TT&HĐ V - 45/h

 

Khúc xạ ánh sáng & Phản xạ toàn phần

PHẦN V:     THỐNG NHẤT 

"Khoa học là một sức mạnh trí tuệ lớn nhất, nó dốc hết sức vào việc phá vỡ xiềng xích thần bí đang cầm cố chúng ta."
Gorky 

 

"Mỗi một thành tựu lớn của nhà khoa học chính là xuất phát từ những ảo tưởng táo bạo". 
JohnDewey

"Chân lý chỉ có một, nó không nằm trong tôn giáo, mà nằm trong khoa học."
Leonardo da Vinci
 

"Cái khó hiểu nhất chính là hiểu được thế giới" 

Albert Einstein

 "Có hai cách để sống trên đời: một là xem như không có phép lạ nào cả, hai là xem tất cả đều là phép lạ".

Albert Einstein

      

“Chính qua cuộc đấu tranh nhằm thống nhất một cách hợp lý cái đa dạng mà đã đạt được những thành công lớn nhất, dù rằng chính ý đồ đó có thể gây ra những nguy cơ lớn nhất để trở thành con mồi của ảo vọng”.

Albert Einstein

“Người nhìn thấy cái đa dạng mà không thấy cái đồng nhất thì cứ trôi lăn trong cõi chết”.

Upanishad       

CHƯƠNG VI (XXXXV): THỰC CHỨNG

“Tinh thần thời đại cũng có thể là một sự thực khách quan như bất cứ sự thực nào trong khoa học tự nhiên (…).
Do đó, hai quá trình, quá trình khoa học và quá trình nghệ thuật, không phải là rất khác nhau. Cả khoa học và nghệ thuật trong suốt nhiều thế kỷ đã tạo nên ngôn ngữ con người mà nhờ đó chúng ta có thể nói về những phần rất xa xôi của thực tại…”.

W. Heisenberg

"Nếu bạn sinh ra trong nghèo khó, đó không phải là lỗi của bạn. Nhưng nếu bạn chết trong nghèo khó, thì đó là lỗi của bạn…".

 Bill Gates

"Cơ hội làm điều ác đến một trăm lần một ngày, và cơ hội làm điều thiện chỉ đến một lần trong một năm".

Voltaire

"Thật tuyệt vời là con người đã sử dụng biết bao thời gian để chống lại cái ác. Giá mà họ cũng sử dụng năng lượng đó để yêu thương người khác, cái ác sẽ tự chết vì buồn chán".

Helen Keller

Hành động tốt đem lại quả tốt. Hành động xấu đem lại quả xấu. Đừng kỳ vọng thánh thần, chư thiên, những kẻ khuất mày khuất mặt sẽ bảo vệ bạn. Cũng đừng tin tưởng ngày tốt, ngày xấu. Đó là những điều không thật. Bạn sẽ luôn luôn chờ đợi ngày tốt, giờ tốt, tháng tốt, năm tốt, vị thần này, vị thánh nọ. Tin tưởng vào những điều đó chỉ đem lại đau khổ cho bạn mà thôi. Hãy nhìn vào hành động và lời nói của bạn, nhìn vào nghiệp của bạn. Làm lành bạn sẽ gặt quả vui, làm ác bạn sẽ mang quả khổ.

Good act bring good result, bad actions bring bad result. Don't expect the gods to do thing for you, or the angles and guardian deities to protect you, or the auspicious days to help you. These things aren't true. Don’t believe in them. If you believe in them , you will suffer. You will always be waiting for the right day, the right month, the right year, the angles or the guardian deities. You'll only suffer that way. Look into your own actions and speech, into your own kamma. Doing good, you inherit goodness, doing bad you inherit badness.

Ajahn Chah  

Đọc thêm tại: http://www.tudiendanhngon.vn/tabid/87/strcats/225/sw/n/charmode/true/default.aspx © TuDienDanhNgon.vn

Hành động tốt đem lại quả tốt. Hành động xấu đem lại quả xấu. Đừng kỳ vọng thánh thần, chư thiên, những kẻ khuất mày khuất mặt sẽ bảo vệ bạn. Cũng đừng tin tưởng ngày tốt, ngày xấu. Đó là những điều không thật. Bạn sẽ luôn luôn chờ đợi ngày tốt, giờ tốt, tháng tốt, năm tốt, vị thần này, vị thánh nọ. Tin tưởng vào những điều đó chỉ đem lại đau khổ cho bạn mà thôi. Hãy nhìn vào hành động và lời nói của bạn, nhìn vào nghiệp của bạn. Làm lành bạn sẽ gặt quả vui, làm ác bạn sẽ mang quả khổ.

Good act bring good result, bad actions bring bad result. Don't expect the gods to do thing for you, or the angles and guardian deities to protect you, or the auspicious days to help you. These things aren't true. Don’t believe in them. If you believe in them , you will suffer. You will always be waiting for the right day, the right month, the right year, the angles or the guardian deities. You'll only suffer that way. Look into your own actions and speech, into your own kamma. Doing good, you inherit goodness, doing bad you inherit badness.

Ajahn Chah  

Đọc thêm tại: http://www.tudiendanhngon.vn/tabid/87/strcats/225/sw/n/charmode/true/default.aspx © TuDienDanhNgon.vn

"Thế giới hiện thực có giới hạn; thế giới tưởng tượng là vô hạn".

Jean Jacques Rousseau

“Thế giới phải chìm đắm trong đau khổ không phải vì tội ác của những kẻ xấu, mà là vì sự im lặng của những người tốt.” 
Napoléon

 

(Tiếp theo)

Chắc chắn rằng không có quan sát thì không có nhận thức. Còn nếu thiếu tư duy trừu tượng thì không thể nâng cao trình độ nhận thức lên được. Quan sát và suy tưởng là hai hoạt động có mối quan hệ khăng khít, không thể tách rời của quá trình nhận thức. Có thể nói đối tượng của quan sát là hiện thực còn đối tượng của suy tưởng là phi hiện thực. Lúc đầu, quan sát hiện thực đóng vai trò trọng yếu, chủ lực trong quá trình nhận thức khoa học. Đó là một tất yếu khách quan làm nảy sinh yêu cầu tăng cường năng lực quan sát sao cho sâu rộng hơn, sáng tỏ hơn, đáng tin cậy hơn trong hoạt động sống còn. Tình hình đó đòi hỏi phải hiểu rõ sự việc, nắm bắt bản chất các hiện tượng xảy ra trong hiện thực, dẫn đến sự ra đời của khoa học thực chứng nói chung và vật lý thực chứng nói riêng. Vật lý thực chứng, lấy thực nghiệm làm nòng cốt đã đóng vai trò vô cùng lớn lao, vô cùng đắc lực trên còn đường đi nhận thức thực tại khách quan của loài người. Tuy nhiên, đến một lúc nào đó, do sự hạn chế khách quan của quan sát và sự lũng đoạn chủ quan tất yếu của hiện thực khống chế, mà vật lý thực nghiệm đơn thuần sẽ không còn đủ khả năng, thậm chí là hoàn toàn bất lực, không thể trả lời được những câu đố phát sinh từ thực tại khách quan. Nghĩa là quan sát hiện thực mất đi vai trò chủ lực của nó đối với sự nhận thức thực tại, nhường lại vai trò đó cho sự suy tưởng có lý.

Suy tưởng có lý là sự suy lý đã thăng hoa đến mức cao độ, tồn tại trên nền tảng thực tiễn nhưng hầu như thoát ly thực tiễn và như đã nói thì đối tượng của nó là phi hiện thực hay cũng có thể gọi là hiện thực ảo. Vì vậy, ở một góc độ nào đó, suy tưởng có lý cũng chính là quan sát. Nếu gọi quan sát hiện thực là quan sát thông thường thì cũng có thể gọi suy tưởng có lý là quan sát đặc biệt. Ở mức tột độ, suy tưởng có lý trở thành hoang tưởng có lý (chứ không phải hoang tưởng bệnh lý!), quan sát đặc biệt trở thành quan sát đặc biệt phi thường.

Không thể tưởng tượng được nghiên cứu vật lý lại thiếu khâu thực nghiệm. Chính trên con đường thực nghiệm và suy lý từ thực nghiệm mà vật lý học đã khám phá ra biết bao nhiêu điều bí ẩn lớn lao của thực tại, đạt được biết bao nhiêu thành tựu vĩ đại trong nhận thức về Tự Nhiên. Nhưng vì tính thể hiện “đỏng đảnh”, nhiều khi “giả dối” của hiện thực mà thực nghiệm cũng có những hạn chế của nó, nhiều ngộ nhận làm cho các nhà nghiên cứu vật lý gặp phải biết bao nhiêu khó khăn gian khổ trên bước đường đi chinh phục các bí ẩn đó. Vì vậy mà có lần Feynman (được giải thưởng Nôben vật lý) đã phải thốt lên: “Hình như các hiện tượng tự nhiên cùng âm mưu chống lại con người, hết chướng ngại này đến chướng ngại khác xuất hiện trên con đường của những người đi khám phá”.

Khi vật lý thực nghiệm không còn đủ khả năng đảm nhận vai trò tiên phong đi khám phá những bí ẩn của thực tại nữa thì vật lý lý thuyết sẽ đảm nhận vai trò đó và một cách tất yếu, trước sau gì nó cũng làm xuất hiện quan sát đặc biệt để quan sát hiện thực ảo mà nó suy diễn, mường tượng ra. Chúng ta cho rằng, có một bộ phận của hiện thực ảo, hỗ trợ đắc lực và đầy hiệu quả trong việc rút ra những kết luận từ quan sát đặc biệt, đó là những thí nghiệm giả tưởng.

Ba nhà vật lý lúc nãy chê bai chúng ta là phải, vì họ chưa nghe câu nói của Poincaré: “Một âm mưu thực sự hoàn hảo, bản thân nó, cũng là một qui luật của tự nhiên”.

Học đòi những bậc danh nhân, chúng ta góp thêm một câu: “Một sự bịa đặt hoàn hảo đến mức không ai chối cãi được sẽ trở thành một sự thực khách quan”…

 

Richard Phillips Feynman
Sinh	11 tháng 5 năm 1918 Far Rockaway, Queens, New York
Mất	15 tháng 2, 1988 (69 tuổi) Los Angeles, California
Tôn giáo	Atheist
Ngành	Vật lý học
Nổi tiếng vì	Điện động lực học lượng tử Lý thuyết hạt Biểu đồ Feynman
Giải thưởng	Giải thưởng Nobel về Vật lý (1965) Huy chương Oersted (1972)

Jules Henri Poincaré (1854–1912)
Sinh	29 tháng 4, 1854 Nancy, Meurthe-et-Moselle
Mất	17 tháng 7, 1912 (58 tuổi) Paris
Nơi cư trú	Pháp
Tôn giáo	Giáo hội Công giáo Rôma (tới 1872)
Ngành	Toán học và Vật lý học
Nổi tiếng vì	Giả thuyết Poincaré Bài toán ba vật thể Tô pô Lý thuyết tương đối hẹp Định lý Poincaré–Hopf Poincaré duality Định lý Poincaré–Birkhoff–Witt Bất đẳng thức Poincaré Chuỗi Hilbert–Poincaré Poincaré metric Rotation number Số Betti Lý thuyết hỗn độn Sphere-world Định lý Poincaré–Bendixson Phương pháp Poincaré–Lindstedt Đệ quy Poincaré
Giải thưởng	RAS Gold Medal (1900) Huy chương Sylvester (1901) Huy chương Matteucci (1905) Giải Bolyai (1905) Huy chương Bruce (1911)
Chữ ký

Suy nghĩ đôi điều lan man một chút như thế cho vui và cũng để củng cố thêm niềm tin vào con đường chúng ta đã chọn và đang đi, mà tiếp tục “đẻ ra” những thí nghiệm hoang tưởng giản dị nhất có thể.

Còn bây giờ, chúng ta hãy ngắm nghía hình 2.

Hình 2: Sự lệch hướng truyền của tia sáng

Giả sử có hai môi trường đều là môi trường chân không I và II (nghĩa là chúng chẳng khác gì nhau cả!) bị phân cách bởi dải a. Dải a là một dải đặc biệt, được Tạo Hóa phù phép xuất hiện ở đó và xử sự theo ý của Ngài. Đường  vuông góc với dải a tại O. Cho một tia sáng xuất phát từ S đến O với vận tốc cực đại c. Một cách hình thức, có thể phân tích c ra hai thành phần vận tốc ngang và dọc là V₁ và V₂. Từ O tia sáng tiếp tục được truyền đi. Nhưng truyền đi đâu? Đi đâu là do sở thích của Tạo Hóa.

Nếu Ngài phán: tia sáng tuyệt đối không được xuyên qua dải phân cách a, thì vì có hiện tượng tác động tương hỗ mà thành phần V₂ sẽ phải chuyển biến thành -V₂, còn V₁ không đổi. Như vậy từ O, tia sáng tiếp tục truyền theo hướng S₁ với vận tốc cực đại bất biến c.

Nếu Ngài phán: cho phép tia sáng đi qua dải phân cách a và dải phân cách a không được đụng chạm tí gì đến nó thì nó bình thản giữ nguyên hướng truyền (S₃) và vận tốc c trong môi trường II.

Nếu Ngài phán: tia sáng phải đi vào môi trường II và dải phân cách a không được chạm tới nó, nhưng nó phải tăng thành phần V₁ lên một lượng là v, thì khi đó sẽ xuất hiện biểu thức:

Nghĩa là để c bất biến (vì không có bất cứ tác động tương hỗ nào giữa tia sáng và dải a) thì khi V₁ tăng lên, V₂ phải giảm tương ứng. Vậy hướng truyền của tia sáng trong môi trường II phải lệch đi so với hướng ban đầu và phải là hướng S₂.

Nếu Ngài phán: Tương tự như trên nhưng V₁ không được tăng mà phải giảm đi một lượng là v thì sẽ có:

Và tia sáng truyền trong môi trường II cũng phải lệch khỏi hướng ban đầu và phải là hướng S₄.

Vậy thí nghiệm ở hình 2 cho chúng ta rút ra được những nhận xét gì? Đây:

- Khi tia sáng từ O truyền theo hướng OS₁, thì đó chính là hiện tượng phản xạ ánh sáng. Khi truyền theo hướng OS₂, thì hiện tượng tương tự như hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong trường hợp môi trường II chiết quang hơn (có mật độ năng lượng cao hơn, “đặc” hơn) môi trường I. Khi không đổi hướng truyền ban đầu (tức theo hướng OS₃), thì không thể tồn tại thực dải phân cách a (hai môi trường I và II đồng nhất). Khi truyền theo hướng OS₄, thì hiện tượng tương tự với hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong trường hợp môi trường II kém chiết quang hơn môi trường I.

- Có thể dễ dàng thấy rằng, nguyên nhân làm lệch hướng truyền sáng trong thí nghiệm ở hình 2 là do sự biến đổi hai thành phần vận tốc V₁ và V₂ trong mối tương quan đảm bảo sự bất biến vận tốc tổng hợp c của chúng mà không có sự tác động nào của môi trường lên tia sáng.

- Theo nguyên lý nhân quả thì không thể làm biến đổi được hai thành phần vận tốc V₁ và V₂ nếu không có “cái gì đó” tác động đến tia sáng và “cái gì đó” ấy chắc chắn không phải là Hư Vô. Nghĩa là dù Tạo Hóa toàn năng toàn thiện đến mấy thì cũng không thể phán “suông” khơi khơi mà thỏa mãn ý thích của Ngài được. Muốn cho tia sáng từ O lệch hướng truyền, dải phân cách a phải là một tồn tại thực và hơn nữa, phải có sự khác nhau về độ chiết quang (mức năng lượng) giữa hai môi trường I và II.

- Có thể cho rằng thí nghiệm 2 là trường hợp lý tưởng của các hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng xảy ra trong thực tiễn.

Từ những nhận xét trên, chúng ta thấy thí nghiệm 2 đã gợi mở ra một điều quan trọng: có thể giải thích hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng bằng một cách khác hẳn với các cách chính thống hiện nay và trên cơ sở những biểu thức đã nêu ở phía trên của chúng ta để xác lập công thức tính chiết xuất.

 
Nhưng trước tiên chúng ta sẽ “hàn huyên” một chút với “câu chuyện nhỏ” sau đây:

Trên hình 3 gồm hai môi trường: môi trường I là chân không, môi trường II là nước tĩnh, và dĩ nhiên giữa chúng tồn tại thực sự mặt phân cách a.

Hình 3: Sự ngộ nhận về khúc xạ.

Bỏ qua sự trao đổi chất (và cả “bức xạ nền” nếu có) giữa hai môi trường ấy. Nếu SO là một tia sáng từ môi trường I truyền đến O và khúc xạ vào môi trường II thì vì môi trường II có mức năng lượng (mật độ năng lượng) cao hơn môi trường I thì theo định luật khúc xạ, nó phải truyền tiếp theo hướng OS₁, sao cho thỏa mãn điều kiện .

Khi SO không phải là tia sáng mà là một đoạn của đoạn thẳng (chiếc đũa chẳng hạn) SS₂ với phần bị nhúng vào môi trường II là OS₂ thì từ môi trường I, qua làn nước trong, chúng ta thấy dường như nó bị gãy tại O, co ngắn lại và thay cho đoạn OS₂ là đoạn OS₃. Mặt phẳng chứa SO và khác mặt phẳng chứa tia sáng đến mắt và ). Nếu không suy xét kĩ, chúng ta sẽ lầm tưởng sự khúc xạ thỏa mãn điều kiện . Tuy nhiên nhìn hình 3 thì thấy đó là hiện tượng phản xạ ánh sáng từ cái que đến O’ trong môi trường II rồi từ O’ chuyển hướng và truyền đến mắt theo đúng định luật khúc xạ. Đó là thực tại. Chỉ có điều thực tại đã biến thành hiện thực “lừa dối” trước mắt chúng ta! Phải chăng sự “lừa dối” ấy đã làm cho Niutơn ngộ nhận, phát biểu định luật khúc xạ một cách… “ngược đời”?...

Bây giờ, chúng ta bắt đầu vào “câu chuyện lớn”. Hãy xem hình 4!

Hình 4: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

Môi trường I vẫn là chân không, môi trường II vẫn là nước tĩnh. Tia sáng S truyền thẳng trong môi trường I, qua O vào môi trường II, bị khúc xạ, đổi hướng truyền sang hướng OS’. Để tiện theo dõi, trong thí nghiệm này, chúng ta gọi tia sáng S là “hạt sáng S”.

Trong chân không, hạt sáng S lan truyền theo đường thẳng với vận tốc cực đại c. Hạt sáng S không thể là Hư Vô được nên dù sao nó cũng phải có một khối lượng m nào đó để biểu diễn được năng lượng toàn phần của nó. Năng lượng đó bằng mc². Theo biểu thức thì có thể viết:

mc²=m_oc²+mc²

Và suy ra m_oc² = 0,  nghĩa là năng lượng nội tại của hạt sáng S khi lan truyền trong chân không bằng 0 hay coi như nó không có nội tại. Không thể hình dung được một thực thể chỉ có ngoài thôi mà không có trong, cho nên phải nghĩ rằng, hoặc c là vận tốc có thực cực đại của Vũ Trụ nhưng giới hạn vận tốc thực sự cực đại phải là một giá trị nào đó lớn hơn c (dù không một thực thể nào đạt được vận tốc này, kể cả hạt KG), hoặc khi hạt sáng lan truyền với vận tốc c, nội tại của nó lặn xuống, hòa lẫn với môi trường không gian nên cũng coi như không có nội tại (nhưng không thể không tồn tại cái gọi là khối lượng m của nó!).

Môi trường nước là môi trường có mức năng lượng rõ ràng là cao hơn chân không nên có tính chiết quang (nghĩa là cản sự truyền ánh sáng) và khi hạt sáng S truyền (cũng theo đường thẳng) trong đó thì vận tốc của nó không còn là c nữa mà giảm xuống đến giá trị V nào đó. Nghĩa là khi tia sáng trong chân không truyền đến O, lập tức vận tốc của nó bị giảm một lượng:

v = c - V

     hay v² = c² - V²

Viết như thế là đã qui ước góc lập giữa véctơ c và véctơ V là bằng 0, nghĩa là chúng trùng nhau về phương chiều.

Theo biểu thức thì đối với hạt sáng S truyền trong môi trường nước, phải viết được:

mc² = m_oc² + mV²

      Vì , nên:

Đại lượng mv² chính là biểu diễn năng lượng nội tại của hạt sáng S trong môi trường nước nhưng vì mức năng lượng đó “hòa đồng” với mức năng lượng của môi trường nước nên bị chìm khuất và coi như hạt sáng S cũng không có nội tại trong môi trường ấy. Có thể suy ra từ hiện tượng này nhận định quan trọng: những môi trường có mức năng lượng khác nhau thì được qui định những vận tốc cực đại khác nhau (với giá trị cực đại tuyệt đối là c) và chỉ có sự truyền sáng là đạt được vận tốc cực đại trong một môi trường nhất định.

Nhưng vì sao đường truyền của hạt sáng S trong môi trường nước lại bị khúc xạ, làm đổi hướng?

Thí nghiệm 2 gợi ý cho chúng ta nghĩ rằng, có hiện tượng đó là vì hai thành phần ngang và dọc của vận tốc c trong chân không đã cùng bị biến đổi như thế nào đó và trở thành hai thành phần ngang và dọc của vận tốc V trong môi trường nước, làm cho hạt sáng S truyền trong đó chậm hơn và bị lệch hướng. Vậy thì cụ thể tình hình xảy ra như thế nào?
 

(Còn tiếp)
---------------------------------------------------------------------------