CÁC BẬC NHÂN TÀI KHOA HỌC 26

(ĐC sưu tầm trên NET)
-76: Leon Foucault

1819-1868
Pháp
Vật Lý

Con lắc Foucault và Vũ trụ Nhất thể (Foucault pendulum and the Universe as a whole)

• 9 phản hồi

Abstract: In his book “Foucault’s pendulum”, Umberto Eco wrote: “Any fact becomes important when it’s connected to another”. More ten years ago, it was a so nice surprise to me when knowing that Foucault pendulum was tightly connected to the whole of Universe. It’s great! (Trong cuốn “Con lắc Foucault”, Umberto Eco viết: “Bất kỳ sự kiện nào cũng sẽ trở thành quan trọng khi nó được liên hệ với một sự kiện khác”. Hơn mười năm trước, thật ngạc nhiên thú vị vô cùng khi tôi biết rằng con lắc Foucault có mối liên hệ chặt chẽ với toàn bộ vũ trụ. Thật tuyệt vời!).

Đã hơn nửa thế kỷ trôi qua, nhưng có một kỷ niệm thơ ấu tôi không bao giờ quên: đó là câu chuyện về con lắc Foucault mà thầy dạy Địa lý năm đầu cấp II của tôi là thầy Cang kể cho học trò nghe.

Đầu tiên thầy làm thí nghiệm: buộc một vật nặng vào một sợi dây, đầu kia của sợi dây buộc vào một chiếc thước kẻ, hai tay thầy cầm hai đầu thước kẻ sao cho thước kẻ nằm ngang và cho vật nặng dao động như một con lắc đồng hồ. Trong khi con lắc dao động, hai tay thầy quay chiếc thước kẻ ở tư thế luôn luôn song song với sàn lớp học, rồi thầy nói:

– Các em nhìn đây, trong khi thước kẻ quay, con lắc vẫn dao động theo tư thế ban đầu, nó không chịu quay theo thước kẻ, thế có lạ không?

Rồi thầy giảng đó là hiện tượng con lắc Foucault, do Léon Foucault, một nhà vật lý người Pháp, khám phá ra và ông đã làm thí nghiệm như thế với một con lắc vĩ đại trong điện Panthéon ở Paris để chứng minh Trái Đất quay xung quanh trục.

Tôi trố mắt thán phục, nuốt từng lời thầy đến nỗi bây giờ vẫn cứ nghe như văng vẳng bên tai. Đối với tôi, đó là một trong những câu chuyện hấp dẫn nhất và thầy Cang là một trong những người thầy tuyệt vời nhất.

Nhưng chuyện con lắc Foucault không dừng lại ở đó. Nó luôn bám theo tôi với một câu hỏi: tại sao con lắc giữ nguyên mặt phẳng dao động của nó?

1/ Bản chất hiện tượng con lắc Foucault:

Lúc nhỏ tôi chưa đủ khôn để nghĩ tới câu hỏi ấy. Nhưng nó lờ mờ xuất hiện vào tuổi sinh viên, để rồi lớn dần lên với tuổi tác… và trong một thời gian dài tôi không tìm được câu trả lời.

Nhưng Kinh Thánh có câu: “Hãy gõ, cửa sẽ mở”.

Cuối cùng thì cửa đã mở: trong một dịp tha thẩn tại một hiệu sách ở Sydney, tôi gặp một cuốn sách với cái tên làm tôi không cưỡng nổi trí tò mò: “God’s Equation”[1]… Tôi mua ngay và đọc ngay. Càng đọc càng thích, và cái gì đến phải đến: tôi choáng váng vì xúc động khi gặp lại câu chuyện con lắc Foucault.

Giá sách chỉ có 37 AUD – quá rẻ để học được từ đó một bài học lớn: một tư tưởng được các nhà khoa học sau này gọi là Nguyên lý Mach (Mach’s principle) do nhà bác học lỗi lạc người Áo Ernst Mach nêu lên, mà nhờ đó có thể giải thích được luật quán tính nói chung và bản chất của hiện tượng con lắc Foucault nói riêng.Vấn đề này đã được trình bầy kỹ ở Chương 11 của cuốn sách nói trên, với tư tưởng chủ yếu như sau:

Theo Mach, mọi điểm vật chất trong vũ trụ đều chịu tác động của toàn bộ vũ trụ, tổng hợp lực của toàn bộ vũ trụ tác động lên một điểm vật chất chính là lực quán tính tác động lên điểm ấy, và lực quán tính làm cho con lắc giữ nguyên mặt phẳng dao động của nó, bất chấp Trái Đất quay.

Điều bất ngờ lý thú là Nguyên lý Mach lại trở thành tiền đề để Albert Einstein đi tới thuyết tương đối:

“…mục tiêu theo đuổi của Einstein là giải thích vũ trụ theo tư tưởng của Mach, trong đó sự phân bố khối lượng của vũ trụ sẽ tạo nên những cái khung quán tính (con lắc Foucault dao động đều đặn là do hợp lực của toàn bộ vật chất có khối lượng trong vũ trụ tác động lên nó). Einstein dường như đã tin vào nguyên lý Mach, và trong suốt thời gian ở Praha ông đã viết về sự đáng tin cậy của giả thuyết nói rằng tổng quán tính của một điểm khối lượng là do sự hiện diện của tất cả các khối lượng khác gây ra – một kiểu tương tác của một điểm vật chất với tất cả các khối lượng khác trong vũ trụ.  Sau này tại Zurich ông bị thuyết phục hơn bao giờ hết rằng nguyên lý đó có giá trị, và thậm chí ông đã viết cho Mach rằng nếu sự bẻ cong tia sáng được khám phá thì nó cũng sẽ xác nhận giả thuyết của Mach”[2].

Thí nghiệm năm 1919 của Thomas Eddington đã xác nhận tính cong của ánh sáng, chứng minh tính đúng đắn của Thuyết tương đối tổng quát và Nguyên lý Mach. Chỉ chừng ấy thôi cũng đã quá đủ để Ernst Mach được lịch sử khoa học đặt ở một vị trí vô cùng trang trọng. Wikipedia nhận định:

“Với tư cách là một nhà triết học khoa học, ông có ảnh hưởng chủ yếu đến chủ nghĩa thực chứng logic và thông qua sự phê phán của ông đối với lý thuyết của Newton, ông được xem như một nhà tư tưởng tiền thân của thuyết tương đối Einstein”.

Nếu “Tư tưởng tạo nên tầm vóc con người” (Pensée fait la grandeur de l’homme) như Pascal đã nói thì Mach phải được xem là một người khổng lồ, bởi Nguyên lý Mach không chỉ dẫn tới những hệ quả lớn lao trong vật lý, mà còn mang tầm cỡ triết học bao trùm toàn vũ trụ: nó là bằng chứng khoa học hùng hồn nhất để chỉ ra rằng VŨ TRỤ LÀ NHẤT THỂ!

Thật vậy, theo Nguyên lý Mach, bất kể vật chất nào trong vũ trụ cũng phải gắn kết chặt chẽ với toàn bộ phần còn lại của vũ trụ; không tồn tại bất kỳ một cá thể độc lập nào; sự phân chia vật chất thành những thành phần đối lập loại trừ lẫn nhau là sai lầm, giả tạo, bởi toàn vũ trụ là MỘT!

2/ Vũ trụ Nhất thể trong khoa học Tây phương:

Thực ra không chỉ Nguyên lý Mach mới thể hiện tư tưởng Vũ trụ Nhất thể. Khoa học Tây phương, một mặt triệt để áp dụng phương pháp phân tích “chẻ hoe sợi tóc” kiểu Descartes để chia tách sự vật thành những thành phần ngày càng nhỏ hơn hòng truy tìm bản chất của vật chất, nhưng tư tưởng bao trùm của nó vẫn là khám phá ra những nguyên lý phổ quát nhất của vũ trụ, nhằm thỏa mãn khát vọng nhìn thấy vũ trụ dưới dạng tổng thể, như ta chiêm ngưỡng một tòa lâu đài kỳ vĩ vậy. Mô hình Cơ học Newton, Thuyết tương đối tổng quát của Einstein, Lý thuyết Big Bang,… chính là những mô hình vũ trụ tổng thể như thế. Nhân đây xin kể một chuyện “vui”:

Năm 2004, tôi gửi bản thảo dịch cuốn “God’s Equation” tới NXB Trẻ, với tên sách là “Phương trình của Chúa”, nhưng Cục xuất bản không chấp nhận chữ “Chúa”, và yêu cầu đổi tiêu đề (thật đáng tiếc!). Tôi nghĩ mãi không biết đổi như thế nào. Cuối cùng tôi nghĩ ra cái tên dài dòng khô không khốc: “Câu chuyện về phương trình thâu tóm cả vũ trụ”. Nếu tác giả biết sách của ông bị “biến tấu” như thế, hẳn là ông sẽ rất thất vọng. Nhưng tôi không có lựa chọn nào khác – đành phải diễn giải “phương trình của Chúa” (tức phương trình trường trong Thuyết tương đối tổng quát của Einstein) như một nỗ lực thâu tóm toàn bộ cấu trúc của vũ trụ.

Nếu phương trình trường quá khó hiểu đối với quảng đại công chúng thì mô hình Big Bang lại rất gần gũi và dễ hiểu đối với mọi người, vì ở đó Vũ trụ Nhất thể đã lộ diện “rõ mồn một”: Điểm Kỳ Dị (singularity point) – điểm ban đầu của vũ trụ mà từ đó đã nổ tung để biến thành vạn vật hôm nay!

Không có gì hài hước khi so sánh Điểm Kỳ Dị của Lý thuyết Big Bang với Thái Cực trong Kinh Dịch, bởi trong con mắt của Kinh Dịch, cái gốc của vũ trụ là Thái Cực: Thái Cực sinh Lưỡng nghi, Lưỡng nghi sinh Tứ tượng, Tứ tượng sinh Bát quái, Bát quái sinh 64 quẻ ứng với vạn sự…

Lý thuyết thống nhất vật lý, mà ngày nay được gọi là Lý thuyết về mọi thứ (Theory of Everything) là một nỗ lực tột cùng của khát vọng mô tả Vũ trụ Nhất thể “bằng xương bằng thịt”, ngõ hầu sau đó các nhà vật lý có thể “nghỉ ngơi, thư giãn”, vì nhiệm vụ chủ yếu của vật lý đã hoàn thành! Việc khám phá ra “Hạt của Chúa” trong năm 2012 vừa qua đã làm nức lòng rất nhiều người rằng cái ngày ca khúc khải hoàn của vật lý sắp tới. Không biết cái ngày ấy có tới hay không, nhưng rõ ràng là vật lý khao khát cháy bỏng nhìn thấy một Vũ trụ Nhất thể hoàn chỉnh.

3/ Vũ trụ nhất thể trong triết học Đông phương:

Khác với Tây phương, Đông phương cổ đại không mất thì giờ tìm kiếm và chứng minh sự hiện hữu của Vũ trụ Nhất thể, bởi vì bằng trực giác, các nhà hiền triết cổ từ lâu đã tin chắc rằng NÓ ắt phải là cái GỐC của vạn vật. Không có NÓ thì không có vạn vật. NÓ được gọi bằng nhiều tên khác nhau: Dịch gọi là Thái Cực, Lão giáo gọi là ĐẠO. Bản thân chữ ĐẠO trong tiếng Hán là một từ “hội ý”, và những ý hội thành chữ Đạo cho thấy ý nghĩa của nó là cái gốc của Vũ trụ, là cái toàn thể của vũ trụ, cái thâu tóm và thống nhất vạn sự trong cái MỘT. Tóm lại, Đạo chính là tư tưởng nền móng của Vũ trụ Nhất thể. Tư tưởng của Đạo cũng như Thái Cực đã sớm được sơ đồ hóa dưới dạng Thái Cực đồ:

Tuy Đạo hay Thái Cực của Đông phương có những điểm tương đồng với Vũ trụ Nhất thể của Tây phương, nhưng Đạo hay Thái Cực rộng lớn hơn và phong phú hơn rất nhiều, bởi hai lẽ:

– Một, nó không chỉ bao gồm vật chất, mà còn bao gồm cả những gì được coi là phi vật chất hoặc siêu vật chất. Nói cách khác, nó bao gồm tất cả những gì mà giác quan và tư tưởng có thể nhận thức được.

– Hai, thay vì phân chia vũ trụ thành những phân tử, nguyên tử hay hạt cơ bản, sóng năng lượng,… vũ trụ Đông phương chỉ chú trọng tới yếu tố căn bản nhất, đó là sự cân bằng âm-dương, biểu hiện qua các cặp yếu tố đối lập: nữ-nam; lạnh-nóng; nguyệt-nhật; lõm-lồi; đêm-ngày; mềm-cứng; thụ động-chủ động; trực giác-logic lý luận;….

Để bổ sung cho cách nhìn vũ trụ thuần túy vật chất của Tây phương, tôi xin nêu lên một mô hình Vũ trụ Nhất thể chứa đựng cả vật chất lẫn các yếu tố phi vật chất, dựa trên cách thể hiện của khoa học Tây phương.

4/ Mô hình vũ trụ Elliptic-Hyperbolic:

Phần dương (+) trong mô hình trên, ký hiệu bởi (E), được giới hạn bởi đường Ellipse; phần âm (–), ký hiệu bởi (H), được giới hạn bởi các đường Hyperbole liên hợp với Ellipse. Cụ thể, mô hình E-H được xác định bởi các miền giới hạn bởi các đường cong có phương trình[3]:

trong đó hai phương trình

mô tả cùng một Ellipse: phương trình thứ nhất mô tả Ellipse trong hệ tọa độ Oxy, phương trình thứ hai mô tả Ellipse trong hệ OXY, hai hệ có thể biến đổi lẫn nhau sao cho hệ này biến thành hệ kia bằng một phép quay và đổi chiều trục sao cho y thành X và x thành –Y (phép hoán vị vai trò của biến và hàm).

Trong mỗi hệ tọa độ đó, Ellipse có một Hyperbole liên hợp tương ứng. Vậy nếu bỏ qua cái vỏ toán học để nhìn vấn đề dưới con mắt vật lý thì mỗi Ellipse sẽ có 2 Hyperbole liên hợp với nó và chúng sẽ xác định các phần dương và âm của vũ trụ.

Trong mô hình trên, (E) là phần dương (+), phần vũ trụ Elliptic, hoặc vũ trụ Einstein, tức vũ trụ chứa đựng tất cả những dạng vật chất có thể cân đong đo đếm được, bao gồm vật chất có khối lượng, năng lượng (và có thể cả vật chất tối lẫn năng lượng tối?). Trong khi chờ đợi việc khám phá ra bí mật của năng lượng tối, tôi cho rằng dưới tác dụng của hấp dẫn, không gian này bị lồi – có độ cong dương (elliptic curvature).

(H) là phần âm (–), phần vũ trụ Hyperbolic, chứa đựng tất cả những dạng tồn tại phi vật chất hoặc siêu vật chất không thể cân đong đo đếm được, có thể bao gồm cả thế giới sau sự sống mà tất cả các nền văn hóa trên thế giới đều tin rằng nó tồn tại.

Chú ý rằng Hyperbole thực chất chỉ là một Ellipse ảo. Thật vậy:

Điều đó nói lên rằng vũ trụ Hyperbolic và vũ trụ Elliptic thống nhất trong cùng một bản chất. Bản chất đó là gì nếu không phải là Đạo hay Thái Cực mà triết học Đông phương từng nói đến?

Mô hình vũ trụ Elliptic-Hyperbolic nói trên phong phú hơn mô hình vũ trụ Big Bang ở 2 điểm căn bản:

– Một, nó thâu tóm cả vật chất lẫn phi vật chất

– Hai, nó thể hiện rõ tính thống nhất và cân bằng âm dương – điều kiện thiết yếu của sự tồn tại và phát triển.

Trong một cuộc thảo luận bàn trà với tôi, nhà ngôn ngữ học Nguyễn Văn Chiến, nguyên chuyên viên nghiên cứu thuộc Viện Đông Nam Á, có một liên tưởng thú vị: khái niệm Thái Cực không phải là hoàn toàn trừu tượng, mà có thể “nhìn thấy”, “sờ thấy” qua hình ảnh của những sinh vật sinh sản vô tính: con giun, con sán,… có thể sinh sôi nẩy nở bằng cách tự phân chia, thay vì kết hợp hai giống đực và cái. Điều đó có nghĩa là những sinh vật này đã chứa đựng trong bản thể của nó cả âm lẫn dương. Chỉ có điều là sinh vật học chưa khám phá được cơ chế kết hợp âm dương nội tại trong những sinh vật này diễn ra như thế nào. Nhưng dù chưa biết rõ điều đó, chúng ta vẫn có thể khẳng định rằng những sinh vật này là những “thái cực thu nhỏ”.

Trở lại với mô hình vũ trụ Elliptic-Hyperbolic (một “Thái cực đồ” kiểu Tây phương), tôi tin rằng từ mô hình này chúng ta có thể giải thích được nhiều điều mà mô hình thuần túy vật chất không giải thích được.

Chẳng hạn, tôi cho rằng tồn tại một thế giới sau sự sống. Nhưng vì thế giới ấy nằm trong vũ trụ “elliptic ảo” nên chúng ta rất khó tiếp cận (trừ những người có ngoại cảm đặc biệt) – thế giới “ảo” không tuân thủ các định luật vật lý trong không-thời-gian của chúng ta, do đó chúng ta không thể kiểm chứng trực tiếp bằng giác quan hoặc gián tiếp qua các dụng cụ vật lý. Tuy nhiên “ảo” không có nghĩa là “không có thực” (như nghĩa gốc của từ imaginary), “ảo” không có nghĩa là không có, không tồn tại, mà đơn giản chỉ có nghĩa là chuyển từ một dạng tồn tại này sang một dạng tồn tại có chiều ngược lại, giống như nhân một vector với bình phương của số ảo (khi nhân một vector với bình phương của số ảo ta được vector đối của vector đã cho).

Khái niệm “thực vs ảo” hoàn toàn chỉ có ý nghĩa tương đối như hai mặt của một đồng xu – nhìn thấy mặt này thì không thấy mặt kia, nhưng cả hai mặt đều “thực”. Con người có thói quen coi cái trông thấy là “thực”, cái không thấy là “ảo”.

Khi ta tồn tại trong thế giới sống thì thế giới sống là “thực” và thế giới sau sự sống là “ảo”. Khi ta trở về với thế giới sau sự sống thì thế giới đó là “thực” và thế giới sống là “ảo”. Có lẽ những nhà tu hành đắc đạo có khả năng siêu phàm vượt ra khỏi không-thời-gian của thế giới sống để nhận ra tính hư ảo và tạm bợ của thế giới này nên mới mách cho chúng ta biết rằng mọi ham muốn vật chất trong thế giới sống chỉ là những ham muốn tầm thường. Albert Einstein không cần tu đắc đạo nhưng tâm hồn lãng mạn của ông cũng chắp cánh cho ông bay cao để nhận ra chân lý giống như một bậc tu hành, ông nói: “Những mục đích tầm thường mà người đời theo đuổi như của cải, thành đạt bề ngoài, sự xa xỉ, với tôi từ thời trẻ đã luôn đáng khinh”[4].

Mô hình vũ trụ E-H còn đặt ra một câu hỏi đáng để suy ngẫm và tìm câu trả lời: “khoảng trống” – khoảng mầu trắng – không thuộc (E) và cũng không thuộc (H) là vũ trụ gì vậy?

Tôi xin nêu một giả thuyết:

Khoảng trắng trong mô hình vũ trụ E-H là một “vũ trụ medium” – một vũ trụ không E không H, hoặc vừa E vừa H, tức không âm không dương, hoặc vừa âm vừa dương. Sự chuyển tiếp từ vũ trụ dương sang vũ trụ âm có thể đi thông qua các cực đông, tây, nam, bắc của Ellipse, hoặc có thể thông qua “vũ trụ medium”. Những nhà ngoại cảm có thể là những người tồn tại trong “vũ trụ medium” nên họ có thể nhận được thông tin của cả hai thế giới: thế giới sống và thế giới sau sự sống. Có những người vốn không có khả năng ngoại cảm, nhưng sau những sự cố đặc biệt (thập tử nhất sinh) bỗng có những khả năng đặc biệt mà chúng ta không có. Có lẽ sự cố đặc biệt ấy chẳng qua là sự chuyển tiếp từ vũ trụ Elliptic (thế giới sống) sang “vũ trụ medium”.

5/ Thay lời kết:

Một, giống như Thái cực đồ của Đông phương cổ đại, mô hình E-H chia vũ trụ thành những phần âm, dương cách biệt, có đường biên rõ ràng, nhưng đó chỉ là một biểu tượng để phân biệt các yếu tố làm nên vũ trụ. Thực tế thì âm, dương lẫn lộn, tồn tại xen kẽ hoặc cùng tồn tại trong một sự vật hay sự việc. Tùy từng sự vật hay sự việc, yếu tố dương, âm có thể biểu lộ rõ hơn, mạnh hơn, hay mờ hơn, yếu hơn. Nhưng tiên đề của cổ học Đông phương đã khẳng định rằng có dương thì ắt có âm cân bằng với nó.

Hai, câu chuyện con lắc Foucault của thầy Cang không ngờ đã kéo tôi đi vòng quanh thế giới, “bay lang thang trong vũ trụ”. Khi đã trưởng thành, tôi được biết thầy không chỉ giỏi khoa học, mà còn là một tâm hồn đầy ắp văn chương (nghe nói thầy là một pho bách khoa thơ Đường). Tóm lại thầy là một tâm hồn lãng mạn.

Lãng mạn là gì? Lãng mạn là biết đặt câu hỏi và sống với khát vọng tìm ra câu trả lời.

Nếu câu chuyện con lắc Foucault và Vũ trụ Nhất thể kích thích độc giả đặt câu hỏi và say đắm tìm câu trả lời thì đó là hạnh phúc của người kể chuyện.

Ngày 13/09/2013

PVHg

---

[1] “God’s Equation”, Amir Aczel, Four Walls Eight Windows, 1999. Bản tiếng Việt: “Câu chuyện về phương trình thâu tóm cả vũ trụ”, người dịch: Phạm Việt Hưng, NXB Trẻ 2004. Trên PhamVietHung’s Home: https://viethungpham.wordpress.com/2012/12/29/phuong-trinh-cua-chua-chuong-11-suy-xet-vu-tru/

[2] Sách đã dẫn, trang 158 (bản tiếng Anh), trang 190 (bản dịch tiếng Việt)

[3] Xem thêm Phụ Lục ở cuối bài

[4] Thế giới như tôi thấy, NXB Tri thức 2005, trang 17

Định nghĩa dòng điện Fu-cô (Foucault)

/Vật Lý /Định nghĩa dòng điện Fu-cô (Foucault)

• 06/12/2017
• Vật Lý

Định nghĩa dòng điện Fu-cô

Dòng điện Fu-cô (Foucault) là dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian.
Tính chất của dòng điện Fu-cô: Dòng điện Fu-cô có tính chất xoáy.
Ứng dụng của dòng điện Fu-cô

• Tác dụng gây lực hãm của dòng điện Fu-cô được ứng dụng như: phanh điện từ của xe có trọng tải lớn, công tơ điện.
• Tác dụng nhiệt của dòng điện Fu-cô được ứng dụng trong các lò luyện kim để nấu chảy kim loại.
• Dòng điện Fu-cô có ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống. Ví dụ như trong bếp từ: làm cho các phân tử chất lỏng dao động nhanh lên khiến nhiệt độ tăng cao, nấu kim loại, làm quay đĩa nhôm trong công tơ điện (đồng hồ tính điện năng thường sử dụng ở nhà).
• Nhiệt tỏa ra do dòng điện Fu-cô có thể làm lõi sắt bị nóng, làm hỏng máy.
• Dòng điện Fu-cô luôn có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó nên nó làm giảm công suất của động cơ.

Ứng dụng dòng Fu-cô trong bếp từ

Cách làm giảm tác hại của dòng điện Fu-cô
Lý do:

• Các lá sắt được làm bằng nhiều lá Tôn si ghép cách điện với nhau, những là sắt mỏng này được đặt song song với đường sức từ. Lúc đó dòng điện Fu-cô chạy trong từng lá mỏng điện trở lớn nên có cường độ nhỏ làm giảm hao phí điện năng và lõi sắt ít bị nóng.
• Trong các máy biến thế và động cơ điện, lõi sắt của chúng nằm trong từ trường biến đổi. Trong lõi có các dòng điện Fu-cô xuất hiện. Do hiệu ứng Joule-Lenz, năng lượng của các dòng Fu-cô bị chuyển hóa thành nhiệt làm máy nhanh bị nóng, một phần năng lượng bị hao phí và làm giảm hiệu suất máy.

Biện pháp:

• Để giảm tác hại này, người ta phải giảm dòng Fu-cô xuống. Muốn vậy, người ta tăng điện trở của các lõi. Người ta không dùng cả khối sắt lớn làm lõi mà dùng nhiều lá sắt mỏng được sơn cách điện và ghép lại với nhau sao cho các lát cắt song song với chiều của từ trường
• Dòng điện Fu-cô do đó chỉ chạy trong từng lá mỏng. Vì từng lá đơn lẻ có kích thước nhỏ, do đó có điện trở lớn, nên cường độ dòng điện Fu-cô trong các lá đó bị giảm đi nhiều so với cường độ dòng Fu-cô trong cả khối sắt lớn. Vì vậy, năng lượng điện bị hao phí cũng giảm đi. Đó là lý do tại sao các máy biến thế truyền thống thường dùng các lõi tôn silic (sắt silic) được cán mỏng bởi chúng có điện trở suất sẽ làm giảm thiểu tổn hao do dòng Fu-cô; hoặc các lõi biến thế hiện nay sử dụng các vật liệu từ mềm đặc biệt là hợp kim tinh thể nano có điện trở suất cao.
• Trong kỹ thuật cao tần và siêu cao tần, người ta bắt buộc phải sử dụng lõi dẫn từ là các vật liệu gốm Ferit có điện trở suất cao làm tổn hao Fu-cô được giảm thiểu.

Định nghĩa dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do.
Trong chuyển động, các electron tự do luôn va chạm với các ion ở nút mạng và truyền một phần động năng cho chúng. Sự va chạm này là nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại.
Công thức tính cường độ dòng điện trong kim loại chạy qua một dây dẫn:
I = n0.e.S.v
Trong đó:
n0 là mật độ electron tự do (hạt/m3 hay m−3).
e là điện tích của 1 electron ( e = 1,6.10−19C).
v là vận tốc trung bình của các e tự do (m/s).
S là tiết diện dây dẫn (m2).

-77: Hendrik Antoon Lorentz
 
1853-1928
Hà Lan
Vật Lý 

H. A. Lorentz: Nhà bác học - nhân cách lớn

02/12/2006 12:04 GMT+7

TTO - Tiểu luận này được Einstein viết xong cuối tháng 2 năm 1953 để gửi đến Lễ kỷ niệm 100 năm ngày sinh của H. A. Lorentz (18.7.1853 - 18.7. 1953) ở Leiden, Hà Lan.Vào giai đoạn chuyển giao thế kỷ, H. A. Lorentz được các nhà vật lý lý thuyết của mọi quốc gia xem là lãnh tụ tinh thần, và điều đó hoàn toàn có cơ sở.

Các nhà vật lý thế hệ trẻ hơn thường không ý thức được đầy đủ về vai trò quyết định của H. A. Lorentz trong việc thiết lập những ý tưởng cơ sở cho vật lý lý thuyết.

Sở dĩ có sự lạ lùng này là vì những ý tưởng nền tảng của Lorentz đã trở thành máu thịt của họ, đến nỗi họ không còn khả năng ý thức trọn vẹn về sức nặng của các ý tưởng này cũng như sự đơn giản hóa trong nền tảng vật lý nhờ chúng mà có được.

Khi H. A. Lorentz bắt đầu sự nghiệp, thuyết Maxwell về điện từ đã được khẳng định. Song gắn liền với lý thuyết này là một sự phức tạp đáng lưu ý về nền tảng, khiến cho những đặc điểm chủ yếu của lý thuyết đã không được bộc lộ hoàn toàn rõ ràng. Khái niệm "trường" tuy đã thay thế được khái niệm "tác động từ xa", song điện trường và từ trường chưa được xem là các đại lượng cơ bản, mà chỉ là các trạng thái của vật chất có trọng lượng, được xét như các môi trường liên tục (continuum). Theo đó, điện trường được phân tách ra thành: vectơ của cường độ điện trường và vectơ của chuyển dịch điện môi. Trong trường hợp đơn giản nhất, hai trường này được kết nối với nhau bằng hằng số điện môi; song về nguyên tắc, chúng được nhìn nhận và xử lý như hai đại lượng độc lập. Với từ trường, tất cả cũng tương tự như vậy. Quan niệm cơ bản này tương ứng với việc người ta xử lý không gian rỗng như một trường hợp đặc biệt của vật chất có trọng lượng, mà trong đó quan hệ giữa cường độ [điện, từ] trường và dịch chuyển điện môi chỉ xuất hiện một cách đặc biệt đơn giản. Nhất là, từ quan niệm này nảy sinh một hệ quả: điện trường và từ trường không thể được xem xét độc lập với trạng thái chuyển động của vật chất (vật chất được coi là khung đỡ cho điện trường và từ trường).

Ta có thể hiểu rõ về quan điểm được xem là phổ biến thời đó trong điện động học Maxwell bằng cách tham khảo công trình nghiên cứu của Heinrich Hertz về điện động học của các vật chuyển động.

Và ở đây, Lorentz đã đưa ra lời giải đáp. Ông đã đặt cơ sở nghiên cứu của mình một cách chặt chẽ trên giả thuyết sau:

Nơi trụ của trường điện từ là không gian rỗng. Trong không gian rỗng chỉ có một vectơ điện trường và một vectơ từ trường. Trường này được sản sinh do các hạt tích điện dạng nguyên tử, và đồng thời trường tác động ngược lại vào các hạt tích điện đó theo cách phản điện (pondermotive). Một sự kết nối giữa trường điện động (electromotive) với vật chất có trọng lượng chỉ tồn tại khi các hạt tích điện cơ bản không tách rời với các phần tử dạng nguyên tử của vật chất. Định luật chuyển động của Newton có giá trị trong trường hợp sau.

Dựa trên nền tảng đã được đơn giản hóa này, Lorentz đã thiết lập một thuyết hoàn chỉnh về tất cả các hiện tượng điện từ đã biết đến khi đó, kể cả hiện tượng điện động của các vật chuyển động. Đó là một tác phẩm của sự mạch lạc, rõ ràng và đẹp đẽ đến mức hiếm khi có thể đạt được ở một ngành khoa học vốn đặt nền móng trên kinh nghiệm. Hiện tượng duy nhất mà thuyết này không giải thích được triệt để - nghĩa là không giải thích được nếu thiếu các giả thiết bổ sung - là thí nghiệm nổi tiếng Michelson-Morley. Thí nghiệm này đã dẫn đến thuyết tương đối hẹp, và điều đó là không thể tưởng tượng được nếu thiếu sự quy điểm trụ của điện từ trường vào không gian rỗng. Bước tiến cơ bản là việc đưa các phương trình của Maxwell trở lại xem xét trong chân không - hay là trong ether theo cách nói hồi đó.

H. A. Lorentz thậm chí đã tìm ra một phép biến đổi mang tên ông: "Phép biến đổi Lorentz" - tuy nhiên ông đã không để ý đến những tính chất nhóm của nó. Đối với ông, các phương trình Maxwell trong không gian rỗng chỉ đúng trong một hệ tọa độ nhất định, đứng yên đối với tất cả các hệ tọa độ khác. Đó hẳn là một quan niệm nghịch lý, bởi xem ra thuyết ấy còn hạn chế hệ quán tính hơn cả cơ học cổ điển. Tình hình ấy, xét từ quan điểm thực nghiệm thì không mấy phấn khởi, nhưng ắt hẳn đã dẫn tới thuyết tương đối hẹp.

Nhờ sự tiếp đón thân tình của Đại học Leiden, tôi thường có thời gian lưu lại nhiều ngày ở Leiden - nơi tôi thường tá túc tại nhà người bạn yêu mến không quên Paul Ehrenfest. Thời gian đó, tôi thường có cơ hội cùng tham dự các bài giảng của Lorentz, các bài giảng mà ông thường thực hiện đều đặn trước một cử tọa hẹp trong giới chuyên môn trẻ tuổi hơn, sau khi ông đã rút khỏi vị trí giảng dạy chính thức. Tất cả những gì đến từ khối óc siêu việt ấy đều sáng sủa và đẹp đẽ tựa như một tác phẩm nghệ thuật hoàn hảo, và người ta có cảm tưởng rằng, tất cả đều đến một cách thoải mái và dễ dàng. Tôi chưa từng thấy điều tương tự ở bất kỳ ai khác.

Nếu chúng ta có thể truyền lại cho giới trẻ biết rằng H. A. Lorentz là một trí tuệ sáng ngời, thì chỉ với điều đó thôi, sự ngưỡng mộ và kính trọng của chúng ta đối với ông đã là độc nhất vô nhị. Còn riêng cá nhân tôi, điều tôi luôn cảm nhận mỗi khi nghĩ về H. A. Lorentz, điều mãi mãi không phai mờ trong tôi, là: ông có ảnh hưởng với tôi hơn tất cả những người mà tôi đã gặp trên đường đời.

Giống như cách ông làm chủ vật lý và hình thức toán học, ông cũng làm chủ bản thân mình dễ dàng và thoải mái như vậy. Sự thiếu vắng kỳ lạ về các điểm yếu của con người nơi ông không bao giờ khiến người khác cảm thấy nặng nề. Ai cũng cảm nhận được sự vượt trội của ông, song không ai thấy mặc cảm. Bởi vì, mặc dù ông hiểu thấu con người và các quan hệ giữa người với người, ông luôn dành thiện chí như nhau cho tất cả mọi người. Chưa bao giờ ông tỏ ra muốn chế ngự mà luôn luôn chỉ muốn phục vụ và giúp đỡ. Ông luôn tận tâm tận sức, và chưa bao giờ xem sự đền đáp công trạng là quan trọng. Nét hài hước tinh tế trong ánh mắt và trên nụ cười đã luôn bảo vệ ông trước điều đó. Nó cũng hợp với thực tế, là bên cạnh tất cả những cống hiến cho tri thức khoa học, ông còn thấu hiểu rằng, sự hiểu biết của chúng ta không thể nào thâm nhập sâu vào bản chất của sự vật. Thái độ nửa hoài nghi nửa hạ mình này, phải mãi tới khi có tuổi, tôi mới biết đánh giá hết.

Ngôn từ - hoặc ít nhất là ngôn từ của tôi - không thể nói hết được điều muốn nói trong bài tiểu luận ngắn này, dù tôi đã cố gắng một cách nghiêm cẩn. Vì vậy tôi muốn trích dẫn hai câu nói ngắn của Lorentz, những câu đã đặc biệt gây tác động đến tôi:

"Tôi thấy hạnh phúc được là công dân của một quốc gia nhỏ, nhỏ đến độ nó không thể gây ra những sự ngu xuẩn lớn."

Trong một cuộc trao đổi hồi Chiến tranh Thế giới thứ Nhất, một quý ông đã cố gắng thuyết phục Lorentz rằng, số phận con người được quyết định bởi sức mạnh và bạo lực, ông trả lời: "Rất có thể là ngài có lý, nhưng tôi không muốn sống trong một thế giới như vậy".

ALBERT EINTEIN

Hendrik Antoon Lorentz

Người đăng: Trần Nghiêm

27/07/2008

Giải thưởng Nobel Vật lí 1902 Hendrik Antoon Lorentz sinh ra tại Arnhem, Hà Lan, vào ngày 18 tháng 7 năm 1853, là con trai của ông chủ nhà trẻ Gerrit Frederik Lorentz và vợ ông là bà Geertruida van Ginkel. Khi ông lên 4 tuổi, mẹ của ông qua đời, và vào năm 1862 cha của ông cưới bà Luberta Hupkes. Vào những ngày ấy, trường học không chỉ dạy vào buổi sáng và chiều, mà còn cả vào buổi tối, khi việc dạy học được tự do hơn (theo xu hướng giống như phương pháp Dalton). Theo xu hướng này, vào năm 1866, trường trung học đầu tiên (H.B.S.) tại Arnhem được mở cửa, Hendrik Lorentz, là một học sinh năng khiếu, sẵn sàng được nhận vào học lớp ba. Sau khi học lớp 5 và một năm nghiên cứu kinh điển, ông vào trường đại học Leyden vào năm 1870, lấy bằng cử nhân khoa học toán và vật lí vào năm 1871, và quay trở lại trường Arnhem vào năm 1872 trở thành thầy giáo dạy lớp buổi tối, đồng thời chuẩn bị cho luận án tiến sĩ của ông về sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng. Năm 1875, ở vào tuổi 22, ông lấy được bằng tiến sĩ củamình, và chỉ ba năm sau đó ông được bổ nhiệm là trưởng khoa Vật lí Lí thuyết tại Leyden, khoa mới được thành lập dành cho ông. Bỏ qua nhiều lời mới giữ những chức vụ ở nước ngoài, ông luôn giữ được lòng thủy chung với học hiệu của mình.Từ năm 1912 trở về sau, khi ông đồng ý một vai trò kiêm nhiệm tại Haarlem là Ủy viên ban quản trị Bộ máy Vật lí của Quỹ Teyler và Thư kí "Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen" (Hội Khoa học Hà Lan), ông tiếp tục ở lại Leyden làm giáo sư đặc biệt, tiếp tục lên lớp vào mỗi sáng thứ hai trong quãng đời còn lại của ông. Những vị giám đốc nhìn xa trông rộng của Quỹ Teyler cứ thế cho phép trí tuệ vô song của ông được tự do thoát khỏi những nghĩa vụ hàn lâm lẽ thường, cho phép ông thả sức tung cánh xa hơn nữa trong những địa hạt hẻo lánh nhất của khoa học mà chỉ một số ít người có khả năng đạt tới. Từ khi bắt đầu công việc nghiên cứu khoa học của mình, Lorentz đã xem nhiệm vụ của ông là mở rộng lí thuyết của James Clerk Maxwell về điện và về ánh sáng. Ngay trong luận án tiến sĩ của mình, ông đã xem xét hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng từ lập trường này, khi đó còn khá mới. Công trình nghiên cứu cơ bản của ông trong các lĩnh vực quang học và điện học đã cách mạng hóa những quan niệm đương thời về bản chất của vật chất. Năm 1878, ông cho xuất bản một chuyên luận về mối quan hệ giữa vận tốc ánh sáng trong một môi trường và mật độ và thành phần của môi trường đó. Công thức thu được, được đề xuất gần như đồng thời bởi nhà vật lí người Đan Mạch Lorenz, trở nên nổi tiếng với tên gọi là công thức Lorenz-Lorentz. Lorentz cũng có những đóng góp cơ bản cho nghiên cứu các hiện tượng về vật chuyển động. Trong một chuyên luận mở rộng về sự quang sai của ánh sáng và các vấn đề phát sinh đi cùng với nó, ông đã đi theo giả thuyết của A.J. Fresnel về sự tồn tại của một chất ether bất động, chất tự do thấm đẫm mọi vật thể. Giả thuyết này hình thành nên cơ sở của một lí thuyết tổng quát về các hiện tượng điện và quang của những vật thể đang chuyển động. Từ khi Lorentz đẩy lùi quan niệm electron; quan điểm của ông rằng hạt tích điện, nhỏ bé của ông giữ vai trò trong các hiện tượng điện từ trong vật chất cân được khiến cho người ta có thể áp dụng lí thuyết phân tử cho lí thuyết điện, và cho giải thích hành trạng của sóng ánh sáng đi qua các vật trong suốt đang chuyển động. Cái gọi là phép biến đổi Lorentz (1904) dựa trên thực tế là lực điện từ giữa các điện tích là đối tượng cho những biến đổi nhỏ do chuyển động của chúng, mang lại một sự co nhỏ ở kích thước của các vật đang chuyển động. Nó không những giải thích thỏa đáng sự vắng mặt biểu kiến của chuyển động tương đối của Trái đất so với ether, như xác nhận bởi các thí nghiệm của Michelson và Morley, mà còn đặt nền tảng cho lí thuyết tương đối đặc biệt của Einstein. Cũng có thể nói rằng Lorentz được tất cả các nhà vật lí lí thuyết xem là có tinh thần hàng đầu thế giới, người đã hoàn thành cái còn để lại không hoàn chỉnh bởi người tiền nhiệm của ông và chuẩn bị nền tảng cho sự tiếp nhận thành công những ý tưởng mới dựa trên thuyết lượng tử. Năm 1919, ông được bổ nhiệm làm Chủ tịch Ủy ban có nhiệm vụ nghiên cứu sự vận động của nước biển có thể trông đợi trong và sau khi cải tạo xứ Zuyderzee ở Hà Lan, một trong những công trình vĩ đại nhất của mọi thời đại về kĩ thuật dẫn nước. Những kết quả tính toán lí thuyết của ông, kết quả của tám năm nghiên cứu tiên phong, đã được xác nhận trong thực tiễn theo kiểu gây ấn tượng nhất, và kể từ đó có giá trị vĩnh cửu cho khoa thủy lực học. Vô số danh dự và danh hiệu từ khắp thế giới đã trao cho Lorentz. Các cuộc gặp quốc tế đã được ông chủ trì với kĩ năng ngoại hạng, cả ở nhân cách nhã nhặn và nghiêm túc của ông lẫn quyền làm chủ tài tình về ngôn ngữ. Cho đến khi ông qua đời, ông là chủ tịch của tất cả các Hội nghị Solvay, và năm 1923 ông được bầu làm thành viên của “Ủy ban quốc tế về hợp tác trí tuệ” thuộc Liên hiệp quốc. Trong Ủy ban này, gồm chỉ bảy vị học giả lỗi lạc nhất thế giới, ông trở thành chủ tịch vào năm 1925. Nhờ uy tín lớn của ông trong giới chính khách ở nước ông, Lorentz có thể thuyết phục họ về tầm quan trọng của khoa học đối với nền sản suất quốc gia. Từ đó, ông đã khởi xướng các bước cuối cùng đưa đến sự hình thành của tổ chức ngày nay thường được biết tới dưới cái tên viết tắt T.N.O. (Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng Hà Lan). Lorentz là một người có nhân cách rất tốt. Là một người vị tha, đầy chân thật với những ai từng tiếp xúc với ông, ông được quý mến với tư cách vừa là nhà lãnh đạo của thời ông vừa là một công dân gương mẫu. Năm 1881, Lorentz cưới bà Aletta Catharina Kaiser, con gái của J.W. Kaiser, vị giáo sư tại Viện Hàn lâm nghệ thuật tinh tế, giám đốc viện bảo tàng sau này trở nên nổi tiếng là Rijksmuseum (Bảo tàng quốc gia) Amsterdam, người thiết kế những con tem bưu chính đầu tiên của Hà Lan. Họ có hai người con gái và một con trai và cuộc hôn nhân này. Người con gái lớn, tiến sĩ Geertruida Luberta Lorentz, là một nhà vật lí độc lập và kết hôn cùng giáo sư W.J. de Haas, giám đốc Phòng thí nghiệm nghiên cứu kĩ thuật đông lạnh (Phòng thí nghiệm Kamerlingh Onnes) thuộc trường đại học Leyden.  Lorentz mất tại Haarlam, vào ngày 4 tháng 2 năm 1928.  Trích Nobel Lectures, Physics 1901-1921, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1967  hiepkhachquay (theo nobelprize.org)

-78: James Chadwick
 
1891-1974
Vương Quốc
Vật Lý 

Ngày 27 tháng 2 năm 1932: Phát hiện ra hạt neutron trong hạt nhân nguyên tử

Phóng thí nghiệm của James Chadwick, nơi ông tìm ra hạt neutron bên trong hạt nhân nguyên tử.

James Chadwick là nhà vật lý người Anh, ông đã nhận giải Nobel vật lý năm 1935 với việc phát hiện ra hạt neutron trong hạt nhân nguyên tử. Trong khi tiến hành một thí nghiệm vào năm 1932, James đã tiến hành một thử nghiệm tán xạ các hạt alpha bằng cách bắn phá các hạt này bằng tia berili. Sau đó ông phát hiện ra bên trong hạt nhân nguyên tử có các hạt trung tính, mà sau này ông đặt tên là hạt neutron.

Leo Szilard - thiên tài trong bóng tối

23/06/2015

Leo Szilard là nhà khoa học thiên tài nhưng ít người biết tới. Những phát minh của ông có ảnh hưởng sâu sắc tới thế giới, như bom nguyên tử và cách chức một số bệnh ung thư bằng xạ trị.
Leo Szilard - nhà khoa học thiên tài
Leo Szilard (1898-1964) là một nhà vật lý học người Mỹ gốc Hungary. Ông là chủ nhân của bằng phát minh duy nhất về bom nguyên tử. Năm 1932, hạt nơtron được James Chadwick khám phá năm 1932. Ngay sau đó, Szilard phát minh và đăng ký sáng chế ý tưởng phản ứng hạt nhân dây chuyền dựa trên nơtron năm 1933.

Albert Einstein và Leo Szilard (phải) thảo luận về lá thư gửi tổng thống Mỹ Roosevelt. (Ảnh: OSTI)