Lịch sử vật lý

Ngày nay, vật lý được xác định là môn khoa học nghiên cứu về vậtchất và sự vận động của nó trong thế giới tự nhiên Từ xa xưa, con người đã cố gắng tìm hiểu về các đặc điểm của vật chất v

MỤC LỤC

Bài mở đầu

Chương 1 Vật lý học thời kỳ cổ đại Các nền văn minh cổ đại trên thế giới

1.1 Sự ra đời của mầm mống kiến thức khoa học

1.2 Khoa học Phương Đông cổ đại (Trung Quốc và Ai Cập cổ đại)

1.3 Triết học tự nhiên cổ Hy lạp: nguyên tử luận Đêmôcrit)

1.4 Vật lý học A-ri-stốt (thành tựu của khoa học cổ Hy Lạp)

1.5 VLH thời kỳ Hylạp hoá: Ơclit, Acsimet, Ptôlêmê

1.6 Đêm trường Trung cổ và sự le lói ngọn lửa khoa học nối văn minh cổ

đại với tương lai

Chương 2 Vật lý học thế kỷ XVI, XVII Sự ra đời của Vật lý học thực

nghiệm Cơ học Niutơn Cách mạng KH lần thứ nhất

2.1 Bối cảnh lịch sử xã hội của cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất

2.2 Học thuyết Cô- péc-nic mở đầu cách mạng khoa học lần thứ nhất

2.3 Vật lý học thực nghiệm, người mở đường Ga-li-lê

3.2.2 Vật lý học nửa đầu thế kỷ 19: các thành tựu về Cơ, Quang,

Điện động lực học Sự phát minh định luật bảo toàn năng lượng – sợi dây

liên kết các ngành của Vật lý học

3.2.3 Vật lý học nửa cuối thế kỷ 19: Bối cảnh lịch sử Các thành

tựu về Nhiệt động lực học và vật lý thống kê , sự hoàn chỉnh VLH CĐ

hiện đại, cuộc cách mạng KH lần thứ hai

4.1.Cuộc khủng hoảng trong Vật lý học cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20

4.2 Sự hình thành phát triển thuyết tương đối Anhstanh

4.3 Sự hình thành phát triển thuyết lượng tử

4.4 Sự phát triển Vật lý học sau thuyết tương đối, thuyết lượng tử ra đời

4.4.1 Vật lý hạt nhân hình thành và phát triển nhanh chóng được

ứng dụng vào kỹ thuật

4.4.2 Vật lý vũ trụ

4.4.3 Sự hình thành và phát triển lý thuyết thống nhất về tự nhiên

BÀI MỞ ĐẦU

Vật lý (từ tiếng Hy Lạp cổ đại φύσις physis có nghĩa "tự nhiên") là chi nhánh

cơ bản của khoa học, phát triển từ những nghiên cứu về tự nhiên và triết học nổitiếng và cho đến cuối thế kỷ thứ 19 vẫn coi là "triết học tự nhiên" (naturalphilosophy) Ngày nay, vật lý được xác định là môn khoa học nghiên cứu về vậtchất và sự vận động của nó trong thế giới tự nhiên

Từ xa xưa, con người đã cố gắng tìm hiểu về các đặc điểm của vật chất vàđặt ra các câu hỏi như: tại sao một vật lại có thể rơi được xuống đất? tại sao vậtchất khác nhau lại có các đặc tính khác nhau? Và vũ trụ kia vẫn là điều bí ẩn: TráiĐất được hình thành như thế nào? đặc điểm của các thiên thể như Mặt Trời hayMặt Trăng ra sao? Một vài thuyết đã được đưa ra, nhưng đa phần đều không chínhxác Những thuyết này mang đậm nét triết lý và chưa từng qua các bước kiểmchứng như các thuyết hiện đại Một số ít được công nhận, số còn lại đã lỗi thời, ví

dụ như nhà tư tưởng người Hy Lạp, Archimedes, đưa ra nhiều miêu tả định lượngchính xác về cơ học và thủy tĩnh học

Thế kỷ thứ 17, Galileo Galilei là người đi tiên phong trong lĩnh vực sử dụngthực nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của lý thuyết, và nó là chìa khóa để hìnhthành nên ngành khoa học thực nghiệm Galileo xây dựng và kiểm tra thành côngnhiều kết quả trong động lực học, cụ thể là Đinh luật quán tính Năm 1687, IsaacNewton công bố cuốn sách Principia Mathematica, miêu tả chi tiết và hoàn thiệnhai thuyết vật lý: Định luật chuyển động Newton, là nền tảng của cơ học cổ điển vàĐịnh luật hấp dẫn, miêu tả lực cơ bản của hấp dẫn Cả hai thuyết trên đều đượccông nhận bằng thực nghiệm Cuốn sách Principia cũng giới thiệu một vài thuyếtthuộc ngành thủy động lực học Cơ học cổ điển được mở rông bởi Joseph LouisLagrange, William Rowan Hamilton, và một số nhà vật lý khác, người đã xây dựnglên các công thức, nguyên lý và kết quả mới Định luật hấp dẫn mở đầu cho ngànhvật lý thiên văn, ở đó miêu tả các hiện tượng thiên văn dựa trên các thuyết vật lý

Bước sang thế kỷ thứ 18, nhiệt động lực học được ra đời, bởi Robert Boyle,Thomas Young và một số nhà vật lý khác Năm 1733, Daniel Bernoulli sử dụngphương pháp thống kê với cơ học cổ điển để đưa ra các kết quả cho nhiệt động lựchọc, từ đó ngành cơ học thống kê được ra đời Năm 1798, Benjamin Thompsonchứng minh được việc chuyển hóa cơ năng sang nhiệt, và năm 1847, JamesPrescott Joule dặt ra định luật bảo toàn năng lượng, dưới dạng nhiệt cũng như nănglượng cơ học, cơ năng

Đặc điểm của tính điện và từ tính được nghiên cứu bởi Michael Faraday,Georg Ohm, cùng với một số nhà vật lý khác Năm 1855, James Clerk Maxwellthống nhất hai ngành điện học và từ học vào làm một, gọi chung là Điện từ học,được miêu tả bằng các phương trình Maxwell Dự đoán của thuyết này đó là ánhsáng là một dạng sóng điện từ Năm 1895, Wilhelm Conrad Roentgen (Röntgen)khám phá ra tia X quang, là một dạng tia phóng xạ điện từ tần số cao Độ phóng xạđược tìm ra từ năm 1896 bởi Henri Becquerel, và sau đó là Marie Curie (MariaSkłodowska-Curie), Pierre Curie, cùng với một số nhà vật lý khác Từ đó khai sinh

ra ngành vật lý hạt nhân

Năm 1905, Albert Einstein xây dựng Thuyết tương đối đặc biệt, kết hợpkhông gian và thời gian vào một khái niệm chung, không-thời gian Thuyết tươngđối hẹp dự đoán một sự biến đối khác nhau giữa các điểm gốc hơn là cơ học cổđiển, điều này dẫn đến việc phát triển cơ học tương đối tính để thay thế cơ học cổđiển Với trường hợp vật tốc nhỏ, hai thuyết này dẫn đến cùng một kết quả Năm

1915, Einstein phát triển thuyết tương đối đặc biệt để giải thích lực hấp dẫn, thuyếtnày do đó được gọi là Thuyết tương đối tổng quát hay Thuyết tương đối rộng, thaythế cho định luật hấp dẫn của Newton Trong trường hợp khối lượng và năng lượngthấp, hai thuyết này cũng cho một kết quả như nhau

Năm 1911, Ernest Rutherford suy luận từ thí nghiệm tán xạ về sự tồn tại củahạt nhân nguyên tử, với thành phần mang điện tích dương được đặt tên là proton.Neutron, thành phần của hạt nhân nguyên tử không mang điện tích, được phát hiện

ra năm 1932 bởi James Chadwick

Bước sang thế kể thứ 20, Max Planck, Einstein, Niels Bohr cùng với một sốnhà vật lý khác xây dựng thuyết lượng tử để giải thích cho các kết quả thí nghiệmbất thường bằng việc miêu tả các lớp năng lượng rời rạc Năm 1925, WernerHeisenberg và năm 1926 Erwin Schrodinger và Paul Dirac công thức hóa cơ họclượng tử, để giải thích thuyết lượng tử bằng các công thức toán học

Trong cơ lương tử, kết quả của các đo đặc vật lý tồn tại dưới dạng xác suất, và

lý thuyết này đã rất thành công khi miêu tả các đặc điểm và tính chất của thế giới vi

mô Cơ lượng tử là công cụ cho ngành vật lý vật chất đặc (condensed matterphysics), một ngành nghiên cứu các tính chất vật lý của chất rắn và chất khí, baogồm các đặc tính như cấu trúc tinh thể, bán dẫn và siêu dẫn Người đi tiên phongtrong ngành vật lý vật chất đặc là Felix Bloch, người đã sáng tạo ra một bộ mặtlượng tử các tính chất của electron trong cấu trúc tinh thể năm 1928

Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, các nghiên cứu khoa học tập trung vàongành vật lý hạt nhân với mục đích tạo ra bom nguyên tử Sự cố gắng của ngườiĐức, do Heisenberg dẫn đầu, đã không thành công, nhưng dự án Manhattan của

Mỹ đã đạt được mục đích Nhóm khoa học người Mỹ, đứng đầu là Enrico Fermi đã

là người đầu tiên xây dựng lò phản ứng hạt nhân năm 1942, và chỉ 3 năm sau, năm

1945, vụ thử hạt nhân đầu tiên đã diễn ra tạiTrinity, gần Alamogorgo, NewMexico

Lý thuyết trường lượng tử được xây dựng để phát triển cơ lượng tử, với việckết hợp thuyết tương đối hẹp Một phiên bản mới được hình thành vào cuối năm

1940 bởi Richard Feynman, Julian Schwinger, Tomonaga và Freeman Dyson Họ

đã công thức hóa thuyết điện động lực học lượng tử để miêu tả tương tác điện từ.Thuyết trường lượng tử tạo nền cho ngành vật lý hạt, ở đó nghiên cứu các lực tựnhiên và các hạt cơ bản Năm 1945 Dương Chấn Ninh và Robert Mills phát triểnmột dạng thuyết gauge, tạo cơ sở cho Mô hình chuẩn Mô hình chuẩn đã được hoànchỉnh vào năm 1970, với thành công là việc miêu tả tất cả các hạt biết được khi ấy

Những giá trị cốt lõi: Mặc dù vật lý bao hàm rất nhiều hiện tượng trong tự

nhiên, nhưng các nhà vật lý chỉ cần một số lý thuyết để miêu tả những hiện tượngnày Những lý thuyết này không những được kiểm tra bằng thực nghiệm rất nhiềulần với kết quả đúng xấp xỉ trong những phạm vi nhất định mà còn mang lại nhiềuứng dụng cho xã hội Ví dụ, cơ học cổ điển miêu tả chính xác chuyển động củanhững vật vĩ mô lớn hơn nguyên tử nhiều lần và di chuyển với vận tốc nhỏ hơnnhiều tốc độ ánh sáng.[23] Những lý thuyết này vẫn còn được nghiên cứu áp dụngcho tới ngày nay, và một nhánh của cơ học cổ điển là lý thuyết hỗn loạn mới chỉhình thành từ thế kỷ 20, ba thế kỷ sau khi cơ học cổ điển ra đời từ những công trìnhcủa Isaac Newton (1642–1727)

Những lý thuyết trung tâm này là công cụ quan trọng cho nghiên cứu nhữngvấn đề cụ thể, và đối với bất kỳ nhà vật lý nào, không kể họ quan tâm tới lĩnh vựcnghiên cứu nào, cũng đều được học những lý thuyết này ở trường đại học Chúngbao gồm cơ học cổ điển, cơ học lượng tử, nhiệt động lực học và cơ học thống

kê, điện từ học, và thuyết tương đối hẹp

Tiền đề: Toán học là ngôn ngữ để miêu tả một cách gọn gàng và logic thứ bậc

trong tự nhiên, đặc biệt là các định luật của vật lý Điều này được chú ý và ủng hộbởi Pythagoras, Plato, Galileo và Newton

Các lý thuyết vật lý sử dụng ngôn ngữ toán học để nhận được những công

những giá trị ước lượng và tiên đoán những hệ quả Những kết quả thí nghiệm haythực nghiệm của vật lý đều biểu hiện bằng giá trị số Những công nghệ dựa trêntoán học và máy tính, như khoa học tính toán đã đưa ngành vật lý tính toán trởthành lĩnh vực nhiều triển vọng.

Bản thể luận là một lý thuyết tiên quyết cho vật lý học, nhưng không phải chotoán học Điều đó có nghĩa là vật lý hoàn toàn chỉ mô tả thế giới thực tại, trong khitoán học phát triển đưa ra nhiều ngành trừu tượng, thậm chí vượt khỏi phạm vi thếgiới thực Do vậy những phát biểu vật lý mang tính tổng hợp, trong khi các phátbiểu toán học mang tính phân tích Toán học chứa những tiên đề và giả thuyết,trong khi vật lý học dựa trên những định luật, các nguyên lý cơ bản và công cụ toánhọc Các phát biểu toán học chỉ cần thỏa mãn về mặt logic, trong khi các tiên đoáncủa phát biểu vật lý phải phù hợp với dữ liệu quan sát và thực nghiệm

Sự khác biệt giữa hai khoa học là rõ ràng, nhưng không phải lúc nào cũng vậy

Ví dụ, ngành vật lý toán áp dụng các công cụ toán học vào vật lý Phương phápnghiên cứu của nó bằng toán học, nhưng các đối tượng quan tâm thuộc về vật lýhọc.[34]Vấn đề trong ngành này bắt đầu bằng "mô hình hóa toán học một hệ vật lý"

và "miêu tả các định luật vật lý bằng toán học" Mỗi phát biểu toán học cho mỗi lờigiải thường khó tìm được ý nghĩa vật lý trong đó Lời giải toán học cuối cùng phảithể hiện ý nghĩa vật lý một cách dễ hiểu hơn bởi nó là điều mà người giải đang tìm.Vật lý là một ngành khoa học cơ bản, không phải là khoa học ứng dụng Nó là

"khoa học cơ bản" bởi vì lĩnh vực nghiên cứu của mọi ngành khoa học tự nhiên nhưhóa học, thiên văn học, địa chất học, sinh học đều bị chi phối bởi các định luật vật

lý Ví dụ, hóa học nghiên cứu tính chất, cấu trúc và phản ứng của vật chất (hóa họctập trung nghiên cứu thang nguyên tử và phân tử) Những cấu trúc và hợp chất hóahọc hình thành và tuân theo tương tác điện từ, cũng như các định luật bảo toànnăng lượng, khối lượng và điện tích

Vật lý ứng dụng: Vật lý ứng dụng là một ngành nghiên cứu áp dụng vật lý

học cho mục đích và yêu cầu của con người Vật lý ứng dụng thường chứa một vàilĩnh vực vật lý lý thuyết, như địa chất học hay kỹ thuật điện Ngành này thườngkhác với ngành kĩ thuật ở chỗ nhà vật lý ứng dụng không hẳn thiết kế một thiết bị

gì mới, mà họ sử dụng kiến thức vật lý để thực hiện các nghiên cứu hỗ trợ chonhững công nghệ mới hoặc giải quyết một vấn đề kĩ thuật nào đó.[37]

Cách tiếp cận này giống với toán học ứng dụng Các nhà vật lý ứng dụng cũngquan tâm cách ứng dụng vật lý cho nghiên cứu khoa học Ví dụ, những kĩ sư thamgia thiết kế và vận hành máy gia tốc thường có mục đích nâng cao hiệu năng hoạt

Vật lý kĩ thuật dựa nhiều vào cơ sở vật lý học Ví dụ, cơ học vật rắn, cơ họcđất và cơ học kết cấu là lý thuyết nền tảng cho các kĩ sư thiết kế công trình xâydựng Bộ môn vật lý kiến trúc bao gồm lý thuyết về âm học, ánh sáng, nhiệt giúpthiết kế công trình một cách tối ưu, chống tiếng ồn, nâng cao khả năng cách nhiệt

và bố trí đèn chiếu sáng hiệu quả Ngành khí động lực học giúp các kĩ sư hàngkhông thiết kế máy bay tốt hơn cũng như thực hiện các mô phỏng trước khi cho sảnxuất hàng loạt Trong lĩnh vực giải trí, hình ảnh ti vi và máy tính đạt chuẩn nétcaolà nhờ công nghệ nano và điện tử học

Đa số các nhà vật lý hiện nay chấp nhận rằng các định luật vật lý cũng như cáchằng số vật lý là phổ quát và không thay đổi theo thời gian, do vậy những ứng dụngvật lý có thể áp dụng trong nhiều tình huống giả định trước và ở nhiều nơi trên địacầu Ví dụ, trong nghiên cứu về lịch sử Trái Đất, các nhà khoa học có thể mô hìnhhóa khối lượng, nhiệt độ, tốc độ tự quay của hành tinh theo thời gian tiến hóa của

nó Vật lý học cũng mang lại những tiến triển không ngừng của sự phát triển cáccông nghệ mới, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, tiết kiệm vật liệu cũng như chi phísản xuất

Cũng có những ngành nghiên cứu tổng hợp từ nhiều lĩnh vực khác nhau trong

đó có vật lý học, như vật lý kinh tế (econophysics) hay vật lý xã hội (sociophysics).

Phương pháp khoa học: Các nhà vật lý sử dụng các phương pháp khoa

học để kiểm chứng một lý thuyết vật lý là đúng hay bác bỏ nó, sử dụng cách tiếpcận phương thức luận nhằm so sánh kết quả tiên đoán của lý thuyết với những giátrị thu được từ thí nghiệm hay quan trắc kiểm chứng nó; và do vậy hỗ trợ các nhàkhoa học đi đến quyết định lý thuyết đó là đúng trong một phạm vi nhất định hayphải loại bỏ nó và đi tìm một lý thuyết khác lý giải các kết quả thực nghiệm

Một định luật khoa học là một phát biểu súc tích hoặc thể hiện dưới công thức toánhọc liên hệ các đại lượng trong một nguyên lý cơ bản của lý thuyết, như định luậtvạn vật hấp dẫn của Newton

Lý thuyết và thực nghiệm: Các nhà vật lý hướng tới phát triển những mô

hình toán học không những thỏa mãn kết quả của những thí nghiệm đã có mà còntiên đoán thành công những kết quả mới hay những hiện tượng mới;[39] trong khi đócác nhà vật lý thực nghiệm không những thiết kế và lắp đặt những thí nghiệm kiểmchứng kết quả lý thuyết mà họ còn thực hiện những thí nghiệm mới cho kết quảkhông phù hợp với những lý thuyết hiện tại hoặc phát hiện ra hiện tượng hay hiệuứng mới Mặc dù lý thuyết và thực nghiệm được phát triển tách biệt nhau, chúng lạiphụ thuộc mạnh vào lẫn nhau Sự tiến triển của vật lý học thường bước sang

một lý thuyết mới tiên đoán kết quả mà các nhà thực nghiệm có thể thực hiện đượccác thí nghiệm kiểm chứng mang lại kết quả ủng hộ lý thuyết mới.

Cũng có những nhà vật lý nghiên cứu trên cả hai phạm vi lý thuyết và thựcnghiệm, nhà hiện tượng học, họ khai phá những kết quả thí nghiệm phức tạp và tìmcách liên hệ chúng với lý thuyết cơ sở

Về mặt lịch sử, vật lý lý thuyết có cảm hứng xuất phát từ triết học; như điện từhọc được thống nhất từ quan điểm triết học Ngoài những hiện tượng đã biết trong

vũ trụ, lĩnh vực vật lý lý thuyết cũng đặt ra những giả thuyết, ví dụ giả thuyết vũ trụsong song, một vũ trụ có nhiều hơn 3 chiều không gian Các nhà lý thuyết đưa ranhững giả thuyết như vậy để hy vọng giải quyết được những vấn đề hóc búa trongvật lý học Sau đó họ khám phá ra những hệ quả của giả thuyết và tìm kiếm nhữngkết quả tiên đoán của nó mà có thể kiểm chứng được

Vật lý thực nghiệm mang lại cơ sở và thông tin cũng như nhận lại từ ngành kĩthuật và công nghệ Các nhà vật lý thực nghiệm tham gia vào những nghiên cứu cơbản nhằm thiết kế và thực hiện các thí nghiệm với các thiết bị tiên tiến như máy giatốc hạt và laser, cũng như họ tham gia vào nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp,phát triển các công nghệ mới như chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) và thiết

kế transistor và vi mạch Nhà vật lý lý thuyết Feynman từng nói rằng các nhà thựcnghiệm thường thích làm thí nghiệm trên những phạm vi chưa được hiểu tốt bởicác nhà lý thuyết

Phạm vi và mục đích: Vật lý mô hình hóa thế giới tự nhiên bằng các đại

lượng Ví dụ ở đây, quỹ đạo của hạt trong cơ học được miêu tả bằng phép tính vitích phân Vật lý học nghiên cứu nhiều hiện tượng, từ các hạt cơ bảnnhư quark, neutrino và electron cho đến những siêu đám thiên hà Bao quát nhữnghiện tượng và vật chất cơ bản này là những thứ cấu thành lên mọi sự vật và hiệntượng khác Do vậy vật lý còn được gọi là "khoa học cơ bản".[36]Vật lý học có mụcđích miêu tả càng nhiều hiện tượng khác nhau trong tự nhiên chỉ bằng một số nhỏcác quy luật đơn giản nhất Do vậy, vật lý học nhằm mục đích liên hệ những thứ

mà con người quan sát được với nguyên nhân gây ra chúng, và sau đó kết nốinhững nguyên nhân này với nhau

Ví dụ, người Hy Lạp cổ đại đã biết rằng những vật như hổ phách khi chà vàolông thú có thể khiến hai vật hút nhau Hiệu ứng này lần đầu tiên được nghiên cứuvào thế kỷ 17, và gọi là điện học Trong khi đó, từ lâu người ta cũng biết có nhữngcục nam châm có thể hút thanh sắt và sử dụng làm la bàn, hay môn từ học Do vậy,vật lý có mục đích hiểu được bản chất của hai hiện tượng theo một số nguyên nhân

chỉ là những khía cạnh khác nhau của cùng một lực lực điện từ Quá trình "thốngnhất" các lực vẫn còn tiếp tục cho đến ngày nay, và lực điện từ và lực hạt nhânyếu hiện nay được thống nhất thành tương tác điện yếu Các nhà vật lý hy vọngcuối cùng sẽ tìm ra được lý thuyết thống nhất được cả bốn tương tác cơ bản trong

tự nhiên

Lĩnh vực nghiên cứu: Những nghiên cứu hiện nay có thể chia thành một số

lĩnh vực chính như vật lý vật chất ngưng tụ; vật lý nhiệt độ thấp, vật lý plasma; vật

lý nguyên tử, phân tử, na nô, quang học, laser; vật lý hạt; vật lý thiên văn; địa vật

lý và lý sinh học Một số nhà vật lý cũng tham gia nghiên cứu trong giáo dục vật

lý học Từ thế kỷ 20, nhiều lĩnh vực vật lý mới xuất hiện và ngày càng chuyên biệthóa hơn, và ngày nay đa số các nhà vật lý chỉ nghiên cứu trong lĩnh vực hẹp trongtoàn sự nghiệp của họ Những "nhà bác học" như Albert Einstein (1879–1955), Enrico Fermi (1901-1954), Lev Landau (1908–1968) , mà họ nghiên cứutrong nhiều lĩnh vực của vật lý học, hiện nay là rất hiếm

Chương 1

VẬT LÝ HỌC CỔ ĐẠI CÁC NỀN VĂN MINH THỜI CỔ ĐẠI TRÊN THẾ GIỚI

I SỰ PHÁT SINH NHỮNG TRI THỨC KHOA HỌC

Từ thời nguyên thủy, con người cũng tích lũy được những tri thức về cây cối

và động vật xung quanh, thời tiết, khí hậu…nhưng những tri thức đó chỉ là nhữngkinh nghiệm sống, rời rạc và không có hệ thống Trong thời kì này, do cuộc sốnghết sức chật vật, thấp kém, nên khoa học chưa có điều kiện phát triển

Tình hình trên đã thay đổi kể từ khi con người biết trồng trọt, chăn nuôi, conngừơi có thể đạt được những vụ gặt ổn định trên cùng một địa điểm, trong nhiềunăm liên tục Và từ 4000 năm TCN, hình thành quốc gia chiếm hữu nô lệ, đó là cáinôi của khoa học hiện đại (chế tạo công cụ lao động mới, phát triển sản xuất, nềnkinh tế phát triển hơn, cơ cấu xã hội phức tạp hơn) Do nền kinh tế phát triển, năngsuất lao động được nâng cao, một số người đã được giải phóng khỏi lao động chântay, trở thành những người lao động trí óc

Thiên văn học là môn khoa học đầu tiên của nhân loại đã từ sản xuất mà xuất

Môn khoa học thứ hai là Tóan học (phục vụ nhu cầu trao đổi, đo đạc…) Nhìnchung, thời cổ đại đã có tri thức mầm mống của toán học và thiên văn học, nhưngchưa có mầm mống của vật lý học.

II KHOA HỌC PHƯƠNG ĐÔNG CỔ ĐẠI

Từ thế kỉ XVIII – XII (TrCN), người Trung Quốc đã làm ra lịch; Thế kỉ XITrCN, đã biết dùng đồng hồ mặt trời; Thế kỉ III TrCN, biết dùng la bàn; 105, TháiLuấn chế ra giấy

- Các nhà tóan học: Trương Sương (TK I TrCN), Cảnh Thọ Xương (TK IITrCN) phát biểu phương pháp giải hệ phương trình bậc nhất và dùng số âm trongphép tính, mô tả được phương pháp khai căn bậc 2, bậc 3, giải phương trình bậc2…; Tổ Xung Chi (TK V TrCN) tính được giá trị gần đúng của pi là 355/133

- Người Ai Cập và người Babilon cũng đã đạt trình độ toán học khá cao Tuynhiên, quan niệm của họ vẫn là quan niệm thiếu hệ thống, hoang đường, dựa trênthần thọai và tôn giáo, những quan niệm khác nhau về thế giới ở Ai Cập và Babilonkhông có khả năng tập hợp lại được thành những trường phái rõ rệt

- Trái lại, ở Trung Quốc đã diễn ra một cuộc đấu tranh về triết học Cuối TK

VI, đầu TK V TrCN đã phát sinh học thuyết của Khổng Tử, có tính luân lý chínhtrị TK V, xuất hiện thuyết của Lão Tử về “đạo” (là một học thuyết tiến bộ, nhưng

về sau đã bị biến thành một tôn giáo)

- TK III – II TrCN, xuất hiện thuyết ngũ hành ở Tung Quốc (mầm mống củaquan niệm duy vật thế giới), nhưng về sau thuyểt ngủ hành bị xuyên tạc thành mộtthuyết huyền bí, mang nội dung mê tính TK II TrCN, xuất hiện học thuyết về

“khí”, coi như là cơ sở của vũ trụ… về sau cũng bị bóp méo thành thuyết huyền bí,

mê tín

- Ở Ấn Độ, 1000 năm TCN có tư tưởng cho rằng vũ trụ không bao gồm gìkhác ngòai vật chất, khỏang vài trăm năm TrCN, có trường phái duy vật, giải thíchnhững hiện tượng trong vũ trụ bằng quan niệm nhân quả và nguyên tử luận

III GIAI ĐOẠN MỞ ĐẦU CỦA KHOA HỌC CỔ ĐẠI TRIẾT HỌC TỰ NHIÊN

CỔ HY LẠP

TKVI TrCN, Hy Lạp cổ đại (quê hương của khoa học hiện đại) đã có điềukiện thuận lợi cho khoa học phát triển Mọi tri thức khoa học của con người lúc ấyđược tập trung trong 1 môn khoa học duy nhất, đó là TRIẾT HỌC TỰ NHIÊN.Triết học tự nhiên cổ Hy Lạp có ảnh hưởng chủ yếu đến sự phát triển của khoa học.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 … ở Hy Lạp từ 600 năm TrCN đã là cho

Hy Lạp trở thành quê hương khoa học của nhân lọai

1 Trường phái Iôni: (trường phái đầu tiên của Hi Lạp)

Người sáng lập: Talet (khỏang 624 – 547 TCN)

- Tư tưởng: + mọi sự vật đều biến đổi: “Mọi thứ đều trôi qua” và “không thểlội hai lần xuống cùng một khúc sông” (Heraclite)

+ Mọi thứ đều xuất phát từ một vật chất ban đầu: Talet (khỏang 624 – 547TrCN) cho rằng vật chất ban đầu là nước; Anaximandre ( khỏang 585 – 525 TrCN)cho rằng đó là một chất nguyên thủy không xác định gọi là “aperion”; Anaximene

de Milet (khỏang 585 – 525 TrCN) cho rằng đó là không khí

- Heraclite đã phát triển những tư tưởng đó và nói: “Thế giới thống nhất từmọi thứ, không phải do thần linh hay một người nào tạo ra, mà đã, đang và sẽ làmột ngọn lửa sinh động bất diệt, bùng lên một cách có quy luật và tắt đi một cách

có quy luật…” Lênin cho rằng câu nói trên là “một phát biểu rất hay những nguyên

lý của chủ nghĩa duy vật biện chứng”

2 Trường phái Pythagore (trường phái duy tâm)

- Người sáng lập: Pythagore (khỏang 580 – 500 TrCN)

+ Tư tưởng: Các con số đóng vai trò thần thánh, con số điều khiển thiển thếgiới, và mỗi con số là một biểu tưởng… (điên khùng! Không bàn tới nhiều) trongtrường phái này cũng có 1 hạt nhân hợp lý đáng kể: nó vạch ra ý nghĩa của sự phântích số lượng, của các quan hệ số lượng trong khoa học, một vấn đề mà phái duyvật chưa thấy được (vd: định lý Pythagore)

Quan niệm rằng trái đất hình cầu và chuyển động, nằm trong một hệ gọi là

hệ hỏa tâm: Trái đất và mọi thiên thể đều quay quanh một ngọn lửa trung tâm (cũnggần đúng) Xung quanh ngọn lửa có 10 mặt cầu chuyển động (vì số 10 là con sốthiêng liêng) Về sau Copernic (1473 – 1543) đã vứt bỏ ngọn lửa trung tâm và

“phản địa cầu”, đặt mặt trời vào trung tâm vũ trụ, và xây dựng nên hệ nhật tâm

3 Trường phái Êlê: (trường phái duy tâm khác)

- Người sáng lập: Zenon (sinh khoảng 490 TrCN)

- Tư tưởng: thế giới là đồng nhất và tĩnh tại, sự đa dạng và sự biến đổi quanh

ta chỉ là những ảo giác Để phủ nhận chuyển động và biến đổi, Zenon đã đưa ranhững lập luận gọi là aporia (những lập luận dẫn đến bế tắc)… ví dụ: aporia vềAsin và con rùa, Asin không bao giờ đuổi kịp con rùa, vì thời gian Asin chạy đến vịtrí thứ nhất của con rùa thì nó đã đến vị trí thứ hai, và khi Asin đến vị trí thứ 2 thì

nó đã đến vị trí thứ 3… và cứ thế mãi mãi Sai lầm: chỉ chú trọng lập luận mà ko sosánh thực tế !!

IV NGUYÊN TỬ LUẬN CỔ HY LẠP- DÉMOCRITE

- Tư tưởng Iôni và tư tưởng Êlê không thỏa mãn đc các nhà triết học cổ đại họ

đi tìm những lý thuyết khác để giải thích cấu trúc của vũ trụ và những biến đổitrong thiên nhiên

- Empédocle (khoảng 490 – 430 TrCN) cho rằng vũ trụ cấu tạo từ 4 nguyên tốvật chất: lửa, ko khí, nước và đất Các nguyên tố này bất diệt và ko thay đổi.Empédocle là người đầu tiên phát biển nguyên lý bảo tòan: “Không có gì phát sinh

ra được từ cái không có gì, và cái gì đã có thì ko thể bị hủy diệt”

- Anaxagore (khoảng 500 – 428 TrCN) cho rằng mặt trời, mặt trăng, các hànhtinh chỉ là những khối đá nóng bỏng Vì thế mà ông đã bị trục xuất khỏi Aten Kếthừ những tư tưởng trên, Démocrite (khoảng 460 – 370 TrCN) và thầy học củamình là Leucippe (TK V TrCN) đã đề xướng ra Nguyên Tử Luận cổ đại Thuyếtnày về sau đc Epicure (341 – 270 TrCN) và Lucrèce (khoảng 99 -55 TrCN) pháttriển thêm

- Những luận điểm cơ bản của Démocrite trong nguyên tử luận:

+ Không có cái gì phát sinh từ cái không có gì Không có cái gì đang tồn tạilại có thể bị hủy diệt Mọi sự biến đổi đều do các bộ phận hợp lại với nhau hoặctách rời nhau

+ Không có cái gì ngẫu nhiên xảy ra Cái gì xảy ra cũng có nguyên nhân và làtất yếu

+ Chỉ nguyên tử và không gian trống rỗng là có thật, mọi cái khác đều do tatưởng tượng ra

+ Các nguyên tử nhiều vô hạn và có vô số hình dạng, rơi vĩnh viễn trongkhông gian vô tận Những hạt to rơi nhanh hơn, va đập vào những hạt nhỏ…

+ Các nguyên tử hòan toàn giống nhau về chất lượng, chúng tác động lên nhaubằng sức nén và bằng va chạm Các vật khác nhau vì chúng được tạo thành từnhững nguyên tử có số lượng, độ lớn, hình dạng và cách sắp xếp khác nhau

+ Không có cái gì phi vật chất Tâm hồn và các thần linh cũng được tạo thành

từ những nguyên tử tinh thế, nhẵn nhụi, tròn trịa, linh họat nhất Chúng chuyểnđộng, xuyên thấu vào cơ thể và tạo ra mọi hiện tượng của sự sống

- Nguyên tử luận của Démocrite đã bị chủ nghĩa duy tâm và giới tăng lữchống đối Chính ngtử luận cổ đại đã trở thành cơ sở của tự nhiên học hiện đại

V VẬT LÝ CỦA ARISTOTE

Cuối TK V TrCN, Aten bắt đầu suy tàn Hề thống tư duy của phái Iôni vànguyên tử luận bị đẩy lùi, nhường chỗ cho triết học duy tâm của Socrate (463 – 399TCN) và học trò của ông là Platon (427 – 347 TrCN) Cuối TK IV TrCN,Alexandre đại đế chinh phục tòan bộ Hy Lạp, một giai đoạn mới của Hy Lạp cổ đạibắt đầu

- Aristote (384 – 322 TrCN) là học trò của Platon, và là thầy học của

Alexandre đại đế khi còn trẻ Ông là người sáng lập ra logic hình thức Aristote làngười cha đỡ đầu của vật lý học Theo ông, để nhận thức được thiên nhiên vật lýhọc phải nghiên cứu các quy luật cơ bản (nguyên nhân ban đầu), những quy luật bộphận (nguyên lý ban đầu), những hạt cơ bản (những nguyên tố) tạo thành mọi vật.Trong cuốn “Vật lý học” của Aristote ko có công thức tóan học và không có thínghiệm Aristote dùng phương pháp như của Socrate, đi đến kết luận bằng lập luận

và vạch ra những mâu thuẩn về mặt logic Do phương pháp như vậy, cuốn “Vật lýhọc” của Aristote đúng ra là một giáo trình triết học hơn là một giáo trình khoa học

tự nhiên

Aristote công nhận sự tồn tại khách quan của vật chất Nhưng vật chất chỉ làtiềm năng của vật thật, muốn trở thành vật thật thì vật chất phải có thêm hình thứcnữa Aristote phân tích, phê phán những luận điểm của phái Iôni, Êlê, nguyên tửluận và trình bày luận điểm của mình

Hệ thống triết học tự nhiên của Aristote pha trộn những yếu tố duy tâm và duyvật, có nhiều luận điểm kì quặc nhưng cũng có những yếu tố biện chứng, có giá trị

Về sau, giáo hội cơ đốc đã tước bớt những yếu tố duy vật biện chứng và tuyết đốihóa những yếu tố duy tâm, biến chúng thành những giáo đều (mặc dù Aristote ko

có ý như vậy), nhằm phục vụ lợi ích tôn giáo Lênin nói: “Giáo hội đã giết chếtphần sống ở Aristote và làm cho phần chết trở thành bất tử”.Tuy vậy, nhưng cũng có những ý rất sâu sắc trong học thuyết của Aristote mà khoahọc ngày này đã phát triển

VI VẬT LÝ HỌC THỜI KỲ HY LẠP HÓA

Cuối thế kỷ IV TCN, sau khi Alexandre đại đế chết, đế quốc Hy Lạp tan rã.Một thời kỳ mới hình thành, thời kỳ Hy Lạp hóa (các quốc gia mới thành lập)

- Triết học tự nhiên duy nhất bắt đầu tách ra thành những ngành khoa học tựnhiên và khoa học xã hội cụ thể

- Museion ở Alexandria là một trung tâm nghiên cứu khoa học lớn Hầu nhưtất cả các nhà khoa họ thời đó đều có quan hệ trực tiếp hoặc trao đổi thư từ với cách

nhà khoa học Alexandria Alexandria trở thành trung tâm khoa học thời bấy giờ.

Do đó thời kì HL hóa cũng được gọi là thời kì Alexandria

- Euclide (TK III TrCN) đã tổng kết và hệ thống những tri thức tóan học cổđại Trong cuốn “Nguyên lý hình học”, ông vận dụng pp logic của Aristote và trên

cơ sở 1 số định nghĩa và tiên đề để xây dựng nên 1 hệ thống hình học ngày nay gọi

là hình học Euclide Không gian của Euclide là không gian diễn ra các hiện tượngvật lý của cơ học cổ điển

- Euclide cũng đặt cơ sở cho quang hình học mang tên “Quang học” và “Phảnquang học” Euclide xây dựng khái niệm tia sáng và dùng hình học để tìm ra nhữngđịnh luật của sự truyền và phản xạ ánh sáng qua gương và gương cầu, nhưng chưaxác định được tiêu điểm của gương cầu

- Archimède (287 – 212 TCN) đã học ở Alexandria Ông suốt đời mang hiểubiết khoa học vào việc xây dựng và bảo vệ tổ quốc Một nhà bác học kiêm kỹ sưgiỏi: chế tạo nhiều lọai máy cơ học để nâng nước sông lên tưới đồng ruộng, cácmáy ném đá…Archimède tìm ra quy tắc đòn bẩy, đã định nghĩa trọng tâm của 1vật Trong tác phẩm “Về các vật nổi”, Archimède đã phát biểu định luật nổi tiếng

về sức đẩy của chất lỏng Archimède cũng có những nghiên cứu về thiên văn vàquang học, nhưng không truyển lại tới nay Ông là đỉnh cao của khoa học cổ đại

- Ở thời kỳ Hy Lạp hóa, nguyên tử luận Démocrite, sau một thời gian bị lãngquên, đã được Epicure (341 – 270 TrCN) và Lucrèce (khoảng 99 -55 TrCN) pháttriển và bổ sung, làm cho cụ thế và mang nhiều tính chất vật lý hơn Lucrèce đã sosách chuyển động của các nguyên tử với các hạt bụi trong phòng tối đó chính làhình ảnh chuyển động Brown ngày nay Tuy nhiên, do không có những ứng dụngthực tế, nguyên tử luận không được các nhà khoa học thời bấy giờ chấp nhận

- Tới TK III TrCN, Thiên Văn học bắt đầu tách thành 1 môn khoa học riêngbiệt Ératôxten, nhà thiên văn học Hy Lạp sống ở Alexandria đo được chu vi củatrái đất khá chính xác

- Tới TK II TrCN, các nhà thiên văn đã quan trắc thiên văn chính xác để mô tảchuyển động của các thiên thể và lập ra một bản đồ sao gồm hơn 1000 sao Thuyếtđịa tâm dựa trên học thuyết của Aristote được đa số các nhà thiên văn công nhận.Nhưng các nhà thiên văn cũng đã phát hiện mâu thuẩn giữa kết quả quan sát và lýthuyểt của Aristote Để giải quyết những mâu thuẩn đó, Ptólemée (TK II TrCN) đã

có một giải pháp tài tình mô tả được chuyển động của các hành tinh và tính được vịtrí của hành tinh trên bầu trời vào 1 thời điểm nhất định

Chương 2

VẬT LÝ HỌC THẾ KỶ XVI, XVII

SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÝ THỰC NGHIỆM - CƠ HỌC NƯU TƠN

I VẬT LÝ HỌC THẾ KỶ XVI, XVII

1.1 Bối cảnh lịch sử xã hội của cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất

Cuộc cách mạng công nghiệp (hay cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứnhất) thực chất là một cuộc cách mạng về kỹ thuật Cuộc cách này diễn ra trước hết

ở nước Anh Từ những năm 60 của thế kỷ XVIII thì cuộc cách mạng công nghiệpbắt đầu được khởi động ở Anh Tiêu chí quan trọng nhất của cuộc cách mạng kỹthuật lần này là máy móc thay thế công cụ thủ công Cuộc cách mạng này diễn ratrước hết từ lĩnh vực công nghiệp nhẹ, trong ngành dệt sợi bông và nhanh chónggặt hái được nhiều thành tựu Điển hình như, năm 1733, một người thợ dệt tên làGiôn-cây đã phát minh ra thoi bay, có thể phóng đi rất nhanh, giúp tăng năng suấtdệt vải lên gấp nhiều lần Năm 1767, một người thợ mộc khác tên là Giêm-Hacgrivơ đã phát minh ra được một máy kéo sợi, đặt tên máy là Gien-ny (theo tênđứa con gái của ông) Năm 1769, máy kéo sợi đầu tiên chạy bằng sức nước mangtên Ác-rai đã ra đời Đến năm 1779, người thợ dệt Crôm-tơn đã tổng hợp ưu điểmcủa cả hai loại máy Gien-ny và Ác-rai, cho ra đời một loại máy kéo sợi mới có tên

là Mu-lơ (có nghĩa là “Con La”, vì loại máy này vừa có sự nhanh nhẹn của conngựa, vừa có sự bền bỉ của con lừa) Nó cho ra loại sợi nhỏ và bền, đồng thời có thểkéo cùng lúc 300-400 cọc sợi Từ những sáng chế trên lĩnh vực sợi dệt đã kéo theonhững phát minh trên lĩnh vực máy dệt Năm 1785, một vị mục sư tên là Các-rai-tơ

đã chế tạo ra chiếc máy dệt đầu tiên ở Anh, đưa năng suất lên gấp 40 lần so vớitrước Để tạo ra nguồn động lực cho sự hoạt động của các cỗ máy này mà không bị

lệ thuộc vào tự nhiên (sức nước, súc vật, gió), năm 1784 Giêm-oát đã chế tạo ramáy hơi nước Sự ra đời của máy hơi nước đã tạo nên bước đột phá của cuộc cáchmạng công nghiệp Máy hơi nước đã nhanh chóng được ứng dụng trong ngành kéosợi, rồi ngành dệt Từ công nghiệp nhẹ, máy hơi nước dần được sử dụng rộng rãitrong các lĩnh vực công nghiệp nặng, như để chạy máy bơm nước hầm lò, chạymáy đào hầm lò, máy vận chuyển bằng cáp treo, quạt gió… Máy hơi nước còn tạo

ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực giao thông vận tải Năm 1807, chiếc tàu thủyđầu tiên trên thế giới chạy bằng hơi nước có tên là Phơn-tơn đã được phát minh.Năm 1814, Xti-phen-xơn đã chế tạo ra đầu máy xe lửa Rồi, kể từ cuối thế kỉ XVIII

đầu thế kỉ XIX ,người ta bắt đầu sử dụng máy móc để chế tạo ra máy móc Côngnghiệp luyện kim cũng có những bước tiến đáng kể, với những phát minh quantrọng của Coóc và Ôniơn tìm ra phương pháp Pút-đinh, hay Đác-bi đã phát minh raphương pháp nấu than cốc từ than đá để luyện gang…

Sau những bước khởi đầu ở nước Anh, cách mạng công nghiệp đã nhanhchóng lan rộng ra phạm vi thế giới và nó đã trở thành hiện tượng phổ biến đồngthời mang tính tất yếu đối với tất cả các quốc gia tư bản Trong đó chúng ta thấy,nếu như cuộc cách mạng công nghiệp Anh phải mất ngót một thế kỷ mới hoànthành (từ những năm 60 của thế kỷ 18 đến những năm 50 của thế kỷ 19), thì cuộccách mạng công nghiệp ở các nước tư bản diễn ra sau đó lại có tốc độ khẩn trương,sôi động hơn và thời gian hoàn thành cách mạng công nghiệp cũng được rút ngắnhơn Bên cạnh đó ta thấy, cách mạng công nghiệp trong các nước tư bản càng vềsau càng đi vào chiều sâu, như: phát triển các lĩnh vực chế tạo công cụ sản xuất,chếtạo ra may cái, đồng thời đi vào khai thác những ngành công nghiệp mũi nhọnnhư:đường sắt, hàng hải, hóa chất, luyện kim

Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ nhất có tác động sâu sắc đến chủnghĩa tư bản Trước hết, nó đã có tác dụng dọn sạch đường cho sự thống trị toàndiện của chủ nghĩa tư bản Những thành tựu của cuộc cách mạng này đều được ứngdụng vào sản xuất, dẫn tới sự đột phá trong sản xuất, tạo nên một khối lượng củacải đồ sộ bằng nhiều thế kỷ trước cộng lại, từ đó khẳng định ưu thế kinh tế của củachế độ tư bản trước chế độ phong kiến Theo đó, cách mạng công nghiệp đã gópphần khẳng định chiến thắng của chủ nghĩa tư bản, mà trước nhất là trên bình diệnkinh tế Như Mác đã khẳng định: “Đây được coi là phát minh có ý nghĩa quốc tếđầu tiên Nó được chế tạo ra không chỉ cho một vài lĩnh vực, mà được áp dụng phổbiến cho mọi lĩnh vực của nền KTQD Chính động cơ hơi nước đã đẻ ra CNTB.”Bên cạnh đó, cách mạng công nghiệp đã tạo ra những công cụ lý tưởng để bọnchủ tư bản bóc lột người lao động một cách kiệt cùng nhất, đó chính là máy móc.Người công nhân phải làm việc từ 12-16 tiếng mỗi ngày, và họ đã trở thành nô lệcủa máy móc và cũng là của nhà tư bản, bởi họ không thể cưỡng lại được sự hoạtđộng đều đều và liên tục của những cỗ máy Nếu so với thời kỳ công trường thủcông, thì sự ra đời của máy móc và được ứng dụng ở hầu khắp các lĩnh vực kinh tế,

đã tạo nên một công cụ thu lời vô cùng kỳ diệu cho các nhà tư bản Chính từ sự ưuviệt của máy móc đem lại và sự cám dỗ của lợi nhuận, các nhà tư bản không ngừng

mở rộng sản xuất theo chiều rộng một cách tràn lan, vô chính phủ Vì vậy, nó đãquy định tính chất của chủ nghĩa tư bản thời kỳ này là CNTB tự do cạnh tranh.Ngoài ra, cách mạng công nghiệp cũng đã làm thay đổi trong cơ cấu ngànhnghề của chủ nghĩa tư bản, khiến cho cuộc cách mạng lần này còn được gọi với tênkhác là cuộc cách mạng cơ cấu ngành nghề Cụ thể là sự phát triển của máy móc vànhững ứng dụng rộng rãi của nó trong nền sản xuất, đã đưa các lĩnh vực côngnghiệp nặng lên một tầm cao mới, bên cạnh vị trí đã được khẳng định của các lĩnhvực công nghiệp nhẹ.

Nguyên nhân: Do những đòi hỏi của cuộc sống của sản xuất nhằm đáp ứngnhững đòi hỏi của cuộc sống, cảu sản xuất nhằm đáp ứng như cầu vật chất và tinhthần ngày càng cao của con người

Những thành tựu nổi bật: Năm 1733 John Kay đã phát minh ra "thoi bay".Phát minh này đã làm người thợ dệt khôngphải lao thoi bằng tay và năng suất laođộng lại tăng gấp đôi

- Năm 1765 James Hagreaves đã chế được chiếc xa kéo sợi kéo được 8 cọc sợimột lúc Ông lấy tên con mình là Jenny để đặt cho máy đó

- Năm 1769, Richard Arkrwight đã cải tiến việc kéo sợi không phải bằng tay

mà bằng súc vật, sau này còn được kéo bằng sức nước

- Năm 1785, phát minh quan trọng trong ngành dệt là máy dệt vải của linhmục Edmund Cartwright Máy này đã tăng năng suất dệt lên tới 40 lần

- Phát minh trong ngành dệt cũng tác động sang các ngành khác Lúc bấy giờ,các nhà máy dệt đều phải đặt gần sông để lợi dụng sức nước chảy, điều đó bất tiệnrất nhiều mặt Năm 1784, James Watt phụ tá thí nghiệm của trường Đại HọcGlasgow (Scotland) đã phát minh ra máy hơi nước Nhờ phát minh này, nhà máydệt có thể đặt bất cứ nơi nào Không những thế phát minh này còn có thể coi là mốc

mở đầu quá trình cơ giới hoá

- Ngành luyện kim cũng có những bước tiến lớn Năm 1784 Henry Cort đã tìm

ra cách luyện sắt "puddling" Mặc dù phương pháp của Henry Cort đã luyện đượcsắt có chất lượng hơn nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về độ bền của máymóc Năm 1885, Henry Bessemer đã phát minh ra lò cao có khả năng luyện ganglỏng thành thép Phát minh này đã đáp ứng được về yêu cầu cao về số lượng vàchất lượng thép hồi đó

- Trong ngành giao thông vận tải Năm 1804, chiếc đầu máy xe lửa đầu tiênchạy bằng hơi nước đã ra đời, năm 1829 vận tốc xe lửa đã lên tới 14dặm/giờ

Thành công này đã làm bùng nổ hệ thống đường sắt ở châu Âu và châu Mĩ

- Năm 1807, Robert Fulton đã chế ra tàu thuỷ chạy bằng hơi nước thay thế chonhững mái chèo hay những cánh buồm Tên gọi "Cách mạng công nghiệp" thườngdùng để chỉ giai đoạn thứ nhất của nó diễn ra ở cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19.Giai đoạn hai hay còn gọi là Cách mạng công nghiệp lần thứ hai tiếp tục ngay sau

đó từ nửa sau thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20

Trong thời gian này, một trong những phát minh cốt yếu nhất của việc truyền

bá các ý tưởng kỹ thuật là in ấn tang quay dẫn động bằng năng lượng hơi nước, mộtphát minh từ nhiều thập kỷ trước Kỹ thuật này được phát triển là kết quả của phátminh máy sản xuất giấy cuộn từ đầu của thế kỷ 19 Cách mạng công nghiệp lần thứhai cũng chứng kiến xuất hiện của kỹ thuật in Linotype và Monotype Quy trìnhlàm giấy từ bột gỗ thay thế nguyên liệu là bông và lanh vốn là những nguồn hạnchế Sự truyền bá kiến thức ở nước Anh, ít nhất, cũng là kết quả của việc xóa bỏthuế giấy trong thập kỷ 1870 khuyến khích sự phát triển của báo chí và các tạp chí

kỹ thuật nhờ làm rẻ chi phí in ấn

Các sáng chế và các ứng dụng ngày càng được phổ biến và có tác động lớnđến sự phát triển của các ngành kinh tế, và là tiền đề cho sự ra đời của cuộc cáchmạng khoa học kĩ thuật lần thứ hai xuất phát từ Mỹ vào đầu thế kỉ XX

Động cơ hơi nước đã được phát triển và áp dụng ở Anh trong thế kỷ XVIII, vàđược xuất khẩu chậm chạp sang Châu Âu và phần còn lại của thế giới trong thế kỷ ,XIX cùng với các cách mạng công nghiệp Trong thực tế cuộc cách mạng côngnghiệp lần thứ hai, sự phát triển động cơ đốt trong ở một số nước công nghiệp pháttriển và trao đổi ý tưởng đã được nhanh hơn nhiều Một ví dụ, động cơ đốt trongchạy trên khí than đá đầu tiên đã được phát triển do Etienne Lenoir ở Pháp, nơi mà

nó đã có một số thành công hạn chế như là một động cơ nhỏ trong công nghiệpnhẹ

Động cơ đốt trong đã được thử nghiệm là một động lực cho xe ô tô sơ khai ởPháp trong thập kỷ 1870, nhưng nó không bao giờ được sản xuất với số lượng đáng

kể Chính Gottlieb Daimler của Đức là tạo ra đột phát chỉ vài năm sau bằng việc sửdụng dầu mỏ làm nhiên liệu xe ô tô thay cho khí than Sau đó, Henry Ford chế tạohàng loạt ô tô với động cơ đốt trong, tạo nên tác động to lớn với xã hội Động cơxăng hai kỳ, ban đầu được phát minh bởi kỹ sư người Anh Joseph Day ở thành phốBath Ông chuyển giao phát minh cho các doanh nhân Mỹ và từ đây nó mau chóngtrở thành "nguồn năng lượng của người nghèo", dẫn động máy móc nhỏ như xe

máy, xuồng có động cơ, máy bơm Nó cũng là nguồn năng lượng tin cậy của các cơ

sở sản xuất nhỏ trước khi điện được phổ biến rộng rãi

Tác động của cuộc cách khoa học kĩ thuật lần 1: Là một cột mốc chói loạitrong lịch sử tiến hóa văn minh của con người, mang lại những tiến bộ phi thường,những thành tựu kỳ diệu và những thay đổi to lớn trong cuộc sống con người Chophép con người thực hiện những bước nhảy vọt chưa từng thấy về sản xuất và năngsuất lao động, nâng cao mức sống và chất lượng cuộc sống Làm tiền đề cho cáccuộc cách mạng khoa học kĩ thuật sau này

1.2 Học thuyết Côpécnic mở đầu cách mạng khoa học lần thứ nhất

CÔ-PÉC-NÍCH Ni-cô-lai (1473-1543) Nhà thiên văn học nổi tiếng của Balan, người đã sáng tạo ra thuyết mặt trời là trung tâm Lý luận này đã đánh dấu sựđoạn tuyệt hẳn với những quan niệm thần học cho rằng quả đất đã được Thượng đếchọn làm trung tâm của vũ trụ (thuyết của Pơtôlêmê), và con người chiếm một địa

vị “ưu thế” Ăng-ghen cho rằng thuyết của Côpécních là “hành động cách mạngđem lại tính chất độc lập cho khoa học tự nhiên Và hành động đó đã đánh dấu sựgiải phóng khoa học tự nhiên ra khỏi ảnh hưởng của thần học từ đấy, cả cácngành khoa học cũng đạt được những bước tiến khổng lồ” Trong thời đại Phụchưng, Cô-péc-ních đã có một ảnh hưởng lớn lao đối với sự phát triển của triết học

và của các ngành khoa học tự nhiên, và sau này đối với toàn bộ khoa học thế giới

Học thuyết của Cô-péc-ních đã giáng một đòn rất nặng vào tôn giáo và Giáohội, vào truyền thuyết cho rằng thế giới là do Thượng đế tạo ra Học thuyết đó đãlật đổ quan điẻm kinh viện của những kẻ đã lắp lại tư tưởng của Arixtốt đem những

sự vận động của trái đất đối lập với những sự vận động của các thiên thể Sau đó,học thuyết Côpécních đã trở thành cơ sở cho những lý luận về sự hình thành tựnhiên của hệ thống mặt trời và về quá trình tiến hóa của nó Côpécních đã đề xướng

ra quan niệm về tính phổ biến của những liên hệ tự nhiên; sợi dây nối liền tất cảnhững hiện tượng vật chất, chính là “dây chuyền vàng” của những quan hệ nhânquả mà người ta có thể diễn đạt bằng những công thức toán học Côpécních, người

đã loại trừ được tình trạng không luận trong thiên văn học, là nhà bác học duy vật

vĩ đại nhất của thời ấy Những nhân vật đương thời tiên tiến nhất như GroócđanôBơrunô, Galilê đều tiếp tục sự nghiệp của Côpécních mà hai ông coi như ngườithầy đã đem lại cho mình một ngọn cờ chiến đấu Giáo hội đã kịch liệt chống lạihọc thuyết Côpécních và đã dùng tất cả mọi thủ đoạn của toán án tôn giáo trongviệc đó

Vai trò của Cô-péc-ních trong lịch sử nhận thức luận duy vật chủ nghĩa rấtlớn lao Trong khi chủ trương rằng lý luận phải phù hợp vơi bản tính của sự vật,ông đã tránh được tính hẹp hòi của chủ nghĩa kinh nghiệp thấp kém và thoát đượclối lý giải phiến diện của nguyên tắc về “tính rõ ràng của cảm giác”; ông đã thừanhận ý nghĩa quan trọng của sự trừu tượng trong quá trình nhận thức, và ông làngười đầu tiên áp dụng nguyên tắc về tính tương đối của động học vào nghiên cứukhoa học Tác phẩm thiên tài của ông làSự vận hành của các thiên thểxuất bảnngay trong năm ông mất (1543).

1.3 Vật lý học thế kỷ thứ XVI, XVII

Vật lý học thế kỷ thức XVI, XVII gọi là Vật lý cổ điển bao gồm những nhánh

và chủ đề truyền thống đã được công nhận và phát triển hoàn thiện trước thế kỷ 20

cơ học cổ điển, âm học, quang học, nhiệt động lực học, và điện từ học

Cơ học cổ điển nghiên cứu vật thể chịu tác dụng của lực cũng như trạngthái chuyển động của chúng và có thể chia ra thành môn tĩnh học (nghiên cứu trạngthái đứng yên của vật), động học (nghiên cứu chuyển động của vật mà không xéttới nguyên nhân gây ra chuyển động), và động lực học (nghiên cứu chuyển động vàlực ảnh hưởng lên vật); cơ học cũng có thể chia thành các môn cơ học vật rắn và cơhọc chất lưu (cả hai môn này thuộc về cơ học môi trường liên tục), và cơ học chấtlưu có những nhánh con như thủy tĩnh học, thủy động lực học, khí động lực học,

và khí nén học (pneumatics)

Âm học, ngành nghiên cứu âm thanh, mà các nhà vật lý thường coi là mộtnhánh của cơ học bởi vì âm thanh là do chuyển động của các hạt hay phân tử trongkhông khí hoặc trong môi trường khác gây ra sóng âm và do đó có thể giải thíchtheo các định luật của cơ học Một trong những nhánh quan trọng của âm học

là siêu âm học, nghiên cứu sóng siêu âm với tần số cao hơn tần số nghe của conngười

Quang học, bộ môn nghiên cứu chuyển động của ánh sáng, không những chỉnghiên cứu ánh sáng khả kiến mà còn bao gồm bức xạ hồng ngoại và tử ngoại, mà

có tính chất tương tự như ánh sáng ngoại trừ mắt người không thể thấy được, nhưtính phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, phân cực và khuếch tán ánh sáng

Nhiệt lượng là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ vào chuyểnđộng nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất; nhiệt động lực học nghiên cứucác mối liên hệ giữa nhiệt lượng và những dạng năng lượng khác hoặc với các kháiniệm như entropy và môn này có liên hệ mật thiết với cơ học thống kê

Điện học và từ học trở thành một ngành riêng của vật lý kể từ những khámphá mới liên quan đến chúng vào đầu thế kỷ 19; với quy luật dòng điện chạy quadây dẫn sinh ra từ trường và một từ trường biến đổi sinh ra dòng điện cảmứng Tĩnh điện học nghiên cứu các hạt điện tích đứng yên, Điện động lựchọc nghiên cứu hành xử của các điện tích chuyển động, và tĩnh từ học nghiên cứucác cực từ đứng yên, như nam châm.[24][25]

Hội nghị Solvay năm 1927, với sự tham gia của các nhà vật lý nổi tiếngnhư Albert Einstein, Werner Heisenberg, Max Planck, Hendrik Lorentz, NielsBohr, Marie Curie, Erwin Schrödinger và Paul Dirac đã đi đến nhận định: Vật lý cổđiển nói chung nghiên cứu vật chất và chuyển động ở phạm vi mà con người có thểquan sát và tiếp cận hàng ngày, trong khi vật lý hiện đại nghiên cứu hành trạng củavật chất và tương tác ở những khoảng cách vi mô và vĩ mô Ví dụ, vật lý nguyên

tử và hạt nhân nghiên cứu vật chất ở cấp độ vi mô mà tại đó các nguyên tố hóahọc được phân loại một cách cơ bản Vật lý hạt cơ bản nghiên cứu ở khoảng cáchnhỏ hơn nữa về những thành phần cơ bản nhất của vật chất; nhánh vật lý này cũngđược gọi là vật lý năng lượng cao bởi vì các nhà khoa học sử dụng máy gia tốc chocác hạt có năng lượng cao va chạm vào nhau để tìm hiểu hành trạng và tính chấtcủa hạt cơ bản Ở thang khoảng cách vi mô này, những khái niệm thông thườngtheo trực giác hàng ngày không còn đúng nữa

Hai lý thuyết trụ cột của vật lý hiện đại miêu tả các khái niệm về không gian,thời gian và vật chất khác với bức tranh miêu tả của vật lý cổ điển Cơ học lượng

tử miêu tả các hạt rời rạc, bản chất của nhiều hiệu ứng cấp nguyên tử và hạ nguyên

tử, chi phối bởi nguyên lý bất định và lưỡng tính sóng hạt Thuyết tương đối miêu

tả các hiện tượng xảy ra trong những hệ quy chiếu khác nhau chuyển động so vớingười quan sát; trong đó thuyết tương đối hẹp miêu tả các hệ quy chiếu chuyểnđộng quán tính và thuyết tương đối tổng quát miêu tả hệ quy chiếu chuyển động giatốc và tương tác hấp dẫn là do độ cong của không thời gian Cả lý thuyết lượng tử

và thuyết tương đối đều có nhiều ứng dụng trong mọi ngành của vật lý hiện đại vàtrong đời sống hàng ngày như laser, máy tính hoặc GPS

Sự khác nhau giữa vật lý cổ điển và vật lý hiện đại

Trong khi vật lý học hướng đến phát hiện ra những định luật tổng quát miêu tả

và giải thích các hiện tượng, thì các lý thuyết của nó áp dụng và đúng cho nhữngphạm vi cụ thể Nói một cách ngắn gọn, các định luật của vật lý cổ điển miêu tảchính xác những hệ thống có khoảng cách lớn hơn thang đo nguyên tử và chuyển

động với vận tốc rất nhỏ so với tốc độ ánh sáng Bên ngoài phạm vi này, nhữngquan sát thực nghiệm không còn đúng với tiên đoán của cơ học cổ điển.

Các lĩnh vực cơ bản của vật lýAlbert Einstein đóng góp vào khuôn khổ của thuyết tương đối hẹp, thay thếmột không gian và thời gian tuyệt đối bằng không thời gian phụ thuộc vào tốc độcủa hệ quy chiếu và miêu tả chính xác những hệ có vận tốc xấp xỉ tốc độ ánhsáng Max Planck, Erwin Schrödinger, và những nhà khoa học khác khai phá cơhọc lượng tử, với khái niệm phân bố xác suất liên quan đến các tính chất của hạtcũng như tương tác trao đổi giữa chúng và lý thuyết miêu tả một cách chính xáchành trạng của thế giới nguyên tử và hạt hạ nguyên tử Sau đó, lý thuyết trườnglượng tử thống nhất cơ học lượng tử và thuyết tương đối hẹp miêu tả các hạt vi môchuyển động gần và bằng tốc độ ánh sáng Thuyết tương đối rộng tổng quát thuyếttương đối hẹp, miêu tả không thời gian cong có tính động lực và phụ thuộc vào sự

có mặt và tính chất của vật chất, nó miêu tả những vật thể khối lượng lớn và cấutrúc vĩ mô của toàn vũ trụ cũng như tiên đoán phù hợp với thực nghiệm về sự tiếnhóa của vũ trụ Các nhà vật lý lý thuyết vẫn chưa thống nhất được thuyết tương đốitổng quát miêu tả trường hấp dẫn với ba tương tác cơ bản miêu tả bởi cơ học lượngtử: tương tác mạnh, tương tác yếu và tương tác điện từ; và một vài lý thuyết về hấpdẫn lượng tử đã được đề xuất

2 SỰ RA ĐỜI CỦA VẬT LÝ HỌC THỰC NGHIỆM

2.1 Các phương pháp nghiên cứu

Để tìm ra những chân lý khoa học phàn ánh đúng những quy luật vận độngkhách quan của thế giới vật chất, cần phải có một phương pháp nghiên cứu khoahọc mới thay cho phương pháp giáo điều, kinh viện của các nhà khoa học trước đó.Galilée là người đã sáng lập ra phương pháp mới trong khoa học, nhưng ông chưaphát biểu được thực chất của phương pháp đó một cách hệ thống Vì vậy các nhà

khoa học như Francis Bacon, Descartes và sau này là Newton đã tiếp tục xây dựng

vả trình bày phương pháp mới trong khoa học một cách có khoa học

1 Francis Bacon (1561 - 1626)

Francis Bacon là một nhà khoa học người Anh cùng thời với Galilée, đã tiếptục đấu tranh để đưa ra một phương pháp mới trong khoa học Năm 1620, Baconxuất bản cuốn “Công cụ mới”, trong đó ông đã nhận xét: “Trong lúc kĩ thuật đangphát triển không ngừng thì khoa học trong các trường Đại học lại hết sức cằn cỗi vàkhông vượt xa hơn những hiểu biết từ thời cổ đại Nguyên nhân là do mục đích sailầm, phương pháp sai lầm của khoa học và do sự cản trở khoa học của tôn giáo vàchủ nhgia4 kinh viện Vì vậy muốn cho khoa học phát triển thì phải có phươngpháp mới” Ông cho rằng: “Mục đích của khoa học là phải cung cấp cho nhân loạinhững phát minh mới và những phúc lợi mới Muốn vậy phải tạo cho khoa học một

phương pháp đúng và cách tổ chứa đúng Nghĩa là thí nghiệm phải được coi là cơ

sở của phương pháp khoc học Dựa vào thí nghiệm, dựa vào thực tiễn,

dùng phương pháp quy nạp để xây dựng nên các chân lý khoa học, sau đó phải

kiểm tra lại những chân lý đó bằng thực tiễn” Phương pháp của Bacon hoàn toànphủ nhận uy tín của tôn giáo và của Aristotle torng khoa học

2 Descartes (1569 - 1650)

Phương pháp quy nạp cuả Bacon đã được Descartes nhà khoa học người Pháp

bổ sung thêm phương pháp diễn dịchvà phương pháp chứng minh logic mà ôngtrình bày trong cuốn “Luận về phương pháp” (xuất bản năm 1637) Descartes tinrằng khi con người đủ thận trọng và biết lập luận chặt chẽ thì có thể dùng phépchứng minh logic đi từ những tiên đề tổng quát rút ra những hệ quả và những kếtluận đáng tin cậy Bằng phương pháp này, ông cho rằng con người có thể khám phá

ra được mọi chân lý xa xôi và bí hiểm

Tuy nhiên cần lưu ý rằng cả hai ông đều cho rằng phương pháp khoa học phải

là sự phối hợp chặt chẽ giữa quy nạp và diễn dịch

- Nhiệt: Torricelli (1608 - 1674) người Ý; Pascal (1632 - 1662) người Pháp;

Otto Guericke (1602 - 1684) người Đức; Boyle (1627 - 1691), người Anh

Quang: Galileo Galilée (1564 1642), người Ý; Johannes Kepler (1571

-1630), người Đức; Descartes (1569 -1650), người Pháp; Boyle (1627 - 1691),người Anh; Issac Newton (1643 -1727), người Anh; Christiaan Huygens (1629 -1695), người Hà Lan

Nhưng nổi bật nhất trong giai đoạn này chính là sự xuất hiện của nhà khoahọc vĩ đại Galileo Galilei Ông là người đã xây dựng cơ sở vật lý học cho thuyếtNhật tâm và chính trong quá trình đó ông đã xây dựng những cơ sở cho một nền vật

lý mới – vật lý học thực nghiệm, thay cho vật lý học của Aristotle

Khi còn đi học Galilê là một học sinh hay đặt ra câu hỏi, đối với những vấn đềhứng thú ông luôn tự tìm cách chứng minh Có một thầy giáo đã đưa ra một câu hỏi

hóc búa cho học sinh: Dùng một sợi dây vòng thành các hình khép kín khác nhau,

thì hình nào có diện tích lớn nhất? Để tìm câu trả lời Galilê đã tìm một sợi dây

vòng thành các hình như hình vuông, chữ nhật, hình tròn vv… cuối cùng ông pháthiện hình tròn là hình có diện tích lớn nhất trong các hình, ông còn dùng những

kiến thức toán học của mình học được để chứng minh quan điểm này Thầy giáocủa ông thấy sự chứng minh của Galilê như vậy hết sức vui mừng, cổ vũ ông họctoán học Quả thực, Galileo Galilei đã sớm đạt được thành tựu khi theo đuổi ngànhtoán học Năm 25 tuổi (1589), ông được bổ nhiệm làm giáo sư toán học cho trườngĐại học Pisa.

Ông nghiên cứu nhiều về lĩnh vực vật lý và thiên văn học trong quá trình làmgiáo sư tại Đại học Pisa và Đại học Padoue Galileo Galilei để tâm nghiên cứu cânthủy tĩnh của Archimesdes và trọng tâm của một số vật rắn Ông đã cho ra đời luận

văn mang tên: Trọng tâm của các vật thể rắn Ngoài ra, những vật rơi tự do và lăn

trên mặt phẳng nghiêng cũng là đối tượng quan trọng mà Galilei chú ý tìm tòi, pháthiện

Trong thí nghiệm về chuyển động trên mặt phẳng nghiêng, ông đã thiết kế mộttấm phản dài 12 cubit, rộng nửa cubit, khoét một rãnh thẳng và phẳng ở giữa Sau

đó ông nghiêng mặt phẳng để cho những quả bóng lăn xuống, rồi đo thời gianchuyển động lăn dốc bằng một đồng hồ nước - một chiếc bình đựng nước thông vớichiếc cốc ở phía dưới qua chiếc ống nhỏ Để đo thời gian chuyển động, ông cânlượng nước chảy vào cốc Sau đó Galileo so sánh thời gian với quãng đường quảbóng đi được

Aristotle tiên đoán rằng vận tốc của quả bóng là không đổi Nhưng thí nghiệmcủa Galileo lại chỉ ra rằng, chuyển động của những quả bóng được gia tốc: quãngđường đi được tỷ lệ thuận với bình phương thời gian di chuyển Ông không bao giờbằng lòng với những kết quả nghiên cứu cũ mà luôn tìm cách chứng minh chúngtheo cách của ông Thời bấy giờ, đó là một điều khó có thể được chấp nhận Songlòng ham mê khoa học đã khiến Galileo Galilei tự thực hiện một số thí nghiệm đểrồi gây kinh ngạc cho rất nhiều người đương thời Thí nghiệm lớn nhất và cũng nổitiếng nhất trong lịch sử khoa học thế giới của ông là thí nghiệm được thực hiện trêntháp nghiêng Pisa Ông bác bỏ II thuyết cho rằng, vật nhẹ thì rơi chậm, vật nặng thìrơi nhanh bằng chính thí nghiệm này Cùng một lúc, trên đỉnh cao của tháp, GalileoGalilei thả xuống nhiều quả cầu có kích thước như nhau nhưng làm bằng các chấtliệu khác nhau như: gỗ, gang …Chúng rơi xuống hầu như cùng một lúc Theođánh giá của Galilei, nếu không có lực cản của không khí thì chúng sẽ rơi xuốngcùng một lúc Những người chứng kiến đã không thể không tin Galilei bởi những

gì họ được thấy tận mắt Nhưng kiến thức cũ kỹ mà họ đã nhập tâm từ lâu khiến họcho rằng, Galilei đã làm trò ảo thuật chứ đó không phải sự thực Sau này, khi

đã tính toán kỹ lưỡng, Galileo Galilei nêu ra Định luật về rơi tự do Ngoài ra, ông

còn cống hiến rất nhiều cho lĩnh vực lực học, gồm: xây dựng định luật rơi tự

do, phát hiện định luật quán tính, chu kỳ của chấn động, định luật về di chuyểncủa vật được ném đi nguyên lý về tính tương đối… Lần đầu tiên, chính ông đã

trình bày chính xác, rõ ràng về các khái niệm như: Tốc độ, gia tốc …Ông là người

tiên phong trong lĩnh vực lực học kinh điển và vật lý học thực nghiệm, đã tổng kết

ra những phương pháp nghiên cứu mới về khoa học tự nhiên, đánh dấu sự mở đầuthực sự của ngành vật lý học Những phát hiện trong lĩnh vực vật lý củaGalilei vẫn giữ nguyên giá trị của nó cho đến tận ngày nay

Một đóng góp vô cùng quan trọng của Galileo Galilei là ở trong lĩnh vực thiênvăn học Khoảng năm 1608, có tin đồn rằng ở Hà Lan đã có người làm được ốngnhòm có thể phóng đại các vật ở xa lên tới 2 – 3 lần Tin đồn ấy đã thức dậy trongGalileo Galilei một ý tưởng làm một cái ống nhòm tương tự để quan sát bầu trời

Và ông đã bắt tay ngay vào việc Đích thân ông xuống xưởng thủ công học cáchnấu thủy tinh, đúc và mài thấu kính Đầu tháng 7 năm 1609, Galilei đã hoàn thànhchiếc kính viễn vọng đầu tiên Nó được thiết kế theo kiểu khúc xạ, có khả năngphóng to các vật ở xa lên tới 10 lần

Lúc này đã là một giáo sư ở Đại học Padoue, Galileo Galilei có đủ điều kiện

để tiếp tục cải tiến kính viễn vọng để nó có thể phóng to vật thể lên hàng trăm lần.Galilei cần mẫn mài kính để hình ảnh hiện lên sau kính không bị méo mó Nhờchiếc kính này, lần đầu tiên, Galileo Galilei được quan sát bầu trời một cách rõ ràngnhư vậy Rạng sáng ngày 9 tháng 1 năm 1610, Galileo Galilei hướng ống kính lênbầu trời Những gì mà ông nhận thấy đã chứng minh cho sự đúng đắn củaCopernicus Ông đã nhìn thấy Mặt Trăng với những núi non và thung lũng hệt nhưtrái đất Khi quan sát sao Mộc, ông khám phá ra đó không phải là một chấm sáng

mà là một đĩa khá lớn có bốn ngôi sao nhỏ kèm theo Như vậy là sao Mộc cũng cócác vệ tinh xung quanh nó

Phát kiến này của Galilei bị phản đối, song họ chẳng có lý lẽ gì hơn là nhữngcâu trả lời thoái thác ngớ ngẩn Giáo sư Crơmônini dạy cùng trường Đại học

Padoue với ông đã từ chối không chịu nhìn vào ống kính: ”Cần gì phải nhìn khi tôi

đã biết rằng sao Mộc không có và không thể có vệ tinh” Dù nhận được rất nhiều

lời phủ nhận nhưng kết quả mà Galileo Galilei khám phá được đều qua quan sátthực tế và cuối cùng, người ta buộc phải thừa nhận vệ tinh của sao Mộc là có thật.Galileo Galilei đã khơi lên một niềm hứng thú với vũ trụ, với bầu trời trong giới trí

thức khi ông thường tổ chức những buổi cùng ngắm bầu trời tại nhà ông Mọingười đều thích thú quan sát và đều ấn tượng với những lời giải thích đầy thuyếtphục của Galilei.

Giáo hội bắt đầu để ý đến ông, các cha cố cho rằng:“Ống kính là một phát

minh ma quỷ còn Galilei chính là tay sai của lũ ma quỷ đó để làm lung lạc lòng tin của các con chiên” Dù vậy, Galilei vẫn không thể không xuất bản một cuốn sách

mang tên Sứ giả của các vì sao, tập hợp những ý tưởng của ông về vũ trụ, trên cơ

sở đồng tình với học thuyết của Copernicus

Nhân cơ đó, Giáo hội ông khai dọa dẫm ông Năm 1616, Giáo hoàng ban bốsắc lệnh cấm xuất bản mọi tác phẩm bảo vệ học thuyết của Copernicus và trừng trịnghiêm khắc bất kỳ ai vi phạm sắc lệnh đó Đến năm 1835, thậm chí những cuốnsách xác nhận học thuyết đó đều bị cấm Galileo Galilei đã không nghĩ tình hình

nghiêm trọng đến mức ấy nên ông đã tiếp tục ra cuốn Cuộc đối thoại về hai hệ

thống, trong đó ông bênh vực hệ thống của Copernicus.

Cuốn sách ra đời trong sự kiểm duyệt ghê gớm của Giáo hội Cơ quan kiểmduyệt của Toà thánh chỉ cho phép Galilei xuất bản cuốn sách của mình nếu ôngviết thêm một lời nói đầu nêu lên rằng thuyết Copernicus không phải là một họcthuyết chính xác, nó chỉ là một giả thuyết mà thôi Galilei buộc phải chấp nhận điềukiện ấy nhưng ông cũng không quên nhấn mạnh rằng giả thuyết của Copernicus

nếu chưa phải là cao hơn thuyết Trái đất đứng yên thì chí ít nó cũng cao hơn những

lý lẽ phản đối của các nhà kinh viện Gần như ngay lập tức, nó bị cấm lưu hành.Nhà bác học bị đòi đưa về La Mã để Giáo hoàng thân hành xét xử

Tòa án Giáo hội đã dùng mọi nhục hình để buộc ông phải thú nhận trước côngchúng là ông đã sai lầm Lúc này, Galilei đã là một cụ già 69 tuổi râu tóc bạc phơ,mắt mờ, chân chậm Trước những dụng cụ tra tấn ghê rợn như những cái kẹp sắtdùng để xiết ống chân, những chiếc kìm bẻ xương, những phễu lớn bằng da dùng

để đổ những khối nước lớn vào dạ dày…, ông buộc phải đồng ý thú nhận sai lầm

Ông phải quỳ gối trước nhà thờ, cúi đầu và nói: ”Tôi Galileo Galilei xin từ bỏ ý

nghĩ sai trái của mình, rằng mặt trời là trung tâm của vũ trụ

và không dời chỗ”, Nhưng người ta đồn rằng, lúc đứng lên, Galileo Galilei vẫn

lẩm bẩm:“E pur si mouve”(dù sao thì trái đất vẫn cứ chuyển động quay quanh mặt

trời) Dù bị cưỡng chế phản lại chân lý, nhưng có cơ hội, Galileo Galilei vẫn chứng

minh quan điểm khoa học của mình Đó là cách lựa chọn khôn ngoan của nhà bác

học, bởi ông không muốn bị thiêu sống như Giordand Bruno, người cùng thời vớiông Galilei còn một gia đình với 2 cô con gái cần được che chở.

Sau khi chịu trá hàng, Galilei được phép về sống ở căn nhà nhỏ gần tu việnnơi mà hai cô con gái và người vợ lẽ của ông đang tu hành ở đó Thực chất, đó làmột hình thức giam lỏng Giáo hội thừa hiểu rằng, đối với một nhà khoa học nhưGalilei, không đời nào ông chịu bỏ dở công việc nghiên cứu của mình chỉ vì sự dọanạt của Giáo hoàng Ông chỉ chịu lùi một bước để giữ được mạng sống, tiếp tụccống hiến cho khoa học Thế nên, Giáo hội luôn cắt cử người giám sát ông ngàyđêm Cuối đời, tuy bị mù mắt nhưng Galilei vẫn làm việc liên tục không ngời nghỉ.Nhà bác học ấy đã qua đời vào năm 1642 trong sự giám sát liên tục của nhânviên tòa án dị giáo Giáo hội cấm cử hành tang lễ cho Galileo Galilei để trừng phạtông Nhưng bên cạnh Galilei luôn có mặt hai người học trò trung thành, đó làTorixelin và Viviani Sau này, chính hai người này đã tiếp tục công việc nghiên cứucủa thầy và phát minh ra áp suất khí quyển

Mãi đến năm 1757 (115 năm sau khi Galileo Galilei mất), Giáo hội mới đưa raquyết định xóa bỏ lệnh cấm đối với các tác phẩm của ông Khi còn sống, Galileo

Galilei đã từng nói: ”Chân lý luôn hàm chứa một sức mạnh; anh càng muốn công

kích nó thì nó lại càng vững chắc, và cũng là anh đã chứng minh cho nó” Cho

đến giờ, hệ thống các học thuyết khoa học của ông vẫn là điểm tựa chắc chắn chokhoa học hiện đại phát triển Trên mộ chí của Galilei, người ta kính cẩn ghi lên

dòng chữ:”Ông đã mất thị giác, vì trong thiên nhiên không có cái gì ông chưa nhìn

thấy”.

Thí nghiệm sự rơi tự do, bối cảnh ra đời: Trước khoảng thời gian cuối

những năm 1500, quan niệm của Aristotle khiến mọi người đều nhất mực tin rằngvật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ Kết luận này được Nhà thờ chuẩn y và tiếp tụcthống trị trong suốt kỷ nguyên tối

Galileo Galilei, giáo sư toán học ở Đại học Pisa, đã làm nên một điều phithường giúp thay đổi nhận thức của chúng ta về vạn vật và thí nghiệm của ông đãtrở thành một cột mốc đáng nhớ trong lịch sử khoa học

Định luật của Galileo ra đời đã chấm dứt thời kỳ thống trị lâu dài của những lýluận đó, đồng xây dựng lên cơ sở của khoa học hiện đại Phát hiện của Galileo đãđưa vật lý học bước sang giai đoạn hiện đại, đặt nền móng cho sự ra đời của địnhluật vạn vật hấp dẫn và định luật vận động của Newton sau này, nó là bộ phận cấuthành nên cơ sở của vật lý học và công trình học hiện đại

Định luật rơi tự do đã ra đời như thế nào?: Ở tuổi 24, Galileo đã là giáo sưtoán học của trường Pisa ở Italia Mỗi khi gặp những vấn đề hóc búa ông thườngngồi trầm ngâm trong nhà thờ Những ngọn đèn thắp sáng trong nhà thờ cứ đungđưa nhè nhẹ trên những sợi dây xích dài Vào một ngày mùa hè năm 1598 Galileobỗng phát hiện tất cả các ngọn đèn đều dao động với cùng một vận tốc như Galileoquyết định tiến hành đo thử thời gian dao động của các ngọn đèn, thế là ông sờ vàođộng mạch cổ, lắng nghe nhịp đập để tính tốc độ dao động của một ngọn đèn Ôngtiếp tục làm như vậy với một ngọn đèn lớn hơn và kết quả thu được là tốc độ daođộng của hai ngọn đèn là như nhau Ông đã mượn những bấc đèn dài dùng thắpđèn, dùng sức lắc mạnh hai chiếc đèn to nhỏ khác nhau Sau nhiều ngày miệt màilàm thử nghiệm ông phát hiện ra rằng thời gian dao động theo vòng cung của haingọn đèn là như nhau và không phụ thuộc vào trọng lượng, kích thước của chúngcũng như độ dài của dây cung.

Ngọn đèn có kích thước to và nặng hơn lại có tốc độ rơi tương tự như ngọnđèn nhỏ hơn nó, phát hiện này hoàn toàn trái ngược với cơ sở lý luận đã duy trì suốt

2000 năm trước đó Galileo cảm thấy bị lôi cuốn bởi khám phá này.Trên giảng đường của đại học Pisa, Galileo một tay cầm một miếng gạch, tay kiacầm hai miếng gạch đã được gắn với nhau bằng vữa, ông làm ra vẻ đang tính toán

so sánh trọng lượng của hai bên tay Ông nói với các sinh viên: “Thưa các bạn, tôi

đã quan sát sự dao động qua lại của quả lắc đồng hồ, tôi rút ra một kết luận là quanđiểm của Aristotle đã sai lầm”

Tất cả các sinh viên trong lớp đều không khỏi kinh ngạc: “Aristotle đã sailầm?” Đối với sinh viên, ngay từ khi vào trường, bài học tự nhiên đầu tiên họcđược học là: Học thuyết của nhà triết học cổ đại Hy Lạp Aristotle là cơ sở của khoahọc, định lý của Aristotle đưa ra là: Các vật nặng hơn sẽ rơi với vận tốc nhanh hơn.Galileo đứng hẳn lên bàn, đưa hai miếng gạch lên cao ngang tầm lông màysau đó thả tay xuống cùng một lúc, “cạch” một tiếng, cả hai miếng gạch đều rơixuống đất cùng một lúc Ông hỏi cả lớp: “Miếng gạch nặng hơn có rơi nhanh hơnkhông?” Cả lớp lắc đầu: “Không, chúng rơi xuống cùng nhau” Galileo nói to lên:

“Lại một lần nữa!”, ông lại thả hai miếng gạch xuống, các sinh viên trong lớp cứtròn mắt ra quan sát Sau tiếng “cạch”, Galileo lại hỏi: “Miếng nặng hơn có rơinhanh hơn không?”, cả lớp ngạc nhiên trả lời: “Không, cả hai miếng cùng rơixuống như nhau”, Galileo tuyên bố trước lớp: “Kết luận của Aristotle là sai lầm!”.Thế nhưng, người ta không công nhận phát hiện của Galileo Khi chứng kiến thí

nghiệm hai miếng gạch rơi, một người bạn của Galileo – nhà toán học Ostilio Ricci

đã nói: “Tôi công nhận rằng hai miếng gạch đều rơi xuống cùng một vận tốc,nhưng tôi vẫn không thể tin kết luận của Aristotle là sai được, vẫn cần phải cónhững minh chứng khác thuyết phục hơn”

Galileo quyết định công khai tiến hành một thí nghiệm khác mang tính thuyếtphục hơn để mọi người có thể công nhận phát hiện của ông Galilê dán quảng cáo

trong thành phố, ông viết:“Trưa mai mời mọi người đến tháp nghiêng Pisa xem

thực nghiệm về vật rơi” Tin được truyền đi, đúng trưa ngày hôm sau rất nhiều

người đã kéo đến xem thực nghiệm, có người là nhà khoa học, có người chỉ là dânthường trong thành phố, có bạn bè của ông và có cả những người phản đối ông.Trong đám người đến xem vẫn có người cười ông, họ nói rằng có thằng ngốc mớitin rằng một chiếc lông gà và một viên đá cùng rơi xuống đất như nhau Lúc

đó Galilê hết sức tự tin vì rằng ông và các học sinh của ông đã làm thực nghiệmnhiều lần và mỗi lần đều chứng minh đúng

Thực nghiệm bắt đầu, Galilê và học sinh của mình leo lên nóc tòa nhà tháp nổitiếng ở Pisa, ở độ cao 191 feet, đặt hai quả cầu bằng chì có khối lượng lần lượt là

10 pound và 1 pound vào một cái hộp, đáy của hộp có thể mở ra được, chỉ cần kéođáy hộp ra là hai viên cầu sắt trong hộp đồng thời tự do rơi xuống Galilê và cáchọc sinh của mình đưa hộp lên đỉnh tháp, mọi người đứng phía dưới đều chăm chúngẩng đầu nhìn lên Galilê đích thân kéo đáy hộp ra, mọi người nhìn thấy hai quảcầu sắt một to một nhỏ rơi xuống, tất cả đều nín thở Bịch” một tiếng, cả hai viênđồng thời rơi xuống đất mọi người đứng xem cùng reo lên, còn những người phảnđối Galilê thì im lặng không nói gì Thực tế mọi người nhìn thấy đã chứng minh:

“Mọi vât thể rơi từ trên cao rơi xuống, thời gian rơi xuống không liên quan đếntrọng lượng”

Mặc dù chúng ta không có những căn cứ chính xác để xác thực sự việc trênnhưng định luật rơi tự do của Galileo đã được chứng minh là chính xác Điều đángnói là năm 1969 các nhà du hành vũ trụ đã đặt chân lên mặt trăng, họ đã làm thựcnghiệm, thả một chiếc lông vũ và một hòn đá cùng rơi xuống, kết quả chiếc lông vàhòn đá cùng rơi xuống mặt trăng một lúc Điều này đã nói cho biết nếu như không

có lực đẩy của không khí, chiếc lông và hòn đá sẽ rơi xuống mặt đất cùng một lúc.Câu chuyện nổi tiếng về thực nghiệm ở tháp nghiêng Pisa vẫn còn lưu truyền trênthế giới đến ngày nay, nó đã trở thành một giai thoại lịch sử khoa học

Từ phát hiện quan trọng đó của Galilei, nhà bác học người Anh Niu-tơn (IssacNewton1642- 1727) là người đầu tiên tổng hợp, nghiên cứu loại trừ ảnh hưởng củakhông khí lên sự rơi của các vật và cuối cùng là đưa ra chính xác định nghĩa về sựrơi tự do.

Ông làm thí nghiệm với một ống thuỷ tinh kín trong có chứa hòn bi chì và mộtcái lông chim

- Ống còn đầy không khí thì viên bi rơi nhanh hơn cái lông chim

- Hút hết không khí ra, hai vật trên rơi nhanh như nhau

Nếu loại bỏ được ảnh hưởng của không khí thì mọi vật sẽ rơi nhanh như nhau

2.4 Cách mạng công nghiệp (cách mạng lần thứ nhất)

Là cuộc cách mạng trong lĩnh vực sản xuất; là sự thay đổi cơ bản các điềukiện kinh tế-xã hội, văn hóa và kỹ thuật, xuất phát từ nước Anh sau đó lan tỏa ratoàn thế giới Trong thời kỳ này, nền kinh tế giản đơn, quy mô nhỏ, dựa trên laođộng chân tay được thay thế bằng công nghiệp và chế tạo máy móc quy mô lớn.Tên gọi "Cách mạng công nghiệp" thường dùng để chỉ giai đoạn thứ nhất của nódiễn ra ở cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19 Giai đoạn hai còn gọi là Cách mạng côngnghiệp lần thứ hai tiếp tục ngay sau đó từ nửa sau thế kỷ 19 đến đầu thế kỷ 20

Cuộc cách mạng bắt đầu với sự phát triển sản xuất hàng hóa của ngành côngnghiệp dệt Sau đó, với nhu cầu cung cấp máy móc và năng lượng cho công nghiệpdệt, các kỹ thuật gia công sắt thép được cải thiện và than đá sử dụng với khối lượnglớn Thương mại mở rộng tạo điều kiện cho sự ra đời của kênh đào giaothông và đường sắt Bên cạnh đó, đường giao thôngđược nâng cấp lớn cho hoạtđộng giao thương nhộn nhịp Động cơ hơi nước sử dụng nhiên liệu than và máymóc dẫn động bằng cơ khí đã đưa đến gia tăng năng suất lao động đột biến Sự pháttriển các máy công cụ trong hai thập kỷ đầu của thế kỷ 19 tạo thuận lợi cho lĩnhvực chế tạo máy, phục vụ những ngành sản xuất khác

Ý kiến về thời gian diễn ra cách mạng công nghiệp lần thứ nhất không thốngnhất, nhưng nói chung là ở nửa cuối thế kỷ 18 đến nửa đầu thế kỷ 19 Ảnh hưởngcủa nó diễn ra ở Tây Âu và Bắc Mỹ trong suốt thế kỷ 19 và sau đó là toàn thế giới.Tác động của cách mạng công nghiệp là vô cùng sâu rộng

Thành tựu của Cách mạng công nghiệp: Năm 1733 John Kay đã phát minh ra

"thoi bay" Phát minh này đã làm người thợ dệt không phải lao thoi bằng tay

và năng suất lao động lại tăng gấp đôi Năm 1764 James Hagreaves đã chế được

chiếc xe kéo sợi kéo được 16 - 18 cọc sợi một lúc, giúp tăng năng suất gấp 8 lần.Ông lấy tên con gái mình là Jenny để đặt cho máy đó.

Năm 1769, Richard Arkwright đã cải tiến việc kéo sợi không phải bằng tay màbằng súc vật, sau này còn được kéo bằng sức nước

Năm 1779, Cromton đã cải tiến máy với kĩ thuật cao hơn, kéo được sợi nhỏ lạichắc, vải dệt ra vừa đẹp vừa bền

Năm 1785, phát minh quan trọng trong ngành dệt là máy dệt vải của linhmục Edmund Cartwright phát minh này đã tăng năng suất dệt lên tới 40 lần

Phát minh trong ngành dệt cũng tác động sang các ngành khác Lúc bấy giờ,các nhà máy dệt đều phải đặt gần sông để lợi dụng sức nước chảy, điều đó bất tiệnrất nhiều mặt Năm 1784, James Watt phụ tá thí nghiệm của trường Đại họcGlasgow (Scotland) đã phát minh ra máy hơi nước Nhờ phát minh này, nhà máydệt có thể đặt bất cứ nơi nào Không những thế phát minh này còn có thể coi là mốc

mở đầu quá trình cơ giới hóa

Ngành luyện kim cũng có những bước tiến lớn Năm 1784 Henry Cort đã tìm

ra cách luyện sắt "puddling" Mặc dù phương pháp của Henry Cort đã luyệnđược sắt có chất lượng hơn nhưng vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu về độ bền củamáy móc Năm 1885, Henry Bessemer đã phát minh ra lò cao có khả năngluyện gang lỏng thành thép Phát minh này đã đáp ứng được về yêu cầu cao về sốlượng và chất lượng thép hồi đó

Cách mạng cũng diễn ra trong ngành giao thông vận tải Năm 1814, chiếc đầumáy xe lửa đầu tiên chạy bằng hơi nước đã ra đời Đến năm 1829, vận tốc xe lửa đãlên tới 14 dặm/giờ Thành công này đã làm bùng nổ hệ thống đường sắt ở châu

Âu và châu Mĩ

Năm 1807, Robert Fulton đã chế ra tàu thủy chạy bằng hơi nước thay thế chonhững mái chèo hay những cánh buồm

Hoàn thành cách mạng KH lần thứ nhất: Những hệ quả của Cách mạng

công nghiệp lần thứ nhất đưa đến nhiều khu công nghiệp xuất hiện, dân tập trung racác thành thị ngày một nhiều dẫn tới quá trình đô thị hóa thời cận đại Nhiều đô thịvới dân số trên 1 triệu người dần hình thành

Giai cấp vô sản cũng ngày càng phát triển về số lượng Với điều kiện sống cựckhổ lúc đó, mỗi ngày lại phải làm việc từ 12 đến 15 giờ nên những cuộc đấu tranhcủa giai cấp vô sản đã sớm nổ ra Năm 1811 - 1812, ở Anh đã nổ ra phong trào đậpphá máy móc Đó là một biểu hiện đấu tranh bộc phát Bãi công là một hình thức

đấu tranh phổ biến của giai cấp vô sản Nhiều cuộc bãi công cũng đã nổ ra Ở Anh,

1836 - 1848 còn nổ ra phong trào Hiến chương Quyết liệt hơn, ở Pháp, Đức còn nổ

ra những cuộc khởi nghĩa Năm 1831 - 1834 tại Lyon (Pháp) và Sơlêdin(Đức) đã

nổ ra những cuộc khởi nghĩa Những cuộc đấu tranh này chứng tỏ giai cấp vô sảnđang trở thành lực lượng chính trị độc lập, đòi hỏi thay đổi sự thống trị của giai cấp

tư sản

Cách mạng công nghiệp lần thứ hai bắt đầu vào khoảng thập kỉ 1850, khi các tiến bộ kinh tế và kỹ thuật có được nhờ phát triển tàu hơi nước, đường sắt Đến cuối thế kỷ 19, động lực của Cách mạng công nghiệp là động cơ đốt trong và máy móc sử dụng điện Năm 1914 (năm bắt đầu Thế chiến thứ nhất), giai đoạn thứ hai này kết thúc.

Cách mạng Công nghiệp lần thứ ba bắt đầu khoảng 1969, khi có các tiến bộ

về hạ tầng điện tử, máy tính và số hoá vì nó được xúc tác bởi sự phát triển của chất bán dẫn, siêu máy tính (thập niên 1960), máy tính cá nhân (thập niên 1970 và 1980) và Internet (thập niên 1990) Cho đến cuối thế kỷ 20, quá trình này cơ bản hoàn thành nhờ những thành tựu khoa học công nghệ cao Năm 1997, khi cuộc khủng hoảng tài chính châu Á nổ ra là bước đánh dấu giai đoạn thứ ba kết thúc Cách mạng Công nghiệp lần thứ tư bắt đầu vào đầu thế kỉ 21, tiếp sau những thành tựu lớn từ lần thứ 3 để lại, được hình thành trên nền tảng cải tiến của cuộc cách mạng số, với những công nghệ mới như in 3D, robot, trí tuệ nhân tạo, IOT, S.M.A.C, công nghệ nano, sinh học, vật liệu mới Hiện tại cả thế giới đang ở trong giai đoạn đầu của cuộc cách mạng này và là chiến lược bản lề cho các nước đang phát tri

Sứ mạng cao cả của Ixắc Niu- tơn: Isaac Newton sinh ra trong một gia đình

nông dân Khi ông ở quãng tuổi từ khoảng 12 đến 17, ông học tại King's School,Grantham, nơi mà ông chỉ học tiếng Latinh và không có Toán Sau đó, ông rời khỏitrường và đến tháng 10 năm 1659, ông có mặt tại Woolsthorpe-by-Colsterworth,nơi mà mẹ ông, lần thứ hai góa bụa, đang cố gắng khiến ông trở thành một nôngdân Nhưng Newton lại ghét việc đồng áng Henry Stocks, thày của ông tại King'sSchool, đã thuyết phục mẹ ông cho ông quay trở lại trường học để ông có thể tiếptục việc học của mình

Vào tháng 6 năm 1661, Newton được gửi tới Đại học Cambridge để trởthành luật sư Tại Cambridge, Newton bị ấn tượng mạnh từ trường phái Euclid, tuyrằng tư duy của ông cũng bị ảnh hưởng bởi trường phái của Roger Bacon và René

Descartes Một đợt dịch bệnh đã khiến trường Cambridge đóng cửa và trong thờigian ở nhà, Newton đã có những phát kiến khoa học quan trọng, dù chúng khôngđược công bố ngay.

Những người có ảnh hưởng đến việc công bố các công trình của Newton

là Robert Hooke và Edmond Halley Sau một cuộc tranh luận về chủ đề quỹđạo của một hạt khi bay từ vũ trụ vào Trái Đất với Hooke, Newton đã bị cuốn hútvào việc sử dụng định luật vạn vật hấp dẫn và cơ học của ông trong tính toán quỹđạo Johannes Kepler Những kết quả này hấp dẫn Halley và ông đã thuyết phụcđược Newton xuất bản chúng Từ tháng 8 năm 1684 đến mùa xuân năm 1688,Newton hoàn thành tác phẩm, mà sau này trở thành một trong những công trình nền

tảng quan trọng nhất cho vật lý của mọi thời đại, cuốn Philosophiae Naturalis

Principia Mathematica.

Trong quyển I của tác phẩm này, Newton giới thiệu các định nghĩa và ba địnhluật của chuyển động thường được biết với tên gọi sau này là Định luật Newton.Quyển II trình bày các phương pháp luận khoa học mới của Newton thay thế chotriết lý Descartes Quyển cuối cùng là các ứng dụng của lý thuyết động lực học củaông, trong đó có sự giải thích về thủy triều và lý thuyết về sự chuyển động của MặtTrăng Để kiểm chứng lý thuyết về vạn vật hấp dẫn của ông, Newton đã hỏi nhàthiên văn John Flamsteedkiểm tra xem Sao Thổ có chuyển động chậm lại mỗi lần

đi gần Sao Mộc không Flamsteed đã rất sửng sốt nhận ra hiệu ứng này có thật và

đo đạc phù hợp với các tính toán của Newton Các phương trình của Newton đượccủng cố thêm bằng kết quả quan sát về hình dạng bẹt của Trái Đất tại hai cực, thay

vì lồi ra tại hai cực như đã tiên đoán bởi trường phái Descartes Phương trình củaNewton cũng miêu tả được gần đúng chuyển động Mặt Trăng, và tiên đoán chínhxác thời điểm quay lại của sao chổi Halley Trong các tính toán về hình dạng củamột vật ít gây lực cản nhất khi nằm trong dòng chảy của chất lỏng hay chất khí,Newton đã viết ra và giải được bài toán giải tích biến phân đầu tiên của thế giới.Newton sáng tạo ra một phương pháp khoa học rất tổng quát Ông trình bàyphương pháp luận này thành bốn quy tắc lý luận khoa học Các quy tắc này được

phát biểu trong quyển Philosophiae Naturalis Principia Mathematica như sau:

1 Các hiện tượng tự nhiên phải được giải thích bằng một hệ tối giản các quyluật đúng, vừa đủ và chặt chẽ

2 Các hiện tượng tự nhiên giống nhau phải có cùng nguyên nhân như nhau

3 Các tính chất của vật chất là như nhau trong toàn vũ trụ

4 Một nhận định rút ra từ quan sát tự nhiên chỉ được coi là đúng cho đến khi

có một thực nghiệm khác mâu thuẫn với nó

Bốn quy tắc súc tích và tổng quát cho NCKH này đã là một cuộc cáchmạng về tư duy thực sự vào thời điểm bấy giờ Thực hiện các quy tắc này, Newton

đã hình thành được các định luật tổng quát của tự nhiên và giải thích được gần nhưtất cả các bài toán khoa học vào thời của ông Newton còn đi xa hơn việc chỉ đưa racác quy tắc cho lý luận, ông đã miêu tả cách áp dụng chúng trong việc giải quyếtmột bài toán cụ thể Phương pháp giải tích mà ông sáng tạo vượt trội các phươngpháp mang tính triết lý hơn là tính chính xác khoa học của Aristoteles và ThomasAquinas Newton đã hoàn thiện phương pháp thực nghiệm của Galileo Galilei, tạo

ra phương pháp tổng hợp vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay trong khoa học

Những câu chữ sau đây trong quyển Opticks (Quang học)của ông có thể dễ dàng bịnhầm lẫn với trình bày hiện đại của phương pháp nghiên cứu thời nay, nếu Newtondùng từ "khoa học" thay cho "triết lý về tự nhiên":

Cũng như trong toán học, trong triết lý về tự nhiên, việc nghiên cứu các vấn đềhóc búa cần thực hiện bằng phương pháp phân tích và tổng hợp Nó bao gồm làmthí nghiệm, quan sát, đưa ra những kết luận tổng quát, từ đó suy diễn Phương phápnày sẽ giúp ta đi từ các hợp chất phức tạp đến nguyên tố, đi từ chuyển động đến cáclực tạo ra nó; và tổng quát là từ các hiện tượng đến nguyên nhân, từ nguyên nhânriêng lẻ đến nguyên nhân tổng quát, cho đến khi lý luận dừng lại ở mức tổng quátnhất Tổng hợp lại các nguyên nhân chúng ta đã khám phá ra thành các nguyên lý,chúng ta có thể sử dụng chúng để giải thích các hiện tượng hệ quả

Newton đã xây dựng lý thuyết cơ học và quang học cổ điển và sáng tạo ra giảitích nhiều năm trước Gottfried Leibniz Tuy nhiên ông đã không công bố côngtrình về giải tích trước Leibniz Điều này đã gây nên một cuộc tranh cãi giữa Anh

và lục địa châu Âu suốt nhiều thập kỷ về việc ai đã sáng tạo ra giải tích trước.Newton đã phát hiện ra định lý nhị thứcđúng cho các tích của phân số, nhưng ông

để cho John Wallis công bố Newton đã tìm ra công thức vận tốc âm thanh, nhưngkhông phù hợp với kết quả thí nghiệm của ông Lý do cho sự sai lệch này nằm ở sựgiãn nở đoạn nhiệt, một khái niệm chưa được biết đến thời bấy giờ Kết quả củaNewton thấp hơn γ½lần thực tế, với γ là tỷ lệ các nhiệt dung của không khí

Theo quyển Opticks, mà Newton đã chần chừ trong việc xuất bản mãi cho đếnkhi Hooke mất, Newton đã quan sát thấy ánh sáng trắng bị chia thành phổnhiều màu sắc, khi đi qua lăng kính (thuỷ tinh của lăng kính có chiết suất thay đổi

tùy màu) Quan điểm hạt về ánh sáng của Newton đã xuất phát từ các thí nghiệm

mà ông đã làm với lăng kính ở Cambridge Ông thấy các ảnh sau lăng kính có hìnhbầu dục chứ không tròn như lý thuyết ánh sáng thời bấy giờ tiên đoán Ông cũng đãlần đầu tiên quan sát thấy các vòng giao thoa mà ngày nay gọi là vòng Newton, mộtbằng chứng của tính chất sóng của ánh sáng mà Newton đã không công nhận.Newton đã cho rằng ánh sáng đi nhanh hơn trong thuỷ tinh, một kết luận trái với lýthuyết sóng ánh sáng của Christiaan Huygens

Newton cũng xây dựng một hệ thống hoá học trong mục 31 cuốiquyển Opticks Đây cũng là lý thuyết hạt, các "nguyên tố" được coi như các sự sắpxếp khác nhau của những nguyên tử nhỏ và cứng như các quả bi-a Ông giảithích phản ứng hoá học dựa vào ái lực giữa các thành phần tham gia phản ứng.Cuối đời (sau 1678) ông thực hiện rất nhiều các thí nghiệm hoá học vô cơ màkhông ra kết quả gì

Newton rất nhạy cảm với các phản bác đối với các lý thuyết của ông, thậm chíđến mức không xuất bản các công trình cho đến tận sau khi người hay phản bácông nhất là Hooke mất Quyển Philosophiae Naturalis Principia Mathematica phảichờ sự thuyết phục của Halley mới ra đời Ông tỏ ra ngày càng lập dị vào cuối đờikhi thực hiện các phản ứng hoá học và cùng lúc xác định ngày tháng cho các sựkiện trong Kinh Thánh Sau khi Newton qua đời, người ta tìm thấy một lượnglớn thuỷ ngân trong cơ thể của ông, có thể bị nhiễm trong lúc làm thí nghiệm Điềunày hoàn toàn có thể giải thích sự lập dị của Newton

Newton đã một mình đóng góp cho khoa học nhiều hơn bất cứ một nhân vậtnào trong lịch sử của loài người Ông đã vượt trên tất cả những bộ óc khoa học lớncủa thế giới cổ đại, tạo nên một miêu tả cho vũ trụ không tự mâu thuẫn, đẹp và phùhợp với trực giác hơn mọi lý thuyết có trước Newton đưa ra cụ thể các nguyên lýcủa phương pháp khoa học có thể ứng dụng tổng quát vào mọi lĩnh vực của khoahọc Đây là điều tương phản lớn so với các phương pháp riêng biệt cho mỗi lĩnhvực của Aristoteles và Aquinas trước đó

Ngoài việc nghiên cứu khoa học, Newton dùng phần lớn thời gian để nghiêncứu Kinh Thánh, ông tin nhận một Chúa Trời duy nhất là Đấng tạo hóa siêu việt màngười ta không thể phủ nhận sự hiện hữu của ngài khi nhìn ngắm vẻ hùng vĩ củamọi tạo vật Mặc dù được trưởng dưỡng trong một gia đình Anh giáo nhưng vào độtuổi ba mươi của mình, niềm tin Kitô giáo của Newton nếu công khai ra sẽ khôngđược coi là chính thống

Cũng có các nhà triết học trước như Galileo và John Philoponus sử dụngphương pháp thực nghiệm, nhưng Newton là người đầu tiên định nghĩa cụ thể và hệthống cách sử dụng phương pháp này Phương pháp của ông cân bằng giữa lýthuyết và thực nghiệm, giữa toán học và cơ học Ông toán học hoá mọi khoa học về

tự nhiên, đơn giản hoá chúng thành các bước chặt chẽ, tổng quát và hợp lý, tạo nên

sự bắt đầu của Kỷ nguyên Suy luận Những nguyên lý mà Newton đưa ra do đó vẫngiữ nguyên giá trị cho đến thời đại ngày nay Sau khi ông ra đi, những phươngpháp của ông đã mang lại những thành tựu khoa học lớn gấp bội những gì mà ông

có thể tưởng tượng lúc sinh thời Các thành quả này là nền tảng cho nền công nghệ

mà chúng ta được hưởng ngày nay

Không ngoa dụ chút nào khi nói rằng Newton là danh nhân quan trọng nhấtđóng góp cho sự phát triển của khoa học hiện đại

Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất thắng lợi đã loại trừ được ảnh hưởng

tư tưởng của Aristotle và vai trò thống trị của tôn giáo trong khoa học Phươngpháp kinh viện, giáo điều được thay thế bằng phương pháp thực nghiệm, lấy quansát và thí nghiệm làm xuất phát điểm cho mọi lý thuyết khoa học, đem khoa họcphục vụ sản xuất, phục vụ đời sống con người

Thế kỷ XVIII cũng diễn ra một cuộc cánh mạng công nghiệp, đầu tiên là ởnước Anh, tiếp theo là ở nước Pháp nhằm thay thế phương thức sản xuất thủ côngbằng phương thức sản xuất bằng máy móc Kế đó, máy kéo sợi và máy dệt vải đầutiên được phát minh vào cuối thế kỷ XVIII Năm 1712, Newcoman chế tạo ra chiếcmáy hơi nước đầu tiên nhưng hiệu suất thấp Đến nửa sau thế kỷ XVIII, JamesWatt (1736 - 1819), kỹ sư người Anh đã cải tiến và cho ra đời chiếc máy hơi nướckhá hoàn chỉnh

Trong thế kỷ XVIII, các nhà khoa học tiếp tục đề cao vai trò của trí tuệ trongkhoa học nên thế kỷ thứ XVIII được gọi là thế kỷ của trí tuệ và cũng từ thế kỷ này

khoa học tự nhiên bắt đầu được tách khỏi triết học Vật lý học cổ điển bước đầuđược hình thành với các môn: cơ, nhiệt, điện, quang Vật lý cổ điển bao gồm nhữngnhánh và chủ đề truyền thống đã được công nhận và phát triển hoàn thiện trước thế

kỷ XX: cơ học cổ điển, âm học, quang học, nhiệt động lực học, và điện từ học

1.2 Các lĩnh vực phát triển của vật lý cổ điển

1 Cơ học : Cơ học cổ điển nghiên cứu vật thể chịu tác dụng của lực cũng nhưtrạng thái chuyển động của chúng; và có thể chia ra thành môn tĩnh học(nghiên cứutrạng thái đứng yên của vật), động học (nghiên cứu chuyển động của vật mà khôngxét tới nguyên nhân gây ra chuyển động), và động lực học (nghiên cứu chuyểnđộng và lực ảnh hưởng lên vật); cơ học cũng có thể chia thành các môn cơ học vậtrắn và cơ học chất lưu (cả hai môn này thuộc về cơ học môi trường liên tục), và cơhọc chất lưu có những nhánh con như thủy tĩnh học, thủy động lực học, khí độnglực học, và khí nén học (pneumatics)

2 Âm học: Âm học là ngành nghiên cứu âm thanh, mà các nhà vật lý thường

coi là một nhánh của cơ học bởi vì âm thanh là do chuyển động của các hạt hayphân tử trong không khí hoặc trong môi trường khác gây ra sóng âm và do đó cóthể giải thích theo các định luật của cơ học Một trong những nhánh quan trọng của

âm học là siêu âm học, nghiên cứu sóng siêu âm với tần số cao hơn tần số nghe củacon người

3 Quang học: Quang học là bộ môn nghiên cứu chuyển động của ánh sáng,

không những chỉ nghiên cứu ánh sáng khả kiến mà còn bao gồm bức xạ hồngngoại và tử ngoại, mà có tính chất tương tự như ánh sáng ngoại trừ mắt ngườikhông thể thấy được, như tính phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, phân cực vàkhuếch tán ánh sáng

4 Nhiệt học: Nhiệt lượng là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ

vào chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất; nhiệt động lựchọc nghiên cứu các mối liên hệ giữa nhiệt lượng và những dạng năng lượng kháchoặc với các khái niệm như entropy và môn này có liên hệ mật thiết với cơ họcthống kê

5 Điện học và từ học: Điện học và từ học đã trở thành một ngành riêng của

vật lý kể từ những khám phá mới liên quan đến chúng vào đầu thế kỷ 19; với quyluật dòng điện chạy qua dây dẫn sinh ra từ trường và một từ trường biến đổi sinh radòng điện cảm ứng Tĩnh điện học nghiên cứu các hạt điện tích đứng yên, Điện