Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 28)

MỘT KỈ NGUYÊN MỚI CỦA KHÁM PHÁ: ISAAC NEWTON

Trong Cuộc chiến Ba Mươi Năm chỉ có vài ba tiến bộ vật lí học diễn ra ở châu Âu, và nước Anh vẫn non yếu, nên ít có gì xảy ra ở đó. Thế nhưng chẳng bao lâu sau thì một trong những thời kì vĩ đại nhất của năng suất khoa học đã xảy đến, và một con người, Isaac Newton, là người chịu trách nhiệm chính cho nó. Newton hầu như chẳng hứng thú gì với quân sự, và ông không nghiên cứu trực tiếp bất kì dự án quân sự nào, nhưng các khám phá của ông có tác động rất lớn đối với vũ khí và chiến tranh, và do bởi những uyên bác của Newton, lần đầu tiên loài người đã có được một hiểu biết cơ bản về cơ sở vật lí của chúng.

Newton sinh ra vào tháng Giêng 1643 tại Woolsthorpe Manor ở nước Anh – cùng năm Galileo qua đời. Bố ông là một nông dân tương đối giỏi giang, song ông đã mất trước khi Newton chào đời. Không bao lâu sau khi sinh ra ông, mẹ của ông tái giá và để ông lại cho ông bà nội. Sau đó, ông theo học trường nội trú ở Grantham, và từ năm mười hai đến mười bảy tuổi ông học trường Kings School ở Grantham. Khi ông tốt nghiệp, mẹ ông muốn ông trở thành một nông dân, song không ổn. Ông chẳng quan tâm gì đến việc làm nông, và cuối cùng hiệu trưởng tại trường Kings School đã thuyết phục bà cho ông học trường Đại học Cambridge.14

Isaac Newton

Isaac Newton

Vào tháng Sáu 1661, ông vào trường Trinity College ở Cambridge để học toán, vật lí, thiên văn học, và quang học. Người ta chẳng biết gì nhiều về những năm tháng của ông tại Cambridge, song năng lực xuất sắc của ông đã thu hút sự chú ý của một trong các thầy dạy của ông, Isaac Barrow. Vào năm 1665, nạn dịch hạch xảy ra; Newton phải trở lại quê nhà. Năm tháng ông ở lại quê nhà ngày nay được xem là một trong những năm tháng quan trọng nhất trong lịch sử vật lí học. Chính trong năm đó (theo truyền thuyết) ông đã nhìn thấy một quả táo từ trên cây rơi xuống trong khu vườn nhà ông và bắt đầu cật vấn vì sao nó rơi. Sự kiện ấy sớm đưa đến “định luật hấp dẫn” nổi tiếng của ông – một trong những đột phá quan trọng nhất trong vật lí học. Cũng trong năm ấy, người ta kể rằng ông còn phát minh ra giải tích, nhưng lạ thay, ông giữ nó bí mật trong nhiều năm trời. Và trong khi ấy một dạng thức hơi khác của giải tích được khám phá bởi Leibniz ở Đức, và, do đó, về sau đã có sự tranh cãi kịch liệt xem ai là người thật sự phát minh ra giải tích.

Không bao lâu sau khi trở lại Cambridge, ông được bổ nhiệm làm giáo sư toán học, một chức danh ông vẫn giữ trong phần còn lại của đời mình. Và trong những năm đầu của ông, ông tiếp tục có những khám phá cơ bản, đặc biệt trong lĩnh vực ánh sáng và quang học, đồng thời liên quan đến cả chuyển động và động lực học. Ông trình bày một số khám phá của ông trước các nhà bác học tại Cambridge và thật bất ngờ vì ông bị phê bình khá nặng nề – và Newton không phải là người chịu nỗi sự phê bình. Ông tiếp tục các thí nghiệm của mình, và ông tiếp tục làm những khám phá quan trọng, song ông ghi chép và giữ chúng cho riêng ông trong nhiều năm trời. Thật vậy, nếu không có nhà thiên văn Edmond Halley thì có lẽ ông đã mang chúng cùng ông xuống mộ.

Vào năm 1687, Halley và một người bạn, nhà vật lí Robert Hooke, đang tranh luận về hình thức toán học của định luật hấp dẫn; họ đã có các ý tưởng về nó, song họ không chắc chắn. Halley biết Newton, và ông cam chắc Newton có thể phân xử cuộc tranh luận, vì thế ông đi tới chỗ Newton. Và vừa vặn thay, Newton đã có câu trả lời. Ông bảo Halley rằng ông đã chứng minh về mặt toán học rằng nó là một định luật nghịch đảo bình phương, và ông nói sẽ đưa cho họ xem. Ông tìm lại phép tính mà ông đã làm, song ông không tìm ra, nên ông hứa sẽ gửi cho Halley sau. Halley nhận được nó vài ngày sau và ông đã sửng sốt. Ông quay lại gặp Newton để bàn thêm về các kết quả và ông sửng sốt hơn nữa khi biết Newton không những khám phá định luật hấp dẫn, mà còn có vô số khám phá khác chưa từng được công bố. Câu chuyện này cuối cùng đưa đến một trong những quyển sách quan trọng nhất từng được xuất bản trong ngành vật lí, gọi là Các Nguyên lí Toán học của Triết học Tự nhiên, hay, như nó thường được gọi tắt, Principia.

Chứa đựng trong quyển Principia là ba định luật cơ bản về chuyển động, ngày nay gọi là các định luật Newton. Định luật thứ nhất nói rằng một vật sẽ tiếp tục ở trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng, trừ khi có lực tác dụng lên nó. Vào thời ấy, phát biểu này có vẻ như bất chấp lẽ thường. Chẳng có vẻ gì để các vật đang chuyển động thẳng đều tiếp tục chuyển động của chúng mãi mãi hết. Thế nhưng trừ khi có một lực tác dụng lên chúng làm thay đổi chuyển động của chúng, bằng không chúng cứ chuyển động thẳng đều. Định luật thứ hai của Newton nói về lực này. Nó nói rằng gia tốc tạo ra bởi một lực tác dụng lên một vật tỉ lệ thuận với độ lớn của lực, và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật đó. Đây là một ngôn ngữ hoàn toàn xa lạ đối với đa số mọi người lúc bấy giờ, nhưng nó sớm đem lại nhiều ý nghĩa, và nó cho chúng ta biết điều gì sẽ xảy ra với một vật đang chuyển động thẳng đều nếu có một lực tác dụng lên nó. Ta có thể rút gọn định luật thứ hai thành công thức a = F/m, trong đó là gia tốc thu được từ lực (F) tác dụng lên một khối lượng (m).

Định luật thứ ba của Newton đưa ra một khái niệm mới gọi là động lượng; nó được định nghĩa bằng khối lượng nhân với vận tốc (m × v). Và định luật thứ ba nói rằng tổng động lượng của một hệ vật cô lập giữ nguyên không đổi. Nói ngắn gọn, điều này có nghĩa là tổng động lượng trước một tương tác (ví dụ, một vụ va quẹt xe) sẽ luôn luôn bằng với tổng động lượng sau tương tác đó, giả sử không có tác động từ bên ngoài nào.

Dễ dàng thấy rằng mỗi một trong ba định luật này có tác động rất lớn đối với chiến tranh; chúng cho phép hiểu rõ hơn những thứ đại loại như sự giật lùi của khẩu súng, tác động của viên đạn, và vân vân. Song vẫn còn đó câu hỏi quan trọng là làm thế nào và tại sao mỗi viên đạn hay đạn pháo đều rơi trở lại đất. Galileo đã làm sáng tỏ phần nào vấn đề, song nói chung, nó vẫn là một bí ẩn. Newton giải quyết bí ẩn này với định luật hấp dẫn của ông. Nội dung của nó như sau: mỗi hạt trong vũ trụ hút lấy mỗi hạt vật chất khác bằng một lực tỉ lệ thuận với tích hai khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Ở hình thức toán học, nội dung này là F = m1m2/r2, trong đó F là lực, m1 và m2 là các khối lượng, và r là khoảng cách giữa chúng.

Tất nhiên, Newton chẳng nghĩ phương trình này bằng cách nào đó có can hệ với vũ khí chiến tranh, song ông hưng phấn áp dụng nó cho mặt trăng để dự báo chính xác chu kì của nó xung quanh Trái Đất. Khi ông làm tính, nó gần với cái đã được quan sát, nhưng không chính xác, và lí do bởi vì khoảng cách đến mặt trăng lúc ấy chưa được biết chính xác, và gia tốc trọng trường cũng vậy.

Tự các định luật này đã biến Newton thành một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất của mọi thời đại, nhưng chúng không phải những tiến bộ duy nhất mà ông làm nên. Ông còn làm những khám phá cơ bản liên quan đến ánh sáng và quang học. Về ánh sáng, chẳng hạn, ông chứng minh rằng ánh sáng trắng bao gồm ánh sáng thuộc mọi màu sắc, và một chùm ánh sáng trắng có thể bị tán sắc bởi một lăng kính thành một chùm đủ mọi màu sắc. Ông còn khám phá các định luật phản xạ và khúc xạ. Và ông đã phát minh ra kính thiên văn phản xạ đầu tiên (đa số các kính thiên văn lớn ngày nay sử dụng gương phản xạ). Toàn bộ những khám phá của ông về ánh sáng và quang học được nêu chi tiết trong quyển Opticks của ông, nó được xuất bản vào năm 1730.

Ngoài ra, Newton còn có những đóng góp quan trọng cho việc tìm hiểu âm thanh, nhiệt, thủy triều, và động lực học chất lưu, và ông còn làm một số khám phá quan trọng trong toán học, ngoài giải tích ra. Song có lẽ quan trọng nhất, ông là người đầu tiên thiết lập và sử dụng phương pháp khoa học hay phương pháp thực nghiệm. Đặc biệt, ông công bố bốn quy tắc lập luận khoa học. Và mặc dù Galileo đã sử dụng phương pháp thực nghiệm nhiều năm trước đó, nhưng chính Newton là người hoàn thiện nó. Ông còn nhấn mạnh vai trò mà lí thuyết và thực nghiệm phối hợp với nhau.

Những khám phá của ông ảnh hưởng gì đến chiến tranh? Một số chúng là ảnh hưởng trực tiếp, nhưng, nói chung, các định luật của ông về chuyển động và lực hấp dẫn có ảnh hưởng gián tiếp ở chỗ chúng cho phép các tay súng và nhà chế tạo vũ khí hiểu được cái đang diễn ra khi một khẩu súng khai hỏa, và làm thế nào viên đạn hay đạn pháo rơi trở lại đất. Mặt khác, các thí nghiệm quang học của ông sớm làm cho một trong những dụng cụ thiết yếu nhất của chiến tranh thành thực tiễn, đó là ống nhòm. Và chắc chắn, phát minh của ông về giải tích giữ một vai trò rất lớn.

Vật lí học và chiến tranh
Barry Parker - Bản dịch của TVVL
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 60)
11/11/2019
Định luật Coulomb về Tĩnh điện 1785 Charles-Augustin Coulomb (1736–1806) “Chúng ta gọi ngọn lửa của đám mây đen ấy là
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 59)
11/11/2019
Lỗ đen 1783 John Michell (1724-1793), Karl Schwarzschild (1873-1916), John Archibald Wheeler (1911-2008), Stephen William Hawking (1942-2018) Các nhà
Chuyển động của các hành tinh đặt ra giới hạn mới lên khối lượng graviton
11/11/2019
Có thể dùng chuyển động của các hành tinh để đưa ra ước tính tốt nhất cho giới hạn trên của khối lượng graviton – một
Đi tìm nguồn gốc của khái niệm du hành thời gian
10/11/2019
Giấc mơ du hành xuyên thời gian vốn đã xưa cũ và ở đâu cũng có. Thế nhưng niềm hứng khởi của con người đối với sự du
Thorium decahydride siêu dẫn ở 161 K
09/11/2019
Một nhóm nhà khoa học, dưới sự chỉ đạo của Artem Oganov ở Skoltech và Viện Vật lí và Công nghệ Moscow, và Ivan Troyan ở Viện
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 92)
09/11/2019
Các kiểu máy tính lượng tử Các nhà vật lí đang phát triển máy tính lượng tử không kì vọng chế tạo được ngay một mẫu
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 91)
09/11/2019
Điện toán lượng tử Máy tính lượng tử hứa hẹn làm thay đổi thế giới theo những cách mà chúng ta không thể hình dung nổi.
Định luật Coulomb về tĩnh điện (Phần 2)
08/11/2019
Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806), nhà vật lí Pháp nổi tiếng với định luật mô tả lực tương tác giữa hai điện tích

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com