BÀI GIẢNG LỊCH SỬ VẬT LÍ

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

GV: TRAN NGOC HIEU XIN LIEN HE- 0359033374

LỜI GIỚI THIỆU

Môn Lịch sử vật lý học trong chương trình đào tạo đã ban hành được bố trí thờilượng 2 tín chỉ và giáo trình chủ yếu theo cuốn Lịch sử vật lý học của GS Đào VănPhúc

Tập bài giảng này được soạn trên cơ sở tích lũy những kiến thức về môn học đãđược 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 điều kiện nghiên cứu tốtgiáo trình và hiểu rõ hơn những bước phát triển mới của ngành vật lý những năm đầuthế kỷ XXI, tác giả có cập nhật bổ sung một số tư liệu mới có trong những tài liệukhác; nhất là các nội dung được trình bày ở đầu chương I và các chương VII,VIII Vìvậy, kết cấu các chương, tiết trong tập bài giảng này vẫn tuân thủ đúng theo giáo trình,nhưng ở từng chương có những cách tiếp cận riêng được thực hiện trên lớp học

Để giúp người học nghiên cứu tập giáo trình Lịch sử Vật lý học [1] với hơn 300trang viết, tập bài giảng này có bổ sung một số kiến thức mới và đưa ra một số nộidung câu hỏi cần thảo luận Do thời lượng làm việc tại giảng đường hạn chế trong khikiến thức về Vật lý học rất đa dạng, tập bài giảng này không tránh khỏi những khiếmkhuyết

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

Xin chân thành cám ơn

GVC.ThS.Tạ Lý

PHẦN MỞ ĐẦU

 Đối tượng nghiên cứu và nhiệm vụ

 Đối tượng nghiên cứu của môn học

Trước hết cần xác định rõ đối tượng nghiên cứu của Vật lý học là gì?

Năm 1983, từ điển Bách khoa toàn thư Vật lý học (Nga) định nghĩa: Vật lý học

là một khoa học nghiên cứu những tính chất tổng quát nhất của vật chất cùng những quy luật chuyển động của nó Các khái niệm của vật lý học và các định luật của nó là nền tảng của toàn thể tri thức về thiên nhiên.

Phần mở đẩu các giáo trình Vật lý đại cương luôn trình bày đầy đủ các nội dung

về đối tượng nghiên cứu của Vật lý học

Trong giáo trình [1] đã nêu rõ Lịch sử vật lý học nghiên cứu:

 Quá trình hình thành và phát triển của vật lý học một cách thống nhất, khôngphải 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 liềnvới lịch sử phát triển của xã hội loài người

 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 để định hướng cho Vật lýhọc trong tương lai

 Vai trò của môn học

 Từ các bài học lịch sử thấy được sự cống hiến to lớn của khoa học vật lý vàcác nhà vật lý

 Sự phát triển vật lý học góp phần quan trọng trong việc xây dựng thế giớiquan duy vật biện chứng ( các khái niệm về không gian và thời gian, vật chất và phảnvật chất…).

 Nắm bắt quá trình phát triển vật lý học một cách logic giúp cho việc nhậnthức về dạy và học vật lý một cách sâu sát hơn

 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 củasản xuất quyết định.(Dòng 2, trang 10, [1])

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 giữatriết học và các khoa học khác

Nghiên cứu về lĩnh vực này người học cần tìm hiểu và đưa ra các minh chứng đểtrả lời về các vấn đề sau:

 Những khái niệm tương ứng giữa Vật lý học và Triết học, Vật lý học phải dựavào các khái niệm triết học nào?

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

điểm “Triết học là khoa học đứng trên các khoa học”?

 Triết học duy vật biện chứng có mối quan hệ như thế nào với sự phát triển củakhoa học tự nhiên?

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

 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, vàsau đó nhờ vật lý lý thuyết cũng tác động làm sản sinh ra những ngành toán mới.-Thiên văn học có những ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của Vật lý học.-Hóa học gắn liền với sự phân tích quang phổ, định luật bảo toàn và biến đổinăng lượng, cùng với sự phát triển của ngành vật lý nguyên tử, cơ lượng tử…

-Ngay cả y học cũng tác động đến vật lý học: Ganvanni và hiện tượng tĩnh điện,

…

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

Lịch sử vật lý học đã đúc rút ra 3 quy luật phát triển của Vật lý học; đó là:

 Quá trình luân phiên giữa những thời kỳ tiến hóa bình yên và những thời kỳbiến động mạnh mẽ của lý thuyết vật lý về các nguyên lý cơ bản, các định luật mới…

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

 Vật lý học thường sử dụng phương pháp tương tự và phương pháp mô hìnhnhất là ở những bước đường tìm ra cái mới

4 Câu hỏi thảo luận:

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

CHƯƠNG I THỜI KỲ BAN ĐẦU

 Vật lý học thời cổ đại

 Sự phát sinh những tri thức khoa học

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

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

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

Giai đoạn 2 có những khẳng định từ những kinh nghiệm nói trên được miêu tảbằng những biểu tượng toán học và rồi một khung toán học sẽ được đưa ra nhằm diễn

tả biểu tượng toán học đó một cách chính xác và phù hợp với lý luận Đó chính là một

mô hình toán học, hay nói một cách tổng quát, là một lý thuyết Lý thuyết này lại được

áp dụng để tiên đoán kết quả của những thí nghiệm khác nhằm khảo nghiệm tính đúngđắn của nó

Giai đoạn 3 chính là việc trình bày mô hình trên thực tiễn, nói khác đi là diễngiải mô hình trên thành ngôn ngữ thông thường để ứng dụng trong đời sống

Thực tế thì ba giai đoạn này khó phân biệt trước sau, và nếu áp đặt vào tiêuchuẩn đánh giá thì có thể nói rằng ở thời cổ đại chưa xuất hiện những mầm mống củavật lý học dẫu rằng đã xuất hiện các kiến thức ban đầu về cơ học

 Khoa học Phương Đông cổ đại

Những vấn đề chính về khoa học thời cổ đại ở Trung Quốc, Ấn Độ, Ai Cập đãđược nói đến trong [1] Phương Đông cổ đại đã có những mầm mống sơ khai của khoa

học, những quan niệm duy vật về thế giới vật chất, nhưng sớm bị chuyển hóa trongnhững thuyết huyền bí của các trường phái tâm linh Tuy nhiên, khi nghiên cứu vềnhững 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 có mối quan hệ tương đồng giữa những khái niệm của vật lýhiện đại và cơ sở của triết học Phương Đông Điều đó có thể thấy mối tương đồng vềthế giới quan nhìn nhận sự nhất thể và mối liên hệ qua lại của mọi hiện tượng cũngnhư tính chất luôn chuyển động không ngừng của vũ trụ Cũng như triết học PhươngĐông, vật lý hiện đại nhìn thế giới vi mô là một hệ thống bất khả phân, luôn ảnhhưởng lẫn nhau và biến đổi không ngừng, trong đó người quan sát là một phần tửtrong hệ thống đó Vật lý hiện đại không đặt cơ sở trên trực giác nữa mà dựa trênnhững thí nghiệm chính xác, phức tạp và dựa trên một lý luận logic chặt chẽ của toánhọc

 Giai đoạn mở đầu của khoa học cổ đại

Triết học tự nhiên ra đời đồng thời ở Ấn Độ, Trung Quốc và Hy Lạp, nhưng cáinôi của khoa học là Hy Lạp Tại sao như vậy?

Những nét chính về khoa học cổ đại Phương Đông đã nói ở phần trên

Hy Lạp đã sớm hình thành việc nghiên cứu khoa học có hệ thống, việc giảng dạykhoa học, sự xuất hiện của các nhà khoa học, các trung tâm khoa học và thông tinkhoa học đã có từ thế kỷ VI TrCN Các thành tựu của trường phái Iôni (còn gọi làtrường phái triết học Milesian), những quan điểm duy vật của trường phái Pitago, haynhững quan điểm duy tâm của trường phái Elê(hay Elatic) đã được ghi nhận

Người Hy Lạp đời 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 vậtchất giữa hữu sinh và vô sinh, giữa tâm thức và vật chất Thậm chí họ không có kháiniệm vật chất mà cho rằng mọi hiện tượng đều là phát biểu của Physis, ở đó chứa sẵn

sự sống và tâm thức Thales xem sự vật chứa đầy linh tính còn Aneximander xem vũtrụ có dạng một cơ thể được pneuma (hơi thở, khí) của vũ trụ điều hòa, như con ngườiđược khí trời nuôi sống

Quan niệm nhất thể và hữu cơ của họ rất gần với thế giới quan của triết họcPhương 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 động không ngừng và vĩnhviễn, mọi vật biến đổi trong trời đất là do sự vận động và sự tác động của các cặp đốilập với tác động đầy sức sống và nhịp nhàng Ông gọi mỗi cặp đối lập đó là cái nhấtthể, cái xuyên suốt mọi cắp đối lập là Logos

Với trường phái Pitago, thành tựu lớn nhất là quan niệm trái đất hình cầu chuyểnđộng trong hệ địa 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 đã được cưa đôi, theo họ thì có mộtnguyên lý thiêng liêng (divine princiole) cao hơn cả thánh thần và con người

Mới đầu nguyên lý này được xem là sự nhất thể của vũ trụ, sau đó người ta chorằng nó là Thượng đế có tính toàn trí và mang nhân trạng, là người đứng trên và caiquản thế giới Đó là khuynh hướng tách tâm và vật ra làm hai và dẫn triết học phươngTây theo hướng nhị nguyên

Theo trường phái này, Paramenides trái hẳn với Heraclitus đưa ra nguyên lý vềcái Tồn Tại, cho nó là cái có thực duy nhất và bất biến Ông xem sự biến đổi là khôngthể có, cái mà ta gọi là sự biến dịch trong thế gian chỉ là ảo giác Từ đó nảy sinh raquan niệm về một vật chất bất hoại

Dung hòa hai trường phái này, người ta cho rằng cái tồn tại được thể hiện thôngqua các chất liệu bất biến, nhưng khi đem chúng trộn lẫn vào nhau hoặc tách nhau rathì chúng lại tạo thành sự biến dịch của thế giới

 Thuyết nguyên tử cổ Hy Lạp

Thoát ra khỏi tư duy trên, sự ra đời của khái niệm nguyên tử là những hạt nhỏnhất không thể phân chia đã được trình bày rõ nhất trong triết học của Leucippus vàDemokritus Thuyết này đã vạch ra ranh giới giữa tâm và vật, theo họ vật chất đượccấu tạo từ các hạt nguyên tử Các hạt này chuyển động hoàn toàn thụ động giữa cáchạt khác và không có sự sống giữa một khoảng không gian trống rỗng Lý do để cáchạt chuyển động không được giải thích rõ, thường được xem là do các lực bên ngoàitác động mà các lực này có nguồn gốc từ tâm chứ không phải từ vật chất Suốt các thế

kỷ sau đó hình dung này là yếu tố then chốt trong tư tưởng Phương Tây, của quanđiểm nhị nguyên Tâm – Vật, giữa hồn phách và thể xác

Các nội dung chính của thuyết này đã được Demokritus đưa ra (xem SGK)

làm nền tảng cho quan niệm của Phương Tây về vũ trụ suốt hai ngàn năm Nhưngcũng chính Aristotle lại nghĩ rằng những vấn đề về linh hồn con người và suy tư vềthượng đế đáng quý hơn là nghiên cứu về thế giới vật chất Sở dĩ thế giới quan này tồntại lâu dài không những chính vì con người chỉ nghĩ nhiều đến hưởng thụ hơn lànghiên cứu về thế giới vật chất, mà còn chịu ảnh hưởng lón của nhà thờ luôn là nguồnlực ủng hộ quan điểm của Aristotle suốt thời kỳ Trung cổ.

 Vật lý học thời Trung đại

Đây là thời kỳ dài đến giữa thế kỷ XV, với sự ra đời và ngày càng phát triển củachế độ phong kiến và các giáo phái Chế độ phong kiến ở châu Âu hình thành sớmhơn và đời sống tinh thần của xã hội do giáo hội Cơ Đốc chi phối trong khi ở phươngĐông lại phát triển văn minh hơn, giàu có hơn

2.1 Khoa học Phương Đông trung đại

Những kết quả nghiên cứu khoa học đáng chú ý là của người Arập với các thànhtựu toán học với cách viết số, sự phát triển của số học, đại số và lượng giác Các thànhtựu vật lý có những nhà khoa học nổi bật là:

-Sabit ibn Kurra (836-901) từ Syria đến Baghdad có nhiều khảo luận về toánhọc, thiên văn và cơ học

-Abu Ali Ibn Sina (980-1037 còn gọi là Avicenna) trong khảo luận về y học cónhững chương bàn về cơ học thiên văn và quang học phản bác các quan điểm củaAristotle

-Al-Biruni xác định tỷ trọng của các chất, nghiên cứu về các hiện tượng thiênvăn

-Ibn al Haytham ( ở châu Âu gọi là Al-Hazen) nghiên cứu về ảnh của mặt trăng,mặt trời và các loại gương,…

Người Arập còn có công đưa đến châu Âu nhiều phát minh quan trọng đến từTrung Quốc và Ấn Độ

2.2 Khoa học châu Âu trung đại

Đây là thời kỳ dài đen tối của khoa học châu Âu mà mọi vấn đề về khoa học cóthể tóm gọn lại là nói và làm theo ý Chúa Gerbert (940-1003)- Giáo hoàng Sylvester

II- đã du nhập hệ thống đếm của Ấn Độ, Arập thay cho chữ số La Mã và khởi đầu việcdịch thuật các bài giảng Arập và Hy Lạp cổ đại ra tiếng La Tinh.

Tuy nhiên, cũng có những người mạnh dạn thực hiện các thí nghiệm khoa học vàphát hiện ra những vấn đề về thiên văn và vật lý vượt ra khỏi những sách vở giáo điềuthường được răn dạy

Phải kể đến năm 1440, khi có được cách in sách của Gutenberg tạo ra mộtphương tiện truyền bá tri thức rộng lớn thì lịch sử văn hóa và khoa học của nhân loạimới 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 đã đáp 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 theo giáo trình này, người ta lấy mốc chuyển thời kỳ phát triển của vật lý học là năm1440?

-C.Colomb phát hiện ra châu Mỹ và Magellan đi vòng quanh thế giới.

Sự tác động của lịch sử tất yếu dẫn đến sự ra đời và phát triển nền khoa học mới

 Copernic và hệ nhật tâm

Ở phần này người học cần so sánh nội dung của thuyết địa tâm của Ptolémée và

những nội dung thuyết nhật tâm mà Copernic trình bày trong tác phẩm “ Về sự quay

của các thiên cầu” Lưu ý rằng, nội dung của thuyết này khác nhiều so với quan niệm

hiện đại khi nghiên cứu ở giáo trình Thiên văn học sẽ còn được đề cập tới

Cuốn sách nói trên được in sau năm 1543 để rồi truyền bá tới mọi người nhữngkiến thức khác biệt với kinh thánh Những quan điểm của Copernic có thể tóm tắt ởcác ý chính như sau:

- Lý thuyết này như một giả thuyết toán học

- Chuyển tâm vũ trụ ra ngoài Trái Đất

- So sánh Trái Đất với bầu trời như cái hữu hạn so với cái vô hạn

- Đưa ra ví dụ đầu tiên về tính tương đối của chuyển động

 Cuộc đấu tranh cho hệ nhật tâm

Thuyết nhật tâm khi mới khởi xướng chưa có mô hình toán học của nó và hiểnnhiên là sự ứng dụng để giải thích các hiện tượng chưa đủ sức để chống lại các quanđiểm giáo điều từ thuyết địa tâm

Những luận điểm của nhà triết học Giodano Bruno (1548-1600) ủng hộ quanđiểm của thuyết nhật tâm đã đưa ông lên giàn thiêu để lại câu nói cuối cùng: “Hỏathiêu- không có nghĩ là bác bỏ”

Keppler trên cơ sở nghiên cứu thiên văn theo trường pháiPitago với người thầy Tikho Brahe(1546-1601) đã bỏ nhiều công sức sử dụng thuyếtđịa tâm để giải thích sự chuyển động của các thiên thể và đã tìm ra một hướng đi mới.Đáng chú ý là những ghi chép quan sát các thiên thể của Brahe đã phát hiện nhiều sai

số khác biệt với lý thuyết của Ptolemy và theo quan điểm vật lý của Aristotle cho rằngcác thiên thể phia ngoài mặt trăng đều cố định và vĩnh hằng thì không thể giải thíchđược sự xuất hiện vào ngày 15/11/1572 của sao siêu mới ở phia chòm sao Thiên Hậucũng như một số sao chổi mới được quan sát

Những định luật Keppler với mô hình toán học chặt chẽ đã khẳng định nhữngluận điểm đúng đắn của Copernic và làm cho Trái Đất mất đi vị thế là trung tâm của

vũ trụ như bao thế hệ trước đó đã lầm tưởng Keppler còn có những công trình nghiêncứu về quang học: lý thuyết về sự nhìn của mắt, kính thiên văn…

 Sự ra đời của Vật lý thực nghiệm

 Galilei và chiếc kính thiên văn của ông

Galilei (1564- 1642)từ năm 1581 đã trở thành sinh viên y khoa ở Pisa nhưngsớm chuyển sang nghiên cứu toán học qua các khảo luận về trọng lượng riêng của chấtlỏng, trọng tâm của vật rắn và đến năm 1589, trở thành giáo sư toán học ở đại họcPisa Tiếp đó ông đã có nhiều đóng góp quan trọng cho vật lý học thực nghiệm, trong

đó người ta nói nhiều đến việc ông đã dùng 18 năm tuổi trẻ từ 1591 đến 1609 đểnghiên cứu sự rơi của vật thể xuống đất Ông hy vọng rằng từ những nghiên cứu này

sẽ tìm ra những bí mật về sự chuyển động của các thiên thể khi mà bác bỏ quan niệmcủa Aristotle cho rằng mọi chuyển động trên trái đất là thẳng đều còn chuyển động của

các thiên thể đều tròn Ông đã phát hiện mọi vật trong vũ trụ cần phải được chi phốibởi các định luật tự nhiên như nhau và sự phát hiện các định luật ấy chỉ bằng các quansát và các thí nghiệm chính xác được lặp đi lặp lại nhiều lần Các thí nghiệm cơ họccủa ông cho thấy các vật rơi xuống đất có cùng gia tốc chứ không phụ thuộc trọnglượng Đến 360 năm sau, người ta cũng làm lại thí nghiệm này khi cho một chiếc lôngchim và một chiếc búa rơi trên bề mặt Mặt trăng.

Năm 1608, Lippershey chế tạo kính thiên văn đầu tiên, sau 1 năm nó đã có ởnhiều nước châu Âu Việc chế tạo kính thiên văn có khả năng phóng đại gấp 32 lần đãgiúp Galilei quan sát bầu trời và phát hiện ra hàng loạt những hiện tượng mới khẳngđịnh sự đúng đắn của thuyết nhật tâm của Copernic

Cuốn sách “Đối thoại về hai hệ thống cơ bản của thế giới-hệ thống Ptolemy và

hệ thống Copecnic” của ông công bố năm 1632 đã gọi những người theo thuyết địa

tâm là những “kẻ đần độn” Cuốn sách này bị cấm lưu hành cho tới năm 1835 và mãi

đến năm 1992 Vaticăng mới công bố hủy bản án xét xử ông năm 1633

 Phương pháp mới trong khoa học

Đáng chú ý là những quan điểm của Francis Bacon(1561-1626) trong cuốn

Công cụ mới xuất bản năm 1620 mà sau này người ta gọi là phương pháp quy nạp.

Phương pháp của ông là phải vận động từng bước nhỏ, từ những quan sát cụ thể và thínghiệm dẫn đến những vấn đề chung hơn, đồng thời tránh những khái hóa quá mức

Tiếp đó là những quan điểm của René Descartes (1596-1650) trình bày trong

cuốn Luận về phương pháp (1637) đặt nền móng cho phương pháp diễn dịch và đã có

công lao lớn khi đưa các đại lượng biến đổi vào toán học đồng thời đặt cơ sở ban đầucho hình học giải tích Đối lập với phương pháp thực nghiệm theo Bacon, ông đặt raphương pháp biện luận lôgic và phương pháp cố gắng đi sâu vào bản chất sự vật, xuấtphát từ những tiền đề tự biện (trừu tượng) Ông cho rằng trong tự nhiên có hai lĩnh vựchoàn toàn tách rời và độc lập với nhau là tâm thức(res cogitans) và vật chất(resextensa); khả năng nhận biết thế giới như vậy không cần dựa vào thí nghiệm mà dựavào tính hợp lý của cấu tạo thế giới Với cách phân chia này thì vật chất được phépxem là chết và hoàn toàn độc lập với nhà khoa học; thế giới vật chất chỉ là tập hợpcủa các đối tượng khác nhau trong một cỗ máy khổng lồ

Những ý tưởng của hai ông thực chất đã có từ thời Hy Lạp cổ được phát triển vàvận dụng theo quan điểm mới theo hướng tìm cách phát hiện ra chân lý để sau đó chân

lý ấy được xác nhận và biện giải cho chính nó Sau này các nhà nghiên cứu thấy rằngcần thiết phải phối hợp cả hai phương pháp này trong việc nghiên cứu các quy luậtvận động của tự nhiên

 Tổ chức mới trong nghiên cứu khoa học

Các trường đại học thời đó do giáo hội giám sát chặt chẽ Sự ra đời liên tiếp củacác Hội khoa học và Viện hàn lâm kéo theo sự biến đổi để các trường đại học cũngthoát khỏi chủ nghĩa kinh viện

Năm 1459, nhà triết học và khoa học nhân văn Marsilo Ficino (1433-1499) lập

ra viện hàn lâm Platon ở Florence sau đó tái lập sau một thời gián đoạn mang tên việnhàn lâm Florence Viện này chủ yếu nghiên cứu về khoa học nhân văn và có sự thamgia của Galilei Viện hàn lâm del Lincer do Federico Cesi (1585-1630) thành lập năm

1603 ở Roma có 4 người quan tâm nhiều đến nghiên cứu toàn bộ hệ thống tự nhiênvới vai trò đóng góp tích cực của G.Galilei Sau 15 năm Galilei mất, viện hàn lâm delCimento ra đời, chính là viện hàn lâm thực nghiệm đầu tiên đã được nói đến trong [1].Marin Mersenne (1588-1648) là một thầy tu người Pháp được mệnh danh là “Viện hànlâm một người” với các trao đổi thư từ đã gắn kết nhiều nhà nghiên cứu khác nhaugiải quyết các bài toán khoa học thực nghiệm đương thời Thế kỷ XVII ở Italia, nhất làsau vụ Galilei bị giáo hội xét sử sự phát triển của các viện khoa học bị đình trệ

Ở Pháp, năm 1666 có viện Hàn lâm khoa học (tự nhiên) Paris và 3 năm sau đãhoạt động ổn định với nguồn kinh phí từ ngân quỹ hoàng gia.

Tại Anh, năm 1645 một nhóm các nhà khoa học trong đó có Robert Boyle 1691), R Hooke(1635-1703), nhà toán học John Walls (1627-1703) đã lập lên

(1627-“Trường đại học vô hình”(Invisible College) và đến năm 1660 đã trở thành Hội Hoànggia nổi tiếng đến ngày nay Đáng kể nhất là những nghiên cứu của Robert Hooke vớinhiều ý tưởng đi trước Newton nhưng lại bị mờ nhạt vì những ảnh hưởng ngày cànglớn của I.Newton Ngày 9/12/1679 R.Hooke viết thư đề nghị Newton nối lại việc traođổi thư từ và dưới đây trích dẫn nội dung một lá thư trao đổi về học thuật của R.Hookegửi Newton:

“Tôi đề xuất một hệ thống vũ trụ, về nhiều phương diện khác với tất cả các hệ thống có từ trước tới giờ và phù hợp với nguyên lý thông thường của chuyển động cơ học Nó dựa trên ba giả định sau:

Một là,tất cả các thiên thể bất kể nguồn gốc nào đều có tính hút, hoặc nói cách khác, đều có khả năng hấp dẫn vào tâm của mình Kết quả là thiên thể đó không những hút các phần của chính mình và không cho văng ra ngoài như ta đã thấy trên Trái Đất mà còn hút các thiên thể khác nằm trong phạm vi tác dụng của chúng.

Hai là,mọi vật thể, bất kể nguồn gốc nào đang trong trạng thái chuyển động thẳng và đều sẽ tiếp tục theo đường chuyển động thẳng cho tới lúc bị tác động ngoại lực khác làm nó đi chệch đi và chuyển sang chuyển động theo đường tròn, đường elip, hay một đường cong phức tạp hơn.

Ba là, những lực hút đó càng mạnh khi vật bị hút ở càng gần tâm Về mức độ ảnh hưởng tôi chưa xác định bằng thí nghiệm Tuy vậy, lập luận trên nếu tuân thủ một cách thích đáng sẽ giúp các nhà thiên văn mô tả sự chuyển động của các thiên thể theo một quy tắc chung Tôi tin tưởng sớm muộn thế nào cũng diễn ra như vậy”.

Tới thế kỷ XVII, vật lý học đã trở thành một hệ thống khoa học và khẳng định vịthế xứng đáng trong đời sống xã hội

 Những thành tựu ban đầu của Vật lý học thực nghiệm

Các thành tựu khoa học vật lý ban đầu được kể ra với các tên tuổi: XimonStevin, Galilei…(trang72-79, cuốn [1]) Dưới đây tóm tắt những công trình cần đượcghi nhận trong thời kỳ này.

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

- Galilei: các vật rơi tự do và chuyển động của các vật lăn trên mặt phẳngnghiêng hay ném ngang, dùng con lắc để đo thời gian…

- Toricelli: áp suất khí quyển với ống mang tên ông; “chân không Toricelli”;người khởi đầu nghiên cứu về khí tượng học, bơm không khí và động cơ hơi nước

- Blaise Pascal: áp suất chất lỏng, thí nghiệm chứng mính áp suất không khígiảm theo độ cao Ông cũng là bậc tiền thân lập cơ sở cho môn hình học xạ ảnh và chếtạo ra máy tính số học

-Các định luật về chất khí trong đó định luật Boyle-Mariotte không ghi danhTownley là người phát hiện sớm nhất

- Snell và Descartes với các định luật quang học, tiếp đó là các mô tả sự giaothoa ánh sáng trên màng mỏng của Boyle, sự nhiễu xạ ánh sáng của Grimaldi vàHuygens công bố “Giáo trình quang học” đầu tiên

- Ginbert là người đầu tiên nghiên cứu về nam châm và từ trường Trái Đất; sosánh các hiện tượng điện và từ

Các câu hỏi thảo luận:

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

-Tại sao công nhận Galilei là nhà khoa học thực nghiệm đầu tiên?

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

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

CHƯƠNG III

CƠ HỌC NEWTON VÀ SỰ HOÀN THÀNH CUỘC CÁCH MẠNG KHOA HỌC

 Vũ trụ học của Descartes

Những vấn đề về cuốn Nguyên lý triết học của Descartes đã nói trong sách

[1], người học cần chú ý đến những quan niệm của ông về không gian, về chuyểnđộng và những người theo trường phái này đã không thành công trong việc phát triểncác ý tưởng đó

Thế giới quan có tính cơ giới của ông được Newton ủng

hộ và phát triển lên một bước vượt bậc trở thành nền tảng của vật lý cổ điển Triết họcDescartes không những chỉ có ảnh hưởng trong Vật lý học cổ điển mà nó còn ảnh

hưởng đến tư duy phương Tây lâu dài Câu nói nổi tiếng của ông “Cogito ergo sum”

(tôi tư duy, vậy tôi hiện hữu) làm cho người phương Tây đồng hóa mình với tâm thứcthay vì với toàn bộ con người mình Theo cách phân chia tâm thức và vật chất của

ông, mỗi con người tưởng mình là một thể cô lập, một cá thể sống “trong ” thân xác.

Tâm bị tách rời khỏi cơ thể nhưng chịu trách nhiệm quản cơ thể đó, vì thế sinh ra mâuthuẫn giữa ý chí có ý thức và bản năng vô thức Mỗi hỗn loạn nội tâm do được chiachẻ thành nhiều ngăn ô khác nhau (hoạt động, cảm xúc, niềm tin…) đầy mâu thuẫnđược phản ánh qua cách nhìn nhận thế giới bên ngoài Thế giới xung quanh được nhìnnhận qua nhiều vật thể và các tiến trình khác nhau không chỉ trong thế giới vật chất

mà cả trong cấu trúc xã hội Quan điểm cơ giới đó đã phát triển thành công trong vật

lý và kỹ thuật thì cũng mang đến những hậu quả đáng kể về sự chia tách của xã hội

phương Tây để đến ngày nay lại có xu thế hòa đồng với thế giới quan mang tính hữu

cơ của phương Đông R.Descartes luôn cho rằng phương pháp là vấn đề thiết yếu đốivới nhân loại, bởi lẽ ít ai trên đời không hài lòng với trí tuệ của mình và ai cũng chorằng mình được trời phú cho không tồi Tuy nhiên, không nhiều người biết sử dụngđúng trí tuệ của mình Phương pháp của ông dựa vào 4 quy tắc sau:

Một là, đừng bao giờ coi là chân lý bất cứ điều gì mà mình không thừa nhận là chân lý một cách hiển nhiên, tức là phải thận trọng tránh nóng vội và định kiến ngay

từ đầu: khi định phán xét, chỉ dựa vào lập luận của mình những gì đã rõ ràng minh bạch đối với trí óc mình mà không thể có nguyên cớ nào để hoài nghi.

Hai là, phân chia từng khó khăn mình cần khảo sát thành bao nhiêu phạm trù tùy theo đòi hỏi để giải quyết tốt hơn.

Ba là, xếp đặt tư duy của mình theo một trình tự nhất định, bắt đầu từ những đối tượng đơn giản nhất, dễ nhận biết nhất và đi lên dần dần như bước lên từng bậc thang đến sự nhận thức những đối tượng phức tạp hơn, không nhất thiết xếp theo thực

tế cái này trước cái kia như trong tiến trình tự nhiên của vật.

Cuối cùng là liệt kê toàn bộ không được bỏ sót những gì thu thập được và xem xét khái quát nhằm tin chắc không còn bỏ sót điều gì.

 Newton và sự nghiệp khoa học của ông

Nhiều sách nói về những đóng góp vĩ đại của Newton cho nền vật lý cổ điển mà

mô hình của ông về vũ trụ đã đặt ra một cái khung vững chắc là nền tảng cho vật lý cổđiển

Rõ ràng, những đóng góp thiên tài của Newton trong toán học và vật lý học còn là động lực lớn thúc đẩy sự phát triển của triết học và khoa học tự nhiên suốtchặng đường dài lịch sử từ thế kỷ XVII

Thân thế và sự nghiệp của Newton người đọc rút ra các nhận xét khi đọc cáctrang 84-88 từ [1]

Ở cuối cuốn [3], S.Hawking có những nhận xét về Newton khác hẳn với nhữngngợi ca vĩ đại về ông, người đọc cần tham khảo

 Cơ học Newton

Chúng ta có thể đọc và biết nhiều vấn đề về sự hình thành và phát triển của cơ

học cổ điển mang tên Cơ học Newton và lưu ý rằng phải qua nhiều năm trăn trở ông mới công bố cuốn Nguyên lý toán học của triết học tự nhiên.

Trong [1], vấn đề cơ học Newton đã được chia làm 4 phần với các nội dungnhư sau, dựa vào các giáo trình cơ học đã biết, người học thảo luận cho những nhậnđịnh ở từng phần dưới đây

 Những khái niệm cơ bản của cơ học Newton

Hãy chú ý khái niệm về khối lượng khác với quan điểm của Descarter; các thínghiệm dẫn tới khái niệm quán tính; vấn đề động lượng, năng lượng và đặc biệt là lực

 Không gian và thời gian trong cơ học Newton

Các khái niệm về thời gian tuyệt đối, không gian tuyệt đối, vị trí chuyển động,

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

Đối chiếu với [1], người học suy nghĩ thêm về các vấn đề được bổ sung dướiđây

Trước hết phải thấy rằng, thế giới quan này đang bị vật lý hiện đại làm cho thayđổi vốn đã sẵn có cơ sở trên mô hình của Newton về vũ trụ, mà trong đó tất cả cáchiện tượng cơ học xẩy ra trong không gian ba chiều của hình học cổ điển Euclid

Newton nói: “Tự tính của không gian tuyệt đối là luôn luôn như nhau, bất động,

không hề phụ thuộc gì vào sự vật nằm trong đó” và “Thời gian tuyệt đối, đích thực có tính toán học, tự chảy, theo tự tính của nó là đều đặn và không liên quan đến bất cứ vật nào”.

Những vật chất của thế giới Newton vận động trong không gian và thời giantuyệt đối 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 đó ở chỗ chúng có khốilượng và hình dạng không đổi; vì thế mà vật chất luôn được bảo toàn Newton gắnthêm một lực tác động 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 khốilượng này luôn gắn chặt với vật thể và tác dụng tức thì ở khoảng cách rất xa Giả

thuyết kỳ dị đó được xem như ý chúa tạo thành, đã được nêu trong tác phẩm Quang học(Optics):

Tôi cho rằng mới đầu chúa tạo vật chất bằng các hạt cứng chắc, đầy đặc, không thể xuyên qua, di động, với hình dạng, với kích thước, với tính chất và tương quan nhất định trong không gian, phù hợp nhất với mục đích mà ngài muốn tạo ra; và những hạt đơn giản này là thể rắn, cứng hơn vật thể xốp nào khác, cứng đến nỗi không bao giờ hao mòn, không vỡ Không có một lực nào có thể chia cắt nó Vật mà trong ngày đầu tiên chúa đã sáng tạo.

Tất cả mọi hiện tượng cơ theo Newton đều có thể quy về sự vận động của hạtkhối lượng (chất điểm) trong không gian do lực trọng trường gây ra Để phát biểu tácdụng của lực đó trên hạt khối lượng, Newton đã sử dụng một công cụ toán học mới,

đó là phép tính vi phân Vào thời đó, đây là một thành tựu tri thức vĩ đại mà theo

Einstein thì “đó là bước tiến lớn nhất trong tư duy mà một cá nhân xưa nay làm

được”.

Các phương trình của Newton là nền tảng của cơ học cổ điển được xem là quyluật cố định Mọi quy luật vận động của các hạt khối lượng đều có thể quan sát đượcnhờ 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 đó thì vũ trụ đượcđưa vào vận hành và từ đó chạy như một cỗ máy và được định hướng bằng quy luậtbất di bất dịch

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

vũ trụ khổng lồ vận hành được xem như có thứ tự trước sau rõ ràng, cái sau được xácđịnh bởi cái trước một cách chắc chắn Tất cả các diều gì xẩy ra đều có lý do, sẽ gâymột hiệu ứng rõ rệt, tương lai của mỗi thành phần trong hệ thống đều được quyết đoánmột cách chắc chắn; về nguyên tắc việc đó xẩy ra nếu biết rõ trong mọi điều kiệntrong một thời gian nhất định

Nền tảng của thuyết quyết định luận này là sự cách ly cơ bản giữa cái tôi và thếgiới còn lại đã được nhìn nhận trước đó bởi Descastes Sự cách ly này làm người ta tinrằng thế giới có thể mô tả một cách khách quan, tức là không cần quan tâm gì đến vịtrí của người quan sát Tính khách quan trong sự mô tả thế giới theo cách này đượcxem là cứu cánh của mọi khoa học đương thời và ảnh hưởng không nhỏ đến bước tiếntriển của khoa học sau đó

Do những luận điểm của Newton mang màu sắc tôn giáo nên không dễ đượcchấp nhận ở Pháp vào thời kì cách mạng tư sản Đến thế kỷ XVIII các nhà duy vậtPháp đã đưa học thuyết Newton vào và lược bỏ đi những yếu tố thần học để rồi vật lýhọc bước sang giai đoạn phát triển mới

Các câu hỏi thảo luận:

-Các quan điểm vũ trụ học của Descartes có các đặc điểm gì? Tại sao nó 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)có nhận định gì về những thành tựu vĩ đại của Newton qua các phát biểu của chính ông và các nhận xét khác nhau của các nhà vật lý lớn?

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 điểm lạc hậu lỗi thời của chủ nghĩa kinh viện và giáo hội Cùng vớinhững biến động chính trị là cuộc cách mạng công nghiệp thay cho phương thức sảnxuất thủ công, người ta đã chế tạo ra nhiều loại máy Vì vậy thế kỷ này được gọi là

“thế kỷ của trí tuệ”.

 Cơ học thế kỷ XVIII

 Sự củng cố cơ học Newton bằng thực nghiệm

Nửa đầu thế kỷ XVIII là các cuộc tranh cãi gay gắt giữa hai trường pháiDescartes và Newton về bản chất lực hấp dẫn Theo phái Descartes thì không có chânkhông, tương tác giữa các vật được thực hiện do tiếp xúc, do va chạm hoặc là nhờ cácxoáy của ê te (ether) chuyển động và các xoáy ê te này có mặt khắp nơi Đến giữa thế

kỷ XVIII thì những quan điểm này ngày càng mất vị thế

Những vấn đề nghiên cứu về sao chổi của Halley với những tính toán củaClairaut về quỹ đạo sao chổi để rồi quan sát được sao chổi (sau này mang tên Halley)vào ngày 13 tháng 03 năm 1759 đã dẫn các nhà nghiên cứu ngả về học thuyết Newton

Từ đó, các nhà nghiên cứu theo trường phái Newton cho rằng mọi hiện tượng vật lý là

kết quả chuyển động của “các vật thể vật chất nào đó” dưới tác dụng của “những lực

nào đó”.

Tiếp đó kéo theo sự ra đời của các vật mới và các lực mới

 Giai đoạn giải tích của cơ học

Những vấn đề chuyển đổi từ cơ học thành cơ học giải tích công đầu thuộc vềEuler(1717 - 1783) và Lagrange(1736 - 1813)

Euler đã công nhận những khái niệm cơ bản của cơ học Newton nhưng cho rằngkhông gian trống rỗng chỉ là khái niệm thuận lợi cho phép tính toán Những khái niệm

cơ bản về phương trình động lực học đã được Euler biểu diễn như dạng ngày nay sửdụng, trong đó tính chất vectơ của lực đã được để ý kể cả việc phân tích chuyển động

ra 3 thành phần theo hệ toạ độ vuông góc

Những bài toán về các dạng chuyển động khác nhau đã được các nhà khoa họcphát triển trên cơ sở thay thế định luật II Newton bởi các nguyên lý khác nhau ở từnglĩnh vực cụ thể

Lagrange trên cơ sở nghiên cứu các nguyên lý cơ học khác nhau đã đúc rút raphương 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 đến Laplace(1749 1827) với bộ sách sẽ nói đến ở phần sau

2 Nhiệt học

2.1 Phép đo nhiệt độ

Mặc dù cơ học đã có những bước phát triển nhưng Nhiệt học đến thế kỷ XVIIchỉ dừng ở những bước nghiên cứu rời rạc Các thang chia nhiệt độ đáng chú ý là:-Nhiệt độ Fahrenheit chọn nhiệt độ của hỗn hợp nước, nước đá, muối ăn là 00F,nhiệt độ sôi của nước là 2120F thời đó lấy hỗn hợp của nước và nước đá là 320F và

thân nhiệt của người là 960F, hiện nay 320F là nhiệt độ tan của nước đá còn thân nhiệtcủa người là 98,60F.

-Nhiệt độ Reaumur lấy nước đá chảy ở 00R và nhiệt độ sôi của nước là 800F.-Nhiệt độ Censius lấy nhiệt độ sôi của nước là 1000C ở áp suất 760mmHg

Tiếp đó, có các công trình xác định sự nở vì nhiệt của một số chất

Lưu ý rằng các công thức chuyển đổi về nhiệt độ đã được đưa vào chương trìnhvật 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 khácnhau về nhiệt độ, nhiệt lượng, nhiệt dung Giai đoạn này có nhiều tranh cãi điển hình

là giữa các phái theo thuyết “chất nhiệt” và thuyết coi nhiệt là chuyển động của cáchạt nhỏ khi chưa tìm ra khái niệm về chất khí Richman (1711-1753) đã đưa ra côngthức cân bằng nhiệt khi chưa thấy sự phân định rõ ràng giữa các lượng chất lỏng(nhiệt lượng) và cái đo được bằng nhiệt kế (nhiệt độ) 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

độ Người ta dễ dàng chấp nhận thuyết “chất nhiệt”vì đã lý giải được các kết quảnghiên cứu đương thời

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

đó Lômôlôxôp(1711-1765) đã đưa ra những phát hiện mới giải thích các hiện tượngnhiệt (xem [1])

Có thể nói rằng, thế kỷ XVIII, dưới ảnh hưởng của học thuyết Newton, đã sảnsinh nhiều chất lỏng không trọng lượng: chất nhiệt, chất từ, chất quang

 Quang học

Lửa tạo ra nhiệt và ánh sáng rồi gây ra biến đổi hóa học Đó là sự tất yếu dẫn tớisuy nghĩ của các nhà khoa học về sự đồng phát triển các ngành học này

Những nghiên cứu đáng chú ý là:

 Lômônôxốp đưa ra khái niệm ánh sáng là chuyển động sóng của ête

 Sự phát triển của trắc quang học với các khái niệm về quang thông, độ sáng…

và định 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 sóngánh sáng, rõ ràng các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ chưa có các công trình nghiêncứu

Êpinuxơ với “Thí nghiệm về lý thuyết điện và từ” đã đưa ra các khái niệm về

“vật điện” và “vật không điện” Ông đã phát hiện “chất từ” và không có “chất dẫn từ”.Các thí nghiệm về định lượng trong đó đáng để ý nhất là cân xoắn Cavendish rồitiếp đó là sự ra đời cuả định luật Coulomb

Prixli (Priestley) tính lý thuyết cho rằng lực điện tỷ lệ nghịch với khoảng cách1/rn với n = 2 khi điện tich ở hết mặt ngoài vật dẫn Thí nghiệm của Cavendish đã lýgiải điều đó Ông đã làm các thí nghiệm với ý tưởng giải trí, nhưng là người có cônglớn xây dựng hệ thống phòng thí nghiệm nổi tiếng cho đến ngày nay

Tiếp bước phát triển về chất điện và chất từ là bước hoàn thiện về tĩnh điện học

và tĩnh từ học được thực hiện bởi Poisson, Greene, Gauss

Các câu hỏi thảo luận:

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

-Hãy đưa ra các công trình nghiên cứu vật lý đáng kể trong giai đoạn này

CH ƯƠ NG VVẬT LÝ HỌC THỜI KỲ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP

TƯ BẢN CHỦ NGHĨA

Đây là thời kỳ chủ nghĩa tư bản phát triển mạnh ở châu Âu, nền sản xuất chuyểnsang phương thức sản xuất bằng máy Yêu cầu của sản xuất với nền đại công nghiệpkéo theo sự phát triển của khoa học tự nhiên trong đó 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 đó.Cùng với hai trường phái triết học duy vật và duy tâm, vật lý học cũng phát triển theocác xu hướng trái ngược nhau

Những kết quả nghiên cứu cuối thế kỷ XIX đã nảy sinh ngành mới là cơ học lýthuyết, trước hết phải kể đến Pier Simon Laplace (1749-1827) với bộ sách 5 cuốn “Cơhọc thiên thể” trong đó đã lý giải thành công mọi vận động của các thiên thể trong hệmặt trời kể cả các hiện tượng thủy triều…và các hiện tượng liên quan đến sức húttrọng trường Ông chứng minh quy luật vận động theo học thuyết Newton đảm bảocho sự ổn định chuyển động trong hệ mặt trời và vũ trụ như là một cỗ máy tự điềuhành hoàn hảo Khi Laplace trình bày tác phẩm này cho Napoleon, nghe nói nhà vuaphán: “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 đấng sáng tạo ra nó” Ông đã trả lời ngắn gọn: “Thầnkhông cần tới giả thiết về chúa”

Laplace tiếp tục vận dụng cơ học Newton trong nghiên cứu về chất rắn, vật thểđàn hồi và có cả những vận dụng thành công trong nhiệt học Từ đó ông tin rằng vũtrụ phải là một hệ thống cơ giới khổng lồ, vận hành theo nguyên lý vận động củaNewton Thực tế thì ngay thời đó mô hình cơ học không thể giải thích ổn thỏa cáckhám phá mới về điện và từ

Trong giai đoạn này phải kể đến những khám phá mới về cơ học trong đó:

 Poinsot(1803) đưa ra khái niệm ngẫu lực, phép tổng hợp lực tác dụng lên vật

 Boscovich (1758) đã coi thế giới là một hệ các chất điểm tương tác với nhaubằng các lực biến dổi theo khoảng cách để rồi Haminton (1805 - 1865) đã phát triểnlên một bước quan trọng nổi tiếng với hàm Haminton

 Những bước phát triển mới của quang học sóng

Trước đó, những quan điểm về thuyết sóng ánh sáng lép vế bởi thuyết hạt donhững người thuộc trường phái Newton

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

 Những nghiên cứu quang học của Thomas Young

T.Young (1773 - 1829) có các công trình nghiên cứu đa dạng, nhưng trong lĩnhvực quang học sóng ông đã có công đầu trong sự phát triển lên một bước mới Theoông, ánh sáng là chuyển động dao động của các hạt ête; đó là một chất rất loãng, rấtđàn hồi, chứa đầy trong vũ trụ Khi một vật phát sáng, nó gây ra trong ête nhữngchuyển động sóng và cảm giác màu sắc là do những tần số dao động khác nhau củaánh sáng gây ra trên võng mạc Năm 1802, Young đã lý giải hiện tượng tượng giaothoa: ánh sáng từ cùng một nguồn tới mắt ta bằng hai đường khác nhau (nào đó), độdài của sóng này tùy thuộc vào màu sắc khác nhau của ánh sáng Thí nghiệm Younglần đầu đã đo được độ dài các sóng đỏ, tím… Lưu ý rằng trước đó Newton khảo sátchùm ánh sáng qua thấu kính đã thu được hệ vân, nhưng ông không đưa ra sự giảithích về bản chất các vân này Young có nhiều đóng góp đa dạng về y học, sinh học,

cơ và quang học… kể cả việc phát hiện chữ viết cổ Ai Cập

Năm 1808, Malus phát hiện ra những hiện tượng lưỡng chiết ở tinh thể spaticeland Theo thuyết Newton thì các hạt ánh sáng có 4“mặt” khác nhau và tùy thuộcvào góc quay các hạt mà ta quan sát được sự khúc xạ bình thường hay bất thường; cònMalus cho rằng chúng giống như nam châm có các “cực” khác nhau Khi dọi ánh sángvào mặt ngoài của của tinh thể lưỡng chiết thì tùy vào sự quay cực sẽ cho ánh sángphản xạ hoặc không phản xạ

Thuật ngữ đó nay vẫn gọi là sự phân cực nhưng bản chất hiện tượng rõ ràngkhông thấy có cực nào Tiếp đó Arago và Brewster nghiên cứu đã tìm ra một số địnhluật thực nghiệm khác

Thuyết sóng cho rằng sóng truyền dọc trong môt trường ête đàn hồi đã không thểgiải quyết được sự phân cực của ánh sáng

Người ta tìm cách giải thích các định luật về sự phân cực ánh sáng khi gán chohạt ánh sáng những tính chất đặc biệt khác nhau nhưng đều không thành công

 Những nghiên cứu quang học của Augustin Jean Fresnel

Trong giáo trình Quang học, nhìn theo quan điểm hiện đại, chúng ta đã biết tớichấm sáng Fresnel, nhiễu xạ Fresnel… đặc biệt là thí nghiệm Arago - Fresnel chứngminh ánh sáng là sóng ngang Nếu xét về lịch sử vật lý (xem [1]) sẽ thấy rằng conđường tiến tới kết luận đó thật không dễ gì

Vào nửa cuối thế kỷ XIX những kết quả đo vận tốc ánh sáng bằng các phươngpháp khác nhau đã đưa thuyết sóng thắng thế để rồi đầu thế kỷ XX lại có cách nhìnkhác về hạt ánh sáng

 Những nghiên cứu quang học của Joseph Fraunhofer

Những năm 1814 – 1815, Fraunhofer đã phát triển các kết quả nghiên cứu về bảyvạch đen trên phổ mặt trời đã xác định gần 600 vạch ứng với các bước sóng xác địnhnay gọi là các vạch Fraunhofer

Ông còn có nhiều công trình nghiên cứu về các hiện tượng nhiễu xạ của cácchùm tia song song, chế tạo cách tử nhiễu xạ…được xem là người tiên phong mở rangành quang phổ học Năm 1786 nhà thiên văn David Rittenhouse (1732-1796) đãphát hiện thấy ánh sáng trắng khi chiếu xuyên qua tấm lưới (cách tử) sẽ thu được phổmàu không giống như chiếu qua lăng kính Sau đó, Fraunhofer đã chế tạo ra cách tửkhắc 300 vạch trên 1mm của tấm kính để phân tích phổ ánh sáng

 Những bước đầu của điện động lực học

 Sự phát minh ra dòng điện

Nhiều bác sĩ cuối thế kỷ XVIII nghiên cứu về hiện tượng tĩnh điện Galvani pháthiện thấy cơ đùi con ếch đã chết vẫn tiếp tục co giật khi đặt giữa hai miếng kim loại

khác nhau và đi đến kết luận: đùi ếch “có điện động vật” với dây thần kinh mang điện

dương còn các cơ mang điện âm Volta(1745 - 1827) nghiên cứu hiện tượng này vàcho rằng dòng điện tạo ra từ hai miếng kim loại khác nhau Năm 1800, bằng việc ghépnhững tấm kim loại bạc và kẽm xen kẽ nhau dưới dạng cột và giữa chúng có một lớpmuối, ông đã phát minh ra loại máy phát dòng điện đầu tiên gọi là cột Volta (pinVolta) Như vậy Volta đã tìm ra thế hiệu tiếp xúc giữa hai kim loại và phát minh radòng điện Đơn vị đo điện thế mang tên ông

 Sự ra đời của điện động lực học

Các nhà khoa học đầu thế kỷ XIX chịu ảnh hưởng lớn của triết học duy tâm

khách quan, Schelling cho rằng thiên nhiên là sự thể hiện của một “tinh thần thế giới” ngoài lý trí con người, mọi hình thái vận động trong thiên nhiên chỉ là những “sức

mạnh thuần túy” và giữa sức mạnh đó có mối liên hệ phổ biến.

Hans Oersted (1777- 1851) đã phát minh ra tác dụng củadòng điện lên kim nam châm và từ trường xung quanh dây dẫn Sau đó, Biot và Savarttìm ra định luật định lượng về tác dụng của dòng điện lên các cực và Laplace viết lạidưới dạng biểu diễn như hiện nay

André Ampère(1775-1836) đã có công quy các hiện tượng từ về hiện tượng điện

và loại đi khái niệm “chất từ” Tiếp đó ông đưa ra khái niệm

sức căng điện(hiệu điện thế) và dòng điện, phát hiện ra sựtương tác giữa hai dòng điện…Ông đã phát hiện dòng điệnchạy qua ống sôlênoit tương đương một nam châm; lực tươngtác giữa hai dòng điện là lực không xuyên tâm khác hẳn vớiđịnh luật 3 Newton

G.Ohm(1787 - 1854) đã tìm ra định luật về định lượngtrong mạch điện Các phép đo của Ohm lúc đầu chưa được quan tâm do quan niệm vềdòng điện như một dòng nhiệt; đến khi có nhiều nhà vật lý làm lại thực nghiệm vớiphép đo chính xác mới công nhận phép đo của ông.

 Cảm ứng điện từ và sự phát triển của điện động lực học

M.Faraday(1791 - 1867) đã phủ nhận quan điểm của thuyết tác dụng xa khinghiên cứu về lĩnh vực điện và từ Ông là người có công lớn trong việc nghiên cứu

“biến từ thành điện” với việc phát hiện ra hiện tượng cảm ứng điện từ, đường sức từ

trường, sự quay mặt phẳng phân cực trong từ trường…(xem các trang 149-155 của[1]) Ông cũng là người mẫu mực về nhân cách của một nhà khoa học vĩ đại ( xem[7])

Cũng phải kể đến định luật Joule-Lentz vào khoảng các năm1841-1842 do James Joule (1818-1889) xác định công thức tính nhiệt tỏa ra trên dâydẫn cùng với Heinrich Lentz (1804 - 1865) là người đã đưa ra quy tắc xác định chiềucủa dòng cảm ứng và Neuman (1798 - 1895) xây dựng công thức suất điện động cảmứng

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, điện 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

 Bước đầu nghiên cứu sự chuyển hóa giữa nhiệt và công

Từ thực tế yêu cầu của kỹ thuật đã xuất hiện khái niệm về công và công suất.Các thuật ngữ này đã được Poncelet và Coriolis đưa ra sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật

và cơ ứng dụng

Việc đòi hỏi phải nâng cao hiệu suất của máy hơi nước khiến người ta phải quantâm nghiên cứu sự biến đổi nhiệt thành công

Carnot(1793 - 1832) từ quan điểm “chất nhiệt” là người đầu tiên có công khai

phá ra phương pháp nhiệt động lực học để giải quyết các bài toán về nhiệt Ông quantâm nghiên cứu sâu về động cơ nhiệt và đưa đến kết luận là lực chuyển động khôngbao giờ được tạo ra, không bao giờ bị hủy diệt… không bao giờ biến mất Nếu thay

“lực chuyển động” bằng “năng lượng” thì ta có định luật bảo toàn năng lượng được

phát biểu như hiện nay Ông cũng tính được kết quả đương lượng cơ của nhiệt là370kg.m/kcal

 Sự hình thành định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

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

Mayer(1814 - 1878) thoát khỏi quan điểm về y học đương thời cho rằng cơ thểsống có quá trình sinh lý không tuân theo các định 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 định luật vật lý học và hóa học như mọi vật chất khác Qua nhiều quá trìnhnghiên cứu ông đã đi đến lập luận: lực là nguyên nhân gây ra mọi hiện tượng và lựckhông thể bị hủy diệt

Ông tự xuất bản cuốn “Chuyển động hữu cơ trong mối liên hệ với trao đổi chất”

trong đó có các vấn đề:

 Lực là nguyên nhân của mọi chuyển động, “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.

 Từ công thức liên hệ giữa nhiệt dung đẳng tích và nhiệt dung đẳng áp củachất khí Cp – Cv = R (nay còn gọi là phương trình Mayer) tính ra đương lượng cơ củanhiệt là 367Kgm/kcal.

 Đưa ra khái niệm về cơ thể sống trong thiên nhiên hấp thụ ánh sáng mặt trờilàm nảy sinh một lượng hóa học thay đổi liên tục; vai trò của cây xanh chuyển hóanăng lượng của vũ trụ nhờ quang hợp

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

James Joule(1818 - 1889) là người có công lao trong lĩnh vực nghiên cứu về sựchuyển hóa giữa nhiệt và công và tên ông được lấy làm đơn vị đo năng lượng Nhữngcông trình của ông được nói đến là:

 Năm 1841, đã phát biểu về nhiệt toả ra trong dây dẫn tỷ lệ với bình phươngcường độ dòng điện; đồng thời Lentz(1804 - 1865) đưa ra các đơn vị đo điện trở,cường độ dòng điện, suất điện động và năm 1843 xây dựng biểu thức đầy đủ của địnhluật này

 Xác định tổng nhiệt lượng tỏa ra trong mạch điện bằng nhiệt của phản ứnghóa học xẩy ra trong cả bộ nguồn pin

 Khi nghiên cứu về dòng điện cảm ứng, ông cũng phát hiện ra tỷ lệ trên và xâydựng thí nghiệm xác định được đương lượng cơ học của nhiệt bằng 460 kgm/kcal Vàsau đó, thí nghiệm dùng quả nặng rơi để bắt một trục có tạo các tấm chắn quay tròntrong một bình nhiệt lượng kế chứa đầy nước;thí nghiệm đã bắt công cơ học biếnthành nhiệt nên xác định được số liệu chính xác hơn là 424kgm/kcal

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

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

chất khí

 Việc tiếp tục củng cố và phát triển định luật này

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

 Lấy số đo hoạt lực cũng bằng số đo công hao phí là (m.v2/2) Phát biểu của

ông: “Tổng các lực căng (thế năng) và hoạt lực (động năng) tồn tại trong hệ bao giờ

cũng không đổi”.

 Nghiên cứu về đương lượng cơ học của nhiệt và sau đó xác định được nănglượng của tụ điện đã nạp bằng (q2/2C) Từ các khảo sát về hiện tượng điện bằng địnhluật bảo toàn năng lượng, ông đã xác định được suất điện động cảm ứng và rút ra địnhluật cảm ứng điện từ.

William Thomson(1842 - 1907) sau này là huân tước Kelvin, trong lĩnh vực sửdụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng nghiên cứu hiện lượng tự cảm đãxác định được năng lượng của ống dây dẫn có dòng điện tự cảm bằng(L.I2/2)

Một số các nhà khoa học khác như Clausius, Rankine cũng có nhiều đóng gópvào việc xây dựng và phát triển định luật này

Cuộc đấu tranh để bảo vệ tính đúng đắn của định luật này vào thế kỷ XIX rấtquyết liệt do nhiều quan điểm khác nhau để rồi đến nửa cuối thế kỷ nó hiển nhiên trởthành trở thành định luật tổng quát của tự nhiên và tất yếu các khái niệm siêu hìnhcũng bị gạt bỏ

Ngày nay, trong vật lý học, không có một quá trình thực nào xẩy ra lại vượt rakhỏi nguyên lý bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

Các câu hỏi thảo luận:

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

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

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

CHƯƠNG VII

SỰ HOÀN CHỈNH VẬT LÝ HỌC CỔ ĐIỂN

 Những đặc điểm phát triển vật lý học cổ điển nửa cuối thế kỷ XIX

Đây là thời kỳ chủ nghĩa tư bản phát triển mạnh đã chuyển thành chủ nghĩa đếquốc và để đáp ứng yêu cầu ngày càng tăng của phát triển sản xuất, kỹ thuật phát triểnmạnh nhất thuộc về các ngành nhiệt và điện

Máy hơi nước được sử dụng rất nhiều và không ngừng được cải tiến; đến cuốithế kỷ đã xuất hiện tuabin hơi nước, động cơ đốt trong với động cơ Diêden Cùng với

nó, tất yếu đòi hỏi sự phát triển nghiên cứu về nhiệt đông lực học, nhất là nhắm theohướng cải tiến kỹ thuật nâng cao hiệu suất các loại động cơ Nhiệt đông lực học cóđiều kiện phát triển thành một lý thuyết là một cơ sở cho sự phát triển kỹ thuật nhiệt

Sự phát triển kỹ thuật điện đã có những bước tiến triển lớn

Trước hết phải kể đến việc lắp đặt đường cấp ngầm xuyên Đại Tây Dương giữachâu Âu và châu Mỹ tiến hành từ năm 1857 sau nhiều thất bại đến tháng 6 năm 1866

đã thành công đưa William Thomson trở thành Sir Kelvin

Sự phát triển của điện báo, điện thắp sáng… được thay thế dần từ việc dùng đèn

hồ quang sang đèn điện nóng sáng và các nguồn pin Ganvanic chuyển sang máy phátđiện một chiều để chạy các động cơ điện Bước tiếp đó là cần tạo ra nguồn điện mạnh

và chuyển tải điện năng đi xa, kéo theo sự xuất hiện máy phát điện xoay chiều, việcchế tạo máy phát điện, kỹ thuật đo điện Sự phát triển kỹ thuật điện phải kể đến

Edison “Thần linh của phát minh” (Einstein gọi như vậy) với hàng ngàn phát minh

của ông về điện thoại, máy hát, máy điện báo, …nhất là điều cả thế giới phải ghi nhậnngày đèn điện dây tóc chiếu sáng (21/10/1879) Một trong những câu nói nổi tiếng của

ông là: “Triết học cuộc đời tôi là làm việc Tôi muốn khám phá bí mật của thế giới tự

nhiên, để từ đó mưu cầu hạnh phúc cho loại người”.

Trong sự phát triển của khoa học cuối thế kỷ XIX, đã thấy rõ sự gắn bó mật thiếtgiữa vật lý học với kỹ thuật và sản xuất; nhờ đó đời sống của con người đã được cảithiện vượt bậc tạo đà phát triển cho giai đoạn sau

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

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

theo hướng thực chứng luận với các quan điểm có ảnh hưởng lớn đến các nhà khoa

học Quan điểm cơ bản của thực chứng luận cho rằng con người không có khả năngnhận thức được bản chất của sự vật, hiện tượng; vì thế khoa học chỉ có thể mô tả