Đã chứng minh được phương trình chất khí Boltzmann sau 140 năm

Đã 140 năm trôi qua, nhưng chỉ đến lúc này chúng ta mới có được sự chứng minh toán học cho một phương trình hạt giống mô tả hành trạng các chất khí là đúng. Robert Strain và Philip Gressman tại trường đại học Pennsylvania đã sử dụng các công cụ toán học hiện đại để tìm nghiệm cho phương trình Boltzmann, phương trình tiên đoán chuyển động của các phân tử chất khí.

Sự tồn tại của các phân tử vẫn còn là vấn đề gây tranh cãi lúc Ludwig Boltzmann thiết lập phương trình của ông vào năm 1872, nhưng khả năng của nó tiên đoán chính xác hành trạng chất khí đã chiến thắng mọi sự phản đối triết lí chống lại nó. Ngày nay, các nhà vật lí sử dụng phương trình trên để mô phỏng các chất khí trong mọi thứ từ nhà máy điện hạt nhân cho đến các thiên hà, nhưng cho đến nay vẫn không có sự bảo đảm là nó sẽ hoạt động tốt trong mỗi tình huống khả dĩ xảy ra.

alt

Ludwig Boltzmann

Một sự chứng minh chính thức đã lảng tránh các nhà toán học trong thời gian khá dài vì công trình của Boltzmann đi trước thời đại của ông. “Toàn bộ các mẩu chỉ được đặt đúng chỗ trong chừng 5 năm”, Strain nói. Khó khăn là vì một khái niệm gọi là đạo hàm phân số.

Đa số các phương trình cơ bản trong vật lí học là những phương trình vi phân, nghĩa là chúng mô tả tốc độ mà một đại lượng biến thiên liên hệ với đại lượng khác.

Các tốc độ biến thiên được gọi là đạo hàm. Đạo hàm bậc nhất của khoảng cách theo thời gian là tốc độ, chẳng hạn, còn đạo hàm bậc hai là gia tốc. Nhưng còn nếu bạn muốn lấy đạo hàm một phần hai hoặc hai phần ba thì sao?

Chúng tồn tại về mặt toán học, nhưng không có ý nghĩa trong thế giới thực, nên Strain đã thật bất ngờ khi thấy chúng trong khi làm việc với phương trình Boltzmann. “”Rất hiếm khi tìm thấy các đạo hàm phân số xuất hiện trong một mô hình vật lí”, ông nói.

Ngoài ra, các lí thuyết toán học cơ sở của chúng đã được phát triển nhiều năm sau phương trình trên.

Strain và Gressman chỉ ra rằng phương trình Boltzmann sẽ luôn luôn mang lại câu trả lời đúng cho các chất khí ở gần trạng thái cân bằng, thí dụ như không khí trong tòa nhà ở gần nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, họ vẫn không nói được phương trình trên có tác dụng trong `n tình huống phức tạp hơn, thí dụ như cơn bão, hay không.

Theo New Scientist

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
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Photon là gì?
25/07/2021
Là hạt sơ cấp của ánh sáng, photon vừa bình dị vừa mang đầy những bất ngờ. Cái các nhà vật lí gọi là photon, thì những
Lược sử âm thanh
28/02/2021
Sóng âm: 13,7 tỉ năm trước Âm thanh có nguồn gốc từ rất xa xưa, chẳng bao lâu sau Vụ Nổ Lớn tĩnh lặng đến chán ngắt.
Đồng hồ nước Ktesibios
03/01/2021
Khoảng năm 250 tCN. “Đồng hồ nước Ktesibios quan trọng vì nó đã làm thay đổi mãi mãi sự hiểu biết của chúng ta về một
Tic-tac-toe
05/12/2020
Khoảng 1300 tCN   Các nhà khảo cổ có thể truy nguyên nguồn gốc của “trò chơi ba điểm một hàng” đến khoảng năm 1300
Sao neutron to bao nhiêu?
18/09/2020
Các nhà thiên văn vật lí đang kết hợp nhiều phương pháp để làm hé lộ các bí mật của một số vật thể lạ lùng nhất
Giải chi tiết mã đề 219 môn Vật Lý đề thi TN THPT 2020 (đợt 2)
04/09/2020
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 96)
04/09/2020
Khám phá Hải Vương tinh 1846 John Couch Adams (1819–1892), Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811–1877), Johann Gottfried Galle (1812–1910) “Bài
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 95)
04/09/2020
Các định luật Kirchhoff về mạch điện 1845 Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) Khi vợ của Gustav Kirchhoff, Clara, qua đời, nhà vật

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