng, cảm xúc, niềm tin…) ñcách nhìn nhận thế giới bên ngoài Thế giới xung quanh

u vật thể và các tiến trình khác nhau không chtrong cấu trúc xã hội Quan ñiểm cơ giới ñó ñã phát trthuật thì cũng mang ñến những hậu quả ñáng kTây ñể ñến ngày nay lại có xu thế hòa ñồng v

a phương Đông

nghiệp khoa học của ông

những ñóng góp vĩ ñại của Newton cho nền v

ũ trụ ñã ñặt ra một cái khung vững chắc là n

ã nói trong sách không gian, về chuyển

ã không thành công trong việc phát

ủa ông ñược

t bước vượt bậc

n Triết học

ng trong Vật lý

n tư duy phương

a ông “Cogito ergo

u) làm cho người

c thay vì với

t của ông, mỗi

” thân xác Tâm bị sinh ra mâu

ng với thế giới

n vật lý cổ ñiển

c là nền tảng cho

, những ñóng góp thiên tài ccòn là ñộng lực lớn thúc ñ

ch

các nh

Newton khác hñọ

Chúng ta có thể ñọc và bi

cơ học cổ ñiển mang tên C

ông mới công bố cuốn Nguyên lý toán h

Trong [1], vấn ñề cơ h

như sau, dựa vào các giáo trình c

nhận ñịnh ở từng phần

3.1 Những khái niệm cơ b

Hãy chú ý khái niệm v

thí nghiệm dẫn tới khái niệ

ñến việc giải thích ñược nguyên nhân làm cho các hành tinh chuy

ñạo ellip là cả một quá trình dài v

4 Thế giới quan củ

học

ng ñóng góp thiên tài của Newton trong toán học và v

n thúc ñẩy sự phát triển của triết học và khoa học tchặng ñường dài lịch sử từ thế kỷ XVII

Thân thế và sự nghiệp của Newton ngưcác nhận xét khi ñọc các trang 84-88 từ [1]

Ở cuối cuốn [3],S.Hawking có những Newton khác hẳn với những ngợi ca vĩ ñại về

ọc cần tham khảo

3 Cơ học Newton

c và biết nhiều vấn ñề về sự hình thành và phát tri

Cơ học Newton và lưu ý rằng phải qua nhiều năm trăn tr guyên lý toán học của triết học tự nhiên

cơ học Newton ñã ñược chia làm 4 phần với các n

a vào các giáo trình cơ học ñã biết, người học thảo luậ

m cơ bản của cơ học Newton

m về khối lượng khác với quan ñiểm của Descarter; các

ệm quán tính; vấn ñề ñộng lượng, năng lượng và ñ

ời gian trong cơ học Newton

thời gian tuyệt ñối, không gian tuyệt ñối, v

t cơ bản

u các cách phát biểu khác nhau ở các sách về 3 ñịnh lu

ng của các ñịnh luật ñó

t hấp dẫn

khi Keppler tìm ra 3 ñịnh luật về sự chuyển ñộng của các hàn

c nguyên nhân làm cho các hành tinh chuyển ñộtrình dài về cả thời gian và các quan ñiểm khác nhau

ủa Newton và vai trò của nó trong sự phát tri

cả các hiện tượng cơ học xẩy ra trong không gianba chiều của hình học cổ ñiển

Euclid Newton nói:“Tự tính của không gian tuyệt ñối là luôn luôn như nhau, bất ñộng, không hề phụ thuộc gì vào sự vật nằm trong ñó” và “Thời gian tuyệt ñối, ñích thực có tính toán học, tự chảy, theo tự tính của nó là ñều ñặn và không liên quan ñến bất cứ vật nào”

Những vật chất của thế giới Newton vận ñộng trong không gian và thời gian tuyệt ñối là những hạt vật chất xem là hạt khối lượng(mass point) Newton xem chúng là những hạt nhỏ cứng chắc và không bị phân hủy, là thành phần cấu tạo mọi vật chất Mô hình này khá giống với thuyết nguyên tử của Hy lạp trước ñó ở chỗ chúng có khối lượng và hình dạng không ñổi; vì thế mà vật chất luôn ñược bảo toàn Newton gắn thêm một lực tác ñộng giữa các hạt với nhau và lực này chỉ phụ thuộc vào khối lượng và khoảng cách giữa chúng Theo Newton, trọng lực hay lực hút của các hạt khối lượng này luôn gắn chặt với vật thể và tác dụng tức thì ở khoảng cách rất xa Giả thuyết kỳ dị ñó ñược xem như ý chúa tạo thành, ñã

ñược nêu trong tác phẩm Quang học(Optics):

Tôi cho rằng mới ñầu chúa tạo vật chất bằng các hạt cứng chắc, ñầy ñặc, không thể xuyên qua, di ñộng, với hình dạng, với kích thước, với tính chất và tương quan nhất ñịnh trong không gian, phù hợp nhất với mục ñích mà ngài muốn tạo ra; và những hạt ñơn giản này là thể rắn, cứng hơn vật thể xốp nào khác, cứng ñến nỗi không bao giờ hao mòn, không vỡ Không có một lực nào có thể chia cắt

nó Vật mà trong ngày ñàu tiên chúa ñã sáng tạo

Tất cả mọi hiện tượng cơ theo Newton ñều có thể quy về sự vận ñộng của hạt khối lượng (chất ñiểm) trong không gian do lực trọng trường gây ra Để phát biểu tác dụng của lực ñó trên hạt khối lượng, Newton ñã sử dụng một công cụ toán học mới, ñó là phép tính vi phân Vào thời ñó, ñây là một thành tựu tri thức vĩ ñại mà

theo Einstein thì “ñó là bước tiến lớn nhất trong tư duy mà một cá nhân xưa nay làm ñược”

Các phương trình của Newton là nền tảng của cơ học cổ điển được xem là quy luật cố định Mọi quy luật vận động của các hạt khối lượng đều cĩ thể quan sát được nhờ giải các phương trình này Theo cách nhìn của Newton, chúa sáng tạo ra vật chất, lực tác dụng giữa chúng và định luật của sự vận động Theo cách

đĩ thì vũ trụ được đưa vào vận hành và từ đĩ chạy như một cỗ máy và được định hướng bằng quy luật bất di bất dịch

Thế giới quan cơ giới đĩ liên hệ chặt chẽ với tư tưởng quyết định luận Bộ

máy vũ trụ khổng lồ vận hành được xem như cĩ thứ tự trước sau rõ ràng, cái sau được xác định bởi cái trước một cách chắc chắn Tất cả các diều gì xẩy ra đều cĩ

lý do, sẽ gây một hiệu ứng rõ rệt, tương lai của mỗi thành phần trong hệ thống đều được quyết đốn một cách chắc chắn; về nguyên tắc việc đĩ xẩy ra nếu biết rõ trong mọi điều kiện trong một thời gian nhất định

Nền tảng của thuyết quyết định luận này là sự cách ly cơ bản giữa cái tơi và thế giới cịn lại đã được nhìn nhận trước đĩ bởi Descastes Sự cách ly này làm người ta tin rằng thế giới cĩ thể mơ tả một cách khách quan, tức là khơng cần quan tâm gì đến vị trí của người quan sát Tính khách quan trong sự mơ tả thế giới theo cách này được xem là cứu cánh của mọi khoa học đương thời và ảnh hưởng khơng nhỏ đến bước tiến triển của khoa học sau đĩ

Do những luận điểm của Newton mang màu sắc tơn giáo nên khơng dễ được chấp nhận ở Pháp vào thời kì cách mạng tư sản Đến thế kỷ XVIII các nhà duy vật Pháp đã đưa học thuyết Newton vào và lược bỏ đi những yếu tố thần học để rồi vật

lý học bước sang giai đoạn phát triển mới

Các câu hỏi thảo luận:

-Các quan điểm vũ trụ học của Descartes cĩ các đặc điểm gì? Tại sao nĩ xa rời với thực nghiệm?

Hãy tìm ra các nét cơ bản quan trọng nhất khi kể về thân thế và sự nghiệp khoa học của Newton

-Anh(chị)cĩ nhận định gì về những thành tựu vĩ đại của Newton quacác phát biểu của chính ơng và các nhận xét khác nhau của các nhà vật lý lớn?

18

CHƯƠNG IV

SỰ HÌNH THÀNH VẬT LÝ HỌC CỔ ĐIỂN

Lược sử thế kỷ XVIII cho thấy sự suy tàn của chủ nghĩa phong kiến ở châu

Âu, cùng với các luận ñiểm lạc hậu lỗi thời của chủ nghĩa kinh viện và giáo hội Cùng với những biến ñộng chính trị là cuộc cách mạng công nghiệp thay cho phương thức sản xuất thủ công, người ta ñã chế tạo ra nhiều loại máy Vì vậy thế

kỷ này ñược gọi là “thế kỷ của trí tuệ”

1 Cơ học thế kỷ XVIII

1.1 Sự củng cố cơ học Newton bằng thực nghiệm

Nửa ñầu thế kỷ XVIII là các cuộc tranh cãi gay gắt giữa hai trường phái Descartes và Newton về bản chất lực hấp dẫn Theo phái Descartes thì không có chân không, tương tác giữa các vật ñược thực hiện do tiếp xúc, do va chạm hoặc là nhờ các xoáy của ê te (ether) chuyển ñộng và các xoáy ê te này có mặt khắp nơi Đến giữa thế kỷ XVIII thì những quan ñiểm này ngày càng mất vị thế

Những vấn ñề nghiên cứu về sao chổi của Halley với những tính toán của Clairaut về quỹ ñạo sao chổi ñể rồi quan sát ñược sao chổi (sau này mang tên Halley) vào ngày 13 tháng 03 năm 1759 ñã dẫn các nhà nghiên cứu ngả về học thuyết Newton Từ ñó, các nhà nghiên cứu theo trường phái Newton cho rằng mọi

hiện tượng vật lý là kết quả chuyển ñộng của “các vật thể vật chất nào ñó” dưới tác dụng của “những lực nào ñó”

Tiếp ñó kéo theo sự ra ñời của các vật mới và các lực mới

1.2 Giai ñoạn giải tích của cơ học

Những vấn ñề chuyển ñổi từ cơ học thành cơ học giải tích công ñầu thuộc về Euler(1717 - 1783) và Lagrange(1736 - 1813)

Euler ñã công nhận những khái niệm cơ bản của cơ học Newton nhưng cho rằng không gian trống rỗng chỉ là khái niệm thuận lợi cho phép tính toán Những khái niệm cơ bản về phương trình ñộng lực học ñã ñược Euler biểu diễn như dạng ngày nay sử dụng, trong ñó tính chất vectơ của lực ñã ñược ñể ý kể cả việc phân tích chuyển ñộng ra 3 thành phần theo hệ toạ ñộ vuông góc

Những bài toán về các dạng chuyển ñộng khác nhau ñã ñược các nhà khoa học phát triển trên cơ sở thay thế ñịnh luật II Newton bởi các nguyên lý khác nhau

ở từng lĩnh vực cụ thể

Lagrange trên cơ sở nghiên cứu các nguyên lý cơ học khác nhau ñã ñúc rút ra phương pháp giải tích tổng quát cho phép giải các loại toán cơ học

Bước phát triển tiếp theo vào cuối thế kỷ XVIII phải nói ñến Laplace(1749 - 1827) với bộ sách sẽ nói ñến ở phần sau

-Nhiệt ñộ Fahrenheit chọn nhiệt ñộ của hỗn hợp nước, nước ñá, muối ăn là

00F, nhiệt ñộ sôi của nước là 2120F thời ñó lấy hỗn hợp của nước và nước ñá là

320F và thân nhiệt của người là 960F, hiện nay 320F là nhiệt ñộ tan của nước ñá còn thân nhiệt của người là 98,60F

-Nhiệt ñộ Reaumur lấy nước ñá chảy ở 00R và nhiệt ñộ sôi của nước là 800F -Nhiệt ñộ Censius lấy nhiệt ñộ sôi của nước là 1000C ở áp suất 760mmHg Tiếp ñó, có các công trình xác ñịnh sự nở vì nhiệt của một số chất

Lưu ý rằng các công thức chuyển ñổi về nhiệt ñộ ñã ñược ñưa vào chương trình vật lý của trung học cơ sở, người học cần tham khảo các sách giáo khoa phổ thông

2.2 Nhiệt lượng và bản chất của nhiệt

Đã có những công trình nghiên cứu về nhiệt lượng phân biệt các khái niệm khác nhau về nhiệt ñộ, nhiệt lượng, nhiệt dung Giai ñoạn này có nhiều tranh cãi ñiển hình là giữa các phái theo thuyết “chất nhiệt” và thuyết coi nhiệt là chuyển ñộng của các hạt nhỏkhi chưa tìm ra khái niệm về chất khí Richman (1711-1753)

ñã ñưa ra công thức cân bằng nhiệt khi chưa thấy sự phân ñịnh rõ ràng giữa các lượng chất lỏng (nhiệt lượng) và cái ño ñược bằng nhiệt kế (nhiệt ñộ) Vilkers và Black là những người có công tìm ra các khái niệm về nhiệt dung, về sự phân biệt giữa nhiệt lượng và nhiệt ñộ Người ta dễ dàng chấp nhận thuyết “chất nhiệt”vì ñã

lý giải ñược các kết quả nghiên cứu ñương thời

Từ các khái niệm ban ñầu về “khí” thay cho hạt khi nghiên cứu về nhiệt, Bernoulli là một trong những người có công xây dựng thuyết ñộng học phân tử và

- Lômônôxốp ñưa ra khái niệm ánh sáng là chuyển ñộng sóng của ête

- Sự phát triển của trắc quang học với các khái niệm về quang thông, ñộ

sáng… và ñịnh luật hấp thụ ánh sáng

- Việc phát hiện ra hiện tượng tinh sai, chế tạo các ống kính tiêu sắc…

Những thành tựu quang học của thế kỷ XVIII cho thấy sự lép vế của thuyết sóng ánh sáng, rõ ràng các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ chưa có các công trình nghiên cứu

B.Franclin, (xem [7]), có rất nhiều nghiên cứu khác nhau về vật lý và hóa học ñồng thời là chính trị gia lớn của nước Mỹ thời kỳ lập nước Nổi tiếng nhất là thí nghiệm của ông ñã xác nhận giả thuyết về bản chất ñiện của tia chớp

Êpinuxơ với “Thí nghiệm về lý thuyết ñiện và từ” ñã ñưa ra các khái niệm về

“vật ñiện” và “vật không ñiện” Ông ñã phát hiện “chất từ” và không có “chất dẫn từ”

Các thí nghiệm về ñịnh lượng trong ñó ñáng ñể ý nhất là cân xoắn Cavendish rồi tiếp ñó là sự ra ñời cuả ñịnh luật Coulomb

Prixli (Priestley) tính lý thuyết cho rằng lực ñiện tỷ lệ nghịch với khoảng cách 1/rn với n = 2 khi ñiện tich ở hết mặt ngoài vật dẫn Thí nghiệm của Cavendish ñã lý giải ñiều ñó Ông ñã làm các thí nghiệm với ý tưởng giải trí, nhưng là người có công lớn xây dựng hệ thống phòng thí nghiệm nổi tiếng cho ñến ngày nay

Tiếp bước phát triển về chất ñiện và chất từ là bước hoàn thiện về tĩnh ñiện học và tĩnh từ học ñược thực hiện bởi Boisson, Greene, Gauss

Các câu hỏi thảo luận:

-Các minh chứng thực nghiệm nào ñã cho thấy trường phái Descartes ñã thất bại?

-Hãy ñưa ra các công trình nghiên cứu vật lý ñáng kể trong giai ñoạn này

CHƯƯNG V VẬT LÝ HỌC THỜI KỲ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP

TƯ BẢN CHỦ NGHĨA

Đây là thời kỳchủ nghĩa tư bản phát triển mạnh ở châu Âu, nền sản xuất chuyển sang phương thức sản xuất bằng máy Yêu cầu của sản xuất với nền ñại công nghiệp kéo theo sự phát triển của khoa học tự nhiên trong ñó có vật lý học và tất yếu cùng với sự phát minh mới cũng hình thành các tổ chức khoa học khác với thời kỳ trước ñó Cùng với hai trường phái triết học duy vật và duy tâm, vật lý học cũng phát triển theo các xu hướng trái ngược nhau

1 Cơ học nửa ñầu thế kỷ XIX

Những kết quả nghiên cứu cuối thế kỷ XIX ñã nảy sinh ngành mới là cơ học lý thuyết, trước hết phải kể ñến Laplace với bộ sách 5 cuốn “Cơ học thiên thể” trong ñó ñã lý giải thành công mọi vận ñộng của các thiên thể trong hệ mặt trời

kể cả các hiện tượng thủy triều…và các hiện tượng liên quan ñến sức hút trọng trường Ông chứng minh quy luật vận ñộng theo học thuyết Newton ñảm bảo cho sự ổn ñịnh chuyển ñộng trong hệ mặt trời và vũ trụ như là một cỗ máy tự ñiều hành hoàn hảo Khi Laplace trình bày tác phẩm này cho Napoleon, nghe nói nhà vua phán: “Thưa ông Laplace người ta bảo tôi, ông viết cuốn sách quy mô này về hệ thống vũ trụ

mà không hề nhắc nhở tới ñấng sáng tạo ra nó” Ông ñã trả lời ngắn gọn: “Thần không cần tới giả thiết về chúa”

Laplace tiếp tục vận dụng cơ học Newton trong nghiên cứu về chất rắn, vật thể ñàn hồi và có cả những vận dụng thành công trong nhiệt học Từ ñó ông tin rằng vũ trụ phải là một hệ thống cơ giới khổng lồ, vận hành theo nguyên lý vận ñộng của Newton Thực tế thì ngay thời ñó mô hình cơ học không thể giải thích ổn thỏa các khám phá mới về ñiện và từ

Trong giai ñoạn này phải kể ñến những khám phá mới về cơ học trong ñó:

- Poinsot(1803) ñưa ra khái niệm ngẫu lực, phép tổng hợp lực tác dụng lên

vật và những tổng quát về sự cân bằng

- Poincelet(1835) phát minh ra gia tốc và lực quán tính của các vật trong

một hệ quay

Laplace

- Gauss ñã tìm ra phương pháp bình phương tối thiểu:

Tự nhiên bao giờ cũng tác dụng sao cho tổng bình phương các ñộ lệch của chuyển ñộng của một ñiểm so với chuyển ñộng tự do là cực tiểu

- Boscovich (1758) ñã coi thế giới là một hệ các chất

ñiểm tương tác với nhau bằng các lực biến dổi theo khoảng cách ñể rồi Haminton (1805 - 1865) ñã phát triển lên một bước quan trọng nổi tiếng với hàm Haminton

2 Những bước phát triển mới của quang học sóng

Trước ñó, những quan ñiểm về thuyết sóng ánh sáng lép vế bởi thuyết hạt do những người thuộc trường phái Newton

Đầu thế kỷ XIX, quan ñiểm sóng lại hồi sinh cùng với việc phát triển các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, phân cực ánh sáng

2.1 Những nghiên cứu quang học của Young

Young (1773 - 1829) có các công trình nghiên cứu ña dạng, nhưng trong lĩnh vực quang học sóng ông ñã có công ñầu trong sự phát triển lên một bước mới Theo ông, ánh sáng là chuyển ñộng dao ñộng của các hạt ête; ñó là một chất rất loãng, rất ñàn hồi, chứa ñầy trong vũ trụ Khi một vật phát sáng, nó gây ra trong ête những chuyển ñộng sóng và cảm giác màu sắc là do những tần số dao ñộng khác nhau của ánh sáng gây ra trên võng mạc Năm 1802, Young ñã lý giải hiện tượng tượng giao thoa: ánh sáng từ cùng một nguồn tới mắt ta bằng hai ñường khác nhau (nào ñó), ñộ dài của sóng này tùy thuộc vào màu sắc khác nhau của ánh sáng Thí nghiệm Young lần ñầu ñã ño ñược ñộ dài các sóng ñỏ, tím… Lưu ý rằng trước ñó Newton khảo sát chùm ánh sáng qua thấu kính ñã thu ñược hệ vân, nhưng ông không ñưa ra sự giải thích về bản chất các vân này

Năm 1808, Malus phát hiện ra những hiện tượng lưỡng chiết ở tinh thể spat iceland Theo thuyết Newton thì các hạt ánh sáng có các “mặt” khác nhau; còn Malus cho rằng chúng có các “cực” khác nhau Khi dọi ánh sáng vào mặt ngoài của của tinh thể lưỡng chiết thì tùy vào sự quay cực sẽ cho ánh sáng phản xạ hoặc không phản xạ

Gauss

24

Thuật ngữ ñó nay vẫn gọi là sự phân cực nhưng bản chất hiện tượng rõ ràng không thấy có cực nào Tiếp ñó Arago và Brewster nghiên cứu ñã tìm ra một số ñịnh luật thực nghiệm khác

Thuyết sóng cho rằng sóng truyền dọc trong môt trường ête ñàn hồi ñã không thể giải quyết ñược sự phân cực của ánh sáng

Người ta tìm cách giải thích các ñịnh luật về sự phân cực ánh sáng khi gán cho hạt ánh sáng những tính chất ñặc biệt khác nhau nhưng ñều không thành công

2.2 Những nghiên cứu quang học của Fresnel

Trong giáo trình Quang học, nhìn theo quan ñiểm hiện ñại, chúng ta ñã biết tới chấm sáng Fresnel, nhiễu xạ Fresnel… ñặc biệt là thí nghiệm Arago - Fresnel chứng minh ánh sáng là sóng ngang Nếu xét về lịch sử vật lý(xem [1]) sẽ thấy rằng con ñường tiến tới kết luận ñó thật không dễ gì

Vào nửa cuối thế kỷ XIX những kết quả ño vận tốc ánh sáng bằng các phương pháp khác nhau ñã ñưa thuyết sóng thắng thế ñể rồi ñầu thế kỷ XX lại có cách nhìn khác về hạt ánh sáng

2.3 Những nghiên cứu quang học của Fraunhofer

Những năm 1814 – 1815, Fraunhofer ñã phát triển các kết quả nghiên cứu về bảy vạch ñen trên phổ mặt trời ñã xác ñịnh gần 600 vạch ứng với các bước sóng xác ñịnh nay gọi là các vạch Fraunhofer

Ông còn có nhiều công trình nghiên cứu về các hiện tượng nhiễu xạ của các chùm tia song song, chế tạo cách tử nhiễu xạ…ñược xem là người tiên phong mở

kim loại khác nhau và ñi ñến kết luận: ñùi ếch “có ñiện ñộng vật” với dây thần

kinh mang ñiện dương còn các cơ mang ñiện âm Volta(1745 - 1827) nghiên cứu hiện tượng này và cho rằng dòng ñiện tạo ra từ hai miếng kim loại khác nhau Năm 1800, bằng việc ghép những tấm kim loại bạc và kẽm xen kẽ nhau dưới dạng cột và giữa chúng có một lớp muối, ông ñã phát minh ra loại máy phát dòng ñiện

ñầu tiên gọi là cột Volta (pin V

giữa hai kim loại và phát minh ra dòng

3.2 Sự ra ñời của ñiện ñ

Các nhà khoa học ñầ

khách quan, Schelling cho r

giới” ngoài lý trí con ngườ

và dòng ñiện…

tương ñương mñiện là lNewton

trong mquan tâmñến khi có nhi

ño chính xác m

3.3 học

thuyÔng là ngư

thành ñi

từ, ñư

t Volta (pin Volta) Như vậy Volta ñã tìm ra thế hi

t minh ra dòng ñiện Đơn vị ño ñiện thế mang tên ông

n ñộng lực học

ầu thế kỷ XIX chịu ảnh hưởng lớn của triết h

cho rằng thiên nhiên là sự thể hiện của một “tinh th

ời, mọi hình thái vận ñộng trong thiên nhiên ch

” và giữa sức mạnh ñó có mối liên hệ phổ biến

1851) ñã phát minh ra tác dụng của dòng ñiện lên kim nam

ng xung quanh dây dẫn Sau ñó, Biot và Savart tìm ra

ủa dòng ñiện lên các cực và Laplace viết lạ

Ampère(1775 - 1843) ñã có công quy các hiợng từ về hiện tượng ñiện và loại ñi khái niệ

ếp ñó ông ñưa ra khái niệm sức căng ñiện(hi

và dòng ñiện, phát hiện ra sự tương tác giữn…Ông ñã phát hiện dòng ñiện chạy qua tương ñương một nam châm; lực tương tác gi

n là lực không xuyên tâm khác hẳn với ñNewton

Ohm(1787 - 1854) ñã tìm ra ñịnh luật vềtrong mạch ñiện Các phép ño của Ohm lúc ñầquan tâm do quan niệm về dòng ñiện như một dòng nhi

n khi có nhiều nhà vật lý làm lại thực nghi

ño chính xác mới công nhận phép ño của ông

3.3 Cảm ứng ñiện từ và sự phát triển của ñi

Faraday(1791 - 1867) ñã phủ nhận quan ñithuyết tác dụng xa khi nghiên cứu về lĩnh vực ñiÔng là người có công lớn trong việc nghiên c

thành ñiện” với việc phát hiện ra hiện tượng cả

, ñường sức từ trường, sự quay mặt phẳng phân c

hiệu tiếp xúc mang tên ông

t học duy tâm

tinh thần thế

ng trong thiên nhiên chỉ là những

n lên kim nam

26

người mẫu mực về nhân cách của một nhà khoa học vĩ ñại ( xem [7])

Cũng phải kể ñến Lentz(1804 - 1865) ñưa ra quy tắc xác ñịnh chiều của dòng cảm ứng và Neuman (1798 - 1895) xây dựng công thức suất ñiện ñộng cảm ứng

Các nội dung cần thảo luận:

-Trong chương này, người học chú ý tóm tắt các công trình nghiên cứu quan trọng trong các lĩnh vực cơ học, quang học, ñiện và từ

-Tìm hiểu về thân thế và sự nghiệp khoa học của M.Faraday

CHƯƠNG VI

SỰ PHÁT MINH RA ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN VÀ CHUYỂN HÓA

NĂNG LƯỢNG

1 Bước ñầu nghiên cứu sự chuyển hóa giữa nhiệt và công

Từ thực tế yêu cầu của kỹ thuậtñã xuất hiện khái niệm về công và công suất Các thuật ngữ này ñã ñược Poncelet và Coriolis ñưa ra sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật và cơ ứng dụng

Việc ñòi hỏi phải nâng cao hiệu suất của máy hơi nước khiến người ta phải quan tâm nghiên cứu sự biến ñổi nhiệt thành công

Carnot(1793 - 1832) từ quan ñiểm “chất nhiệt” là người ñầu tiên có công

khai phá ra phương pháp nhiệt ñộng lực học ñể giải quyết các bài toán về nhiệt Ông quan tâm nghiên cứu sâu về ñộng cơ nhiệt và ñưa ñến kết luận là lực chuyển ñộng không bao giờ ñược tạo ra, không bao giờ bị hủy diệt… không bao giờ biến

mất Nếu thay “lực chuyển ñộng” bằng “năng lượng” thì ta có ñịnh luật bảo toàn

năng lượng ñược phát biểu như hiện nay Ông cũng tính ñược kết quả ñương lượng cơ của nhiệt là 370kg.m/kcal

2 Sự hình thành ñịnh luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

2.1 Mayer và những khái niệm tổng quát về bảo toàn và chuyển háo năng lượng

Mayer(1814 - 1878) thoát khỏi quan ñiểm về y học ñương thời cho rằng cơ thể sống có quá trình sinh lý không tuân theo các ñịnh luật vật lý và hóa học mà

chỉ phụ thưộc vào một nguồn “sinh lực huyền bí” Theo ông, cơ thể sống cũng

tuân theo những ñịnh luật vật lý học và hóa học như mọi vật chất khác Qua nhiều quá trình nghiên cứu ông ñã ñi ñến lập luận: lực là nguyên nhân gây ra mọi hiện tượng và lực không thể bị hủy diệt

Ông tự xuất bản cuốn “Chuyển ñộng hữu cơ trong mối liên hệ với trao ñổi chất” trong ñó có các vấn ñề:

- Lực là nguyên nhân của mọi chuyển ñộng, “hiệu quả cơ học”(cơ năng)

bao gồm “lực rơi” và “hoạt lực”; nhiệt cũng là một lực có thể biến thành hiệu quả

cơ học

28

- Từ công thức liên hệ giữa nhiệt dung ñẳng tích và nhiệt dung ñẳng áp của

chất khí Cp – Cv = R (nay còn gọi là phương trình Mayer) tính ra ñương lượng cơ của nhiệt là 367Kgm/kcal

- Đưa ra khái niệm về cơ thể sống trong thiên nhiên hấp thụ ánh sáng mặt

trời làm nảy sinh một lượng hóa học thay ñổi liên tục; vai trò của cây xanh chuyển hóa năng lượng của vũ trụ nhờ quang hợp

2.2 Joule và việc xây dựng cơ sở thực nghiệm của ñịnh luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Joule(1818 - 1889) là người có công lao trong lĩnh vực nghiên cứu về sự chuyển hóa giữa nhiệt và công và tên ông ñược lấy làm ñơn vị ño năng lượng Những công trình của ông ñược nói ñến là:

- Năm 1841, ñã phát biểu về nhiệt toả ra trong dây dẫn tỷ lệ với bình

phương cường ñộ dòng ñiện; ñồng thời Lentz(1804 - 1865) ñưa ra các ñơn vị ño ñiện trở, cường ñộ dòng ñiện, suất ñiện ñộng và năm 1843 xây dựng biểu thức ñầy

ñủ của ñịnh luật này

- Xác ñịnh tổng nhiệt lượng tỏa ra trong mạch ñiện bằng nhiệt của phản ứng

hóa học xẩy ra trong cả bộ nguồn pin

- Khi nghiên cứu về dòng ñiện cảm ứng, ông cũng phát hiện ra tỷ lệ trên và

xây dựng thí nghiệm xác ñịnh ñược ñương lượng cơ học của nhiệt bằng 460 kgm/kcal Và sau ñó, thí nghiệm dùng quả nặng rơi ñể bắt một trục có tạo các tấm chắn quay tròn trong một bình nhiệt lượng kế chứa ñầy nước;thí nghiệm ñã bắt công cơ học biến thành nhiệt nên xác ñịnh ñược số liệu chính xác hơn là 424kgm/kcal

Ông là một trong những người phát minh ra ñịnh luật bảo toàn và chuyển hóa

năng lượng, chống lại thuyết “chất nhiệt” và ñặt nền móng cho thuyết ñộng học về

chất khí

2.3 Việc tiếp tục củng cố và phát triển ñịnh luật này

Helmholtz(1821 - 1894) cũng là một bác sỹ như Mayer, nhưng ông chú trọng nhiều ñến nghiên cứu về vật lý Có thể tóm tắt những công trình chủ yếu từ [1]là:

- Lấy số ño hoạt lực cũng bằng số ño công hao phí là (m.v2/2) Phát biểu

của ông: “Tổng các lực căng (thế năng) và hoạt lực (ñộng năng) tồn tại trong hệ bao giờ cũng không ñổi”

- Nghiên cứu về ñương lượng cơ học của nhiệt và sau ñó xác ñịnh ñược

năng lượng của tụ ñiện ñã nạp bằng (q2/2C) Từ các khảo sát về hiện tượng ñiện bằng ñịnh luật bảo toàn năng lượng, ông ñã xác ñịnh ñược suất ñiện ñộng cảm ứng

và rút ra ñịnh luật cảm ứng ñiện từ

William Thomson(1842 - 1907) sau này là huân tước Kelvin, trong lĩnh vực

sử dụng ñịnh luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng nghiên cứu hiện lượng tự cảm ñã xác ñịnh ñược năng lượng của ống dây dẫn có dòng ñiện tự cảm bằng(L.I2/2)

Một số các nhà khoa học khác như Clausius, Rankine cũng có nhiều ñóng góp vào việc xây dựng và phát triển ñịnh luật này

Cuộc ñấu tranh ñể bảo vệ tính ñúng ñắn của ñịnh luật này vào thế kỷ XIX rất quyết liệt do nhiều quan ñiểm khác nhau ñể rồi ñến nửa cuối thế kỷ nó hiển nhiên trở thành trở thành ñịnh luật tổng quát của tự nhiên và tất yếu các khái niệm siêu hình cũng bị gạt bỏ

Ngày nay, trong vật lý học, không có một quá trình thực nào xẩy ra lại vượt

ra khỏi nguyên lý bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Các câu hỏi thảo luận:

-Nguyên nhân nào người ta ñưa ra thành một chương riêng biệt?

-Anh (chị) suy nghĩ gì về vai trò của Maye trong việc phát biểu ñịnh luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng?

-Tại sao có tên gọi là nguyên lý bảo toàn và chuyển hóa năng lượng?

30

CHƯƠNG VII

SỰ HOÀN CHỈNH VẬT LÝ HỌC CỔ ĐIỂN

1 Những ñặc ñiểm phát triển vật lý học cổ ñiển nửa cuối thế kỷ XIX

Đây là thời kỳ chủ nghĩa tư bản phát triển mạnh ñã chuyển thành chủ nghĩa

ñế quốc và ñể ñáp ứng yêu cầu ngày càng tăng của phát triển sản xuất, kỹ thuật phát triển mạnh nhất thuộc về các ngành nhiệt và ñiện

Máy hơi nước ñược sử dụng rất nhiều và không ngừng ñược cải tiến; ñến cuối thế kỷ ñã xuất hiện tuabin hơi nước, ñộng cơ ñốt trong với ñộng cơ Diêden Cùng với nó, tất yếu ñòi hỏi sự phát triển nghiên cứu về nhiệt ñông lực học, nhất

là nhắm theo hướng cải tiến kỹ thuật nâng cao hiệu suất các loại ñộng cơ Nhiệt ñông lực học có ñiều kiện phát triển thành một lý thuyết là một cơ sở cho sự phát triển kỹ thuật nhiệt

Sự phát triển kỹ thuật ñiện ñã có những bước tiến triển lớn

Trước hết phải kể ñến việc lắp ñặt ñường cấp ngầm xuyên Đại Tây Dương giữa châu Âu và châu Mỹ tiến hành từ năm 1857 sau nhiều thất bại ñến tháng 6 năm 1866 ñã thành công ñưa William Thomson trở thành Sir Kelvin

Sự phát triển của ñiện báo, ñiện thắp sáng… ñược thay thế dần từ việc dùng ñèn hồ quang sang ñèn ñiện nóng sáng và các nguồn pin Ganvanic chuyển sang máy phát ñiện một chiều ñể chạy các ñộng cơ ñiện Bước tiếp ñó là cần tạo ra nguồn ñiện mạnh và chuyển tải ñiện năng ñi xa, kéo theo sự xuất hiện máy phát ñiện xoay chiều, việc chế tạo máy phát ñiện, kỹ thuật ño ñiện Sự phát triển kỹ

thuật ñiện phải kể ñến Edison “Thần linh của phát minh” (Einstein gọi như vậy)

với hàng ngàn phát minh của ông về ñiện thoại, máy hát, máy ñiện báo, …nhất là ñiều cả thế giới phải ghi nhận ngày ñèn ñiện dây tóc chiếu sáng (21/10/1879) Một

trong những câu nói nổi tiếng của ông là: “Triết học cuộc ñời tôi là làm việc Tôi muốn khám phá bí mật của thế giới tự nhiên, ñể từ ñó mưu cầu hạnh phúc cho loại người”

Trong sự phát triển của khoa học cuối thế kỷ XIX, ñã thấy rõ sự gắn bó mật thiết giữa vật lý học với kỹ thuật và sản xuất; nhờ ñó ñời sống của con người ñã ñược cải thiện vượt bậc tạo ñà phát triển cho giai ñoạn sau

Sự phát triển của vật lý học thời kỳ này cũng chịu ảnh hưởng lớn của triết học khi mà các trường phái triết học duy vật và duy tâm có các hướng ña dạng

Chủ nghĩa duy vật siêu hình không tiến triển hơn trước, ñáng chú ý là sự ngả

theo hướng thực chứng luận với các quan ñiểm có ảnh hưởng lớn ñến các nhà

khoa học Quan ñiểm cơ bản của thực chứng luận cho rằng con người không có khả năng nhận thức ñược bản chất của sự vật, hiện tượng; vì thế khoa học chỉ có thể mô tả những hiện tượng mà con người bằng giác quan của mình quan sát trực tiếp ñược Nhiều thực nghiệm vật lý về ñiện, từ, nhiệt mà các nhà khoa học tìm ra

và mô tả chính xác nhưng gặp nhiều bất ñồng về quan ñiểm giải thích các hiện tượng ñó Trong quá trình nghiên cứu ñể tìm ra chân lý, khi những quan ñiểm của duy vật siêu hình và duy vật máy móc không ñủ khả năng giải quyết ñúng ñắn những hiện tượng vật lý mới phát hiện thì việc chấp nhận các quan ñiểm của thực chứng luận của nhiều nhà vật lý là tất yếu Điển hình là việc những người theo chủ nghĩa Makhơ(Mach) phản bác thuyết ñộng học phân tử

Chủ nghĩa duy vật biện chứng của Marx và Engels xây dựng vượt trên nền tảng triết học duy tâm của Hegel trong hoàn cảnh chủ nghĩa tư bản ñang phát triển chưa ñủ mạnh ñể ảnh hưởng tới sự phát triển của vật lý học và khoa học tự nhiên

Sự phát triển của kỹ thuật và triết học trong giai ñoạn này ñể lại dấu ấn rõ nét trong vật lý học

Phương pháp tiến hành nghiên cứu khoa học trong thời kỳ này cũng thay ñổi

rõ rệt Thay cho việc các nhà khoa học tiến hành nghiên cứu từ các phòng thí nghiệm tự tạo, do nhận thấy rõ lợi ích lâu dài của các phòng thí nghiệm, nhà nước

và các nhà tư bản ñã tài trợ cho việc nghiên cứu và xây dựng các phòng thí nghiệm khoa học Đó là bước thuận lợi cho các ý tưởng nghiên cứu khoa học cơ bản và là nơi quan trọng ñào tạo cán bộ nghiên cứu, tạo ñiều kiện cho vật lý học phát triển theo ñịnh hướng Đây là giai ñoạn nhiệt ñộng lực học phát triển theo hai chiều hướng: nhiệt ñộng học gắn với phát triển kỹ thuật nhiệt và thuyết ñộng học phân tử dẫn tới sự ra ñời của vật lý thống kê Lý thuyết trường ñiện từ và thuyết electron

ñã ñược hình thành từ sự phát triển của ñiện ñông lực học

Lý thuyết trường ñiện từ và thuyết ñộng học phân tử ñã phát triển từ gốc là quan ñiểm của thế giới quan cơ khí Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng vốn dĩ mang một nội dung biện chứng thì lúc ñó chỉ ñược hiểu như một ñịnh luật

cơ học tổng quát Các nhà vật lý học ñương thời hy vọng sẽ xây dựng ñược lý