Tiểu Luận Về Khoa Học Và Triết Học Nguyễn Tường Bách Nhà Xuất Bản Trẻ tp. Hcm 2004

SÓNG, MỘT DẠNG VẬN ĐỘNG MỚI

Trong thế giới vật lý thì sự vận động lại càng rõ rệt, dù cho mô hình của nó trong các thời đại càng ngày càng thay đổi một cách tinh tế. Từ thế giới hiện tượng với bốn nguyên tố của Aristotle đến nền vật lý thực nghiệm của Galileo và Newton, nội dung đích thực của lâu đài khoa học đồ sộ đó là những mô hình vận động của vật chất trong thời gian và không gian. Công trình chung của các nhà khoa học vĩ đại đó trong suốt 20 thế kỷ là nỗ lực để hệ thống hóa mọi vận động của các khối lượng vật chất cực đại (như các thiên thế) đến các hạt vi mô (như “hạt ánh sáng”) tí hon trong một mô hình, với tham vọng phát hiện một câu trả lời toàn triệt và chung quyết về sự vận hành của vũ trụ.

Dù nền vật lý của Aristotle và Newton có sự khác biệt một trời một vực, nhưng cái chung nhất trong cả hai là, khi người ta nói “vận động” là nói về vật thể vận động trong không gian và thời gian. Với Newton thì vật thể trở thành một điểm vật chất bất hoại và có khối lượng cụ thể. Trong thế giới quan vật lý của Newton thế giới chỉ có một cách vận động duy nhất, đó là các hạt vật chất vận động trong thời gian và không gian. Thế giới quan đó mang lại những thành tựu vang dội và ai cũng nghĩ hẳn nó phải đúng một cách tuyệt đối. Chính vì lẽ đó làm quan niệm hạt ánh sáng của Newton sớm được thừa nhận như một hệ quả hiển nhiên của nền vật lý đương thời. Thậm chí về sau, trong thế kỷ thứ 19, nhiều nhà khoa học xuất sắc khi phát hiện ra những hiện tượng mới trong thiên nhiên cũng luôn luôn lấy thế giới quan cơ học của Newton để tìm cách lý giải chúng.

Đặc trưng của sự vận động của khối lượng trong không gian và thời gian là gì? Đó là, tại một thời điểm nhất định, ta có thể đĩnh nghĩa vị tri và vận tốc cụ thể của khối lượng đó. Điều này nghe qua thật hiển nhiên vì làm sao trong một thời điểm nhất định, vật thể lại có thể nằm nhiều nơi trong không gian được, vật thể làm sao có thể phân thân để vừa ở bên trái vừa ở bên phải chúng ta đuợc. Và vận tốc của vật thể hiển nhiên cũng phải chính xác, không thể một lúc mà nhanh chậm khác nhau được, nó phải được định lượng cụ thể.

Mô hình vận động của khối lượng trong không gian thành công rực rỡ vì còn có thêm một yếu tố khác ngoài tài năng ưu việt và phương pháp tư duy thực nghiệm của Galileo, Newton và các nhà vật lý khác. Yếu tố đó là mô hình này dễ hiểu, dễ hình dung đối với con người. Trái táo rơi, chiếc xe chạy, viên đạn bay, thiên thể vận hành..., tất cả đều dễ dàng được nhận thức như vật thể có khối lượng đang vận động.

Thế nhưng, trong thiên nhiên có một loại vận động khác, một loại vận động thứ hai, khác hẳn với sự vận động của khối lượng trong không gian và thời gian. Đó là sự vận động trog dạng sóng. Sự vận động này trừu tượng hơn, khó nắm bắt hơn, nhưng ta sẽ thấy về mặt cơ bản nó sánh vai cùng với sự vận động của khối lượng. Thậm chí sự vận động trong dạng sóng có thể cơ bản hơn cả sự vận động khối lượng. Thế nào là sóng?

Hãy ném một viên đá vào giữa mặt hồ yên tĩnh, ta sẽ thấy sóng nước được phát sinh và dần dần lan tỏa trên mặt hồ. Đó chính là một dạng sóng. Mới nhìn ta thấy dường như có một lượng nước di động từ  tâm sóng đến bờ hồ. Thực tế là nước chỉ nhấp nhô lên xuống chứ không hề di động theo chiều ngang. Nếu quan sát kỹ một vật nổi trên mặt nước, ta sẽ thấy điều đó. Các tinh thể nước quay những vòng tròn nhỏ tại vị trí của chúng, nhưng chúng không hề bị đẩy theo chiều ngang của sự chấn động.

Có một cái vận động từ tâm sóng đến bờ hồ, nhưng cái đó không phải là nước. Cái có di chuyển thực sự là “sự nhiễu”, sự chấn động do năng lượng của viên đá ném xuống gây nên. Sự nhiễu này, nói một cách tổng quát là năng lượng, nó là chủ thể của sự vận động, nó không có khối lượng. Ở đây ta có một “vật phi khối lượng” đang vận động.

Sự khác biệt giữa loại “vận động sóng” và vận động của “hạt khối lượng” là rất cơ bản. Trong vận động sóng, chủ thể vận động là năng lượng, nó không mang khối lượng. Đồng thời trong loại vận động này, chủ thể của sự vận động lan rộng và bao trùm trong không gian xung quanh. Ta không thể xác lập một vị trí “cụ thể” của chủ thể vận động. Trong hình hai chiều trên, ta không thể nói năng lượng – chủ thể của sự vận động – đang nằm phía trên hay phía dưới, bên trái hay bên phải. Đúng hơn là năng lượng đang tạo một “ảnh hưởng” quanh nó, với các trị số khác nhau tạo ra một trường ảnh hưởng. Khái niệm trường sẽ đóng một vai trò then chốt trong nền vật lý của thế kỷ hai mươi. Trường là năng lượng đang vận động, lan tỏa trong không gian. Mỗi điểm trong không gian đều có ảnh hưởng của trường.

Ngược lại, trong sự vận động của hạt khối lượng, chủ thể của sự vận động là một đơn vị cụ thể, mang khối lượng và chịu sự tác động của lực. Trong sự vận động của hạt khối lượng, ta có thể định nghĩa và tính toán vị trí cũng như vận tốc của hạt một cách chính xác.

Thế nên sóng là dạng dao động, là “thái độ”, là phản ứng của nước vì bị “quấy nhiễu”. Mặt khác nước lại là môi trường truềyn sự chấn động, truềyn năng lượng trong không  gian của mình. Không có nước thì cũng không thể có sóng, không thể có một trường năng lưuợng do viên đá sinh ra. Nơi đây ta có ba khái niệm: sóng là dạng phản ứng của nước, nước là môi trường để năng lượng tác động, năng lượng là nguyên ủy, đồng thời là chủ thể của sự vận động. Ta cũng có thể nói, năng lượng đã sinh ra một trường và trường là chủ thể vận động. Tất cả đều là những cách phát biểu khác nhau nhưng nội dung của chúng không khác nhau. Điều quan trọng nhất là, dựa trên tính chất của sóng mà ta hiểu được năng lượng tạo nên chúng, đó là điều rất then chốt trong chương này.

Có một dạng vận động khác của trường, quen thuộc hơn, đó là âm thanh. Âm thanh cũng chính là sóng, nó  quen thuộc với ta hơn, nhưng có thể nó lại trừu tượng hơn vì ta không thể thấy sóng âm thanh như sóng nước được. Sóng âm thanh đem đến cho ta sự nghe chứ không phải sự thấy.

Sóng âm thanh cũng tương tự như sóng nước, nhưng nếu sóng nước là dạng của nước thì sóng âm thanh là dạng phản ứng của không khí. Trong lịch sử khoa học, mới đầu người ta chưa biết âm thanh được phát sinh bởi sự dao động của không khí. Mãi đến thế kỷ thứ 17, Athanasius Kircher ngờ rằng âm thanh không thể truyền qua chân không. Ông bắt đầu tìm cách tạo chân không để xem liệu âm thanh có còn lan truyền không.

Trong thời bấy giờ quan niệm “không thể có chân không” của Aristotle hết sức được coi trọng. Năm 1650, Kircher tạo thử chân không bằng cách lật ngược một ống nghiệm chứa thủy ngân và đánh thử một tiếng chuông. Ông thất vọng khi vẫn nghe chuông kêu. Nhiều người lặp lại thí nghiệm này nhưng kết quả cũng chỉ có thế. Khoảng mười năm sau, một nhà khoa học người Anh là Robert Boyle tạo chân không bằng cách sử dụng một loại bơm chân không ưu việt hơn hẳn. Trong một môi trường chân không hoàn toàn không có không khí, qủa nhiên âm thanh không được truyền đi. Thế nên, âm thanh được phát sinh là nhờ sự dao động của không khí.

Nói một cách tổng quát, âm thanh được sinh ra từ sự dao động đàn hồi của không khí, chất lỏng hay chất rắn. Một tiếng đàn được phát sinh trước hết nhờ sự dao động của sợi dây đàn, sự “quấy nhiễu” đó sẽ thông qua không khí mà truyền đến tai ta. Sự chấn động đó làm các hạt không khí bị nén lại và sau đó giãn ra, tạo nên một sự vận động có dạng sóng. Vận tốc truyền âm thanh trong không khí có hạn, khoảng chừng 343m/giây, nó phụ thuộc đôi chút với nhiệt độ của không khí.

Sóng âm thanh cũng như sóng nước, chúng là dạng phản ứng của không khí hay của nước dưới tác động của môi trường do năng lượng sinh ra. Không khí hay nước chỉ là môi trường để cho năng lượng sinh ra. Không khí hay nước chỉ là môi trường để cho năng lực đó tác động và gây ảnh hưởng. Bởi thế sóng âm thanh hay sóng nước mang dấu ấn rõ rệt của nguyên ủy của chúng, nó phản ánh rõ rệt tính chất của năng lượng.

Tất cả những âm thanh trên đời này, từ tiếng ru ngọt ngào đến cá thanh âm kỳ diệu, tất cả đều là sự rung của không khí. Đó là kết luật của cơ học, là quan niệm thuần túy mang tính cơ học. Nhiều người dừng lại tại kết luận đó nhưng cũng có người đi xa hơn trong nghiên cứu về  âm thanh. Dường như tự tính của thanh âm không phải như vậy. Francis Bacon cũng đã tự hỏi như thế và cho rằng, quan niệm thanh âm là sự dao dộng của không khí chỉ là “nhận thức sơ sài” và đó là “một trong những vấn đề phức tạp nhất của thiên nhiên”. Ta cần nhớ, không khí cũng như nước đều chỉ là môi trường để một cái khác vận động, cái đó là năng lượng và nguồn gốc của năng lượng là một luận đề còn rất khó hiểu. Đồng thời “cái nghe” cũng là một bí ẩn của con người, nguồn gốc của nó còn nằm trong bóng tối.

Ta chỉ có thể kết luận nơi đây là ánh sáng và sự rung của không khí là điều kiện cho sự thấy và sự nghe được phát sinh, còn bản thân cái thấy, cái nghe là gì thì chưa ai hiểu được. Trong chương sau ta sẽ biết thêm ánh sáng cũng có dạng sóng như âm thanh. Điều đó có nghĩa, điều kiện ắt có cho sự hoạt động của hai giác quan quan trọng nhất của con người (mắt và tai) đều là sóng. Chỉ là điều này thôi đã làm cho ta thấy sóng đóng vai trò hệ trọng thế nào trong triết học về tự nhiên và nhận thức.

---o0o---

ÁNH SÁNG CŨNG LÀ SÓNG

Hình dung đầu tiên trong khuynh hướng nhận thức này có lẽ xuất phát từ Descasrtes. Ông quan niệm trong vũ trụ tràn ngập thứ chất lỏng vô hình mà ông gọi là plenum. Trong môi trường plenum đó, các thiên thể vận động, quay tròn…, tương tự như vật thể trôi vòng vòng trong dòng nước xoáy. Đối với Descasrtes thì ánh sáng vận động trong chất lỏng plenum vô hình đó và với một vận tốc lớn vô hạn. Ngày nay, ta thấy tất cả những gì Descasrtes tưởng tượng về plenum và ánh sáng đều sai lạc, thế nhưng quan niệm về một chất plenum vô hình nhưng có thực lại rất quan trọng vì nó làm nền tảng cho tính chất sóng của ánh sáng. Như nước dao dộng mà sinh ra sóng nước, không khí dao động mà sinh ra sóng âm thanh, thì khái niệm plenum sẽ làm nền tảng cho một thứ sóng ánh sáng.

Trong thế kỷ thứ 17, người ta phát hiện nhiều hiện tượng của ánh sáng, chúng không thể được giải thích bằng thuyết cho rằng ánh sáng vận động theo “đường thẳng” được, cụ thể là hiện tượng nhiễu xạ. Đó là hiện tượng các tia ánh sáng bị lệch một phần khi xuyên qua các khe hở nhỏ, sinh ra một khu vực không sắc nét xung quanh khe hở đó. Nếu ánh sáng là những hạt đi đường thẳng thì hẳn hình ảnh các khe hở phải hết sức sắc nét. Đây là hiện tượng rất thông thuờng nhưng không mấy ai để ý, nó được một nhà quang học người Ý Grimaldi khám phá và lý giải. Trong một tác phẩm xuất bản hai năm sau khi ông mất, người ta đọc thấy quan niệm của ông về sự lan truyền của ánh sáng trong dạng sóng. Có lẽ ông là người đầu tiên nêu lên khái niệm này.

Khoảng hơn mười năm sau, nhà khoa học Hà Lan Huygens nêu lên giả thuyết về sóng ánh sáng trong một bài thuyết trình tại Paris năm 1678. Năm 1690 ông xuất bản tác phẩm Traité de la lumière, cho thấy ánh sáng là sóng vận động với vận tốc có giới hạn và phản bác thuyết hạt ánh sáng. Tương tự như âm thanh sinh ra do sự dao động của không khí thì Huygens quan niệm ánh sáng là sự dao động của một chất liệu được gọi là ê-te. Như plenum của Descasrtes, ê-te được xem là tràn ngập trong vũ trụ. Vũ trụ phải có ê-te thì ánh sáng mới lan tỏa được cũng như sóng nước cần nước, sóng âm thanh cần không khí. Trên cơ sở lý thuyết sóng của ánh sáng, Huygens lý giải các hiện tượng nhiễu xạ, phản xạ, khúc xạ một cách dễ dàng.

Sau Huygens là nhà khoa học người Anh, Hooke, ông là người đại hiện cho thuyết sóng ánh sáng một cách triệt để và trở thành đối thủ khoa học của Newton, người sinh sau Hooke chỉ tám năm. Thế nhưng cả Huygens lẫn Hooke chưa biết đến một hiệu ứng đặc biệt của sóng sánh sáng, mà lịch sử phải đợi khoảng 100 năm sau. Đó là hiệu ứng giao thoa mà người phát hiện ta là Thomas Young.

Thomas Young là một thần đồng, mới hai tuổi đã biết đọc. Lúc còn rất nhỏ ông đã tự học toán và sớm sử dụng phép tính vi phân mà Newton phát hiện ra trước đó không lâu. Young nói và viết hàng chục thứ ngôn ngữ, kể cả các ngôn ngữ cổ của Ai Cập. Về sau ông lại học y khoa; và năm, 1801 phát hiện một tính chất quan trọng của võng mạc mắt. Đó là nguyên lý cho rằng, mọi màu sắc đều được xây dựng trên ba màu cơ bản xanh, đỏ, vàng; và võng mạc của mắt tiếp nhận được bao màu cơ bản đó. Thế nhưng, cống hiến quan trọng nhất của ông về quang học là nguyên lý giao thoa của ánh sáng.

Là người thừa nhận thuyết sóng dao động của ánh sáng, ông cũng tin nơi một chất ê-te và cho rằng sóng ê-te cũng phải như sóng nước, khi gặp nhau trong không gian, chúng cũng hòa với nhau để dộng hưởng với nhau mà tăng cường hay triệt tiêu lẫn nhau. Đó là hiện tượng giao thao của ánh sáng mà ngày nay sinh viên ngành vật lý nào cũng biết đến. Thế nhưng, thời bấy giờ, ý niệm của Young dẫn đến một hệ quả tưởng như vô nghĩa là người ta có thể tạo ra bóng tối bằng cách cho thêm ánh sáng vào ánh sáng. Vì thế thời bấy giờ không ai hiểu và tin được Young. Một năm sau, Young nêu lên ý niệm về các độ dài sóng của ánh sáng để lý giải các màu trong ánh sáng trắng cũng như màu của các nhiễu xạ ánh sáng.

Thời kỳ của Young cũng là giai đoạn nhiều công trình được ra đời của nhiểu nhà vật lý thức nghiệm và toán học chuyên tâm nghiên cứu tính chất nhiễu xạ của ánh sáng như Fresnel và Fraunhofer. Cả hai đều đại đện cho thuyết dao động sóng của ánh sáng và lý giải xuất sắc các hiện tượng khúc xạ, phân cực của ánh sáng và nêu lên những phương pháp đo độ dài sóng một cách chính xác. Với những công trình này, mô hình sóng của ánh sáng được thừa nhận ở các nhà vật lý, nó trở thành đối thủ ngang hàng của mô hình hạt ánh sáng của Newton.

Ta cần kể thêm là, trong thời của Fresnel, nhiều nhà toán học tiếng tăm của Pháp như Poisson, Biot, Laplace đều tin tưởng nơi thuyết hạt ánh sáng của Newton. Fresnel chỉ là một chàng kỹ sư kiều lộ trẻ tuổi đứng trước các vị tiền bối khoa học đó để bảo vệ cho bài toán sóng ánh sáng của mình. Năm 1819, khi thẩm định các phương trình toán học của Fresnel, giáo sư toán xuất sắc Poisson tự mình giải một phương trình của Fresnel mà hệ quả thực nghiệm của nó là phải có một chấm sáng trong bóng tối của một hiện tượng quang học nhất định, điều mà Poisson cho là “vô lý”. Qua đó ông muốn chứng minh lý thuyết của Fresnel là sai. Thế nhưng, Arago, một nguời bạn và cũng là người tin vào thuyết của Fresnel, trong một thí nghiệm, lại cho thấy chấm sáng đó là có thật. Thú vị thay, Poisson tưởng bác bỏ được thuyết của đối thủ với lời giải của một phương trình, không ngờ chính mình lại là người đưa lý thuyết đến với sự thừa nhận của cả cộng đồng.

---o0o---

TRƯỜNG ĐỆN TỪ, SỰ PHÁT HIỆN VĨ ĐẠI

Tới nay ta có hai mô hình về ánh sáng. Một mô hình là ánh sáng gồm những hạt quang tử chuyển động theo đường thẳng, mô hình kia là sóng dao động của ê-te lan tỏa trong không gian. Thế nhưng chưa ai dám đả động đến tự tính của ánh sáng, thực chất nó là gì. Kể cả Newton cũng không, ông luôn luôn nhấn mạnh mô hình hạt của mình chỉ dùng để “tưởng tượng cho dễ” sự vận động của ánh sáng. Con người đầy trí tuệ đó tự biết mô hình của mình chỉ là “một trong nhiều giả thiết về ánh sáng”.

Khoảng đầu thế kỷ thứ 19, lịch sử khoa học có một phát minh bất ngờ. Nó được một người Anh hết sức khiêm tốn phát hiện ra.

Tại London, cách xa các viện đại học khả kính Oxford và Cambridge, cách xa các nhà học giả đầy uy quyền và thường tranh cãi lẫn nhau, có nhiều khu vực lầm than nghèo khổ. Tạo một nơi tối tăm đó, năm 1791, một đứa trẻ ra đời, con của một người thợ rèn. Gia đình người thợ rèn nghèo đến nội cậu bé phải đi làm nghề thợ in để kiếm sống. Cậu bó đó tên là Michael Faraday.

Cuối cùng Faraday trở thành một trong những nhà vật lý thực nghiệm xuất chúng của nhân loại. Cuộc đời ông kéo dài được 76 năm; và đứa trẻ thất học đó về sau được phong tước, được mời làm hội viên danh dự của vô số các việ khoa học, viện hàn lâm tại châu Âu. Thế nhưng ông đều từ chối các hàm bậc đó. Và khi một đồng nghiệp rất thân yêu cầu ông phải nhận lời mời danh dự, ông trả lời: “ Không, Tyndall, tôi vẫn là Michael Faraday đơn sơ”.

Faraday “đơn sơ” được xem là người phát hiện ra trường điện từ mà ngày nay mỗi người chúng ta hàng ngày đều sử dụng đến nó. Trường là gì, điện và điện từ là gì?

Điện là một hiện tượng đã được biết từ rất lâu trong lịch sử loài người. từ thế kỷ thứ sáu trước công nguyên, người Hy Lạp đã biết, mỗi khi một loại đá amber bị xoa nóng lên thì có thể hút giấy vụn. Thế nhưng mãi đến thế kỷ thứ 16 người ta mới bắt đầu tìm hiểu tính chất “tụ điện” của những loại chất liệu trong thiên nhiên mà đá amber chỉ là một, khám phá thấy chúng có thể “xẹt lửa”. Sau đó, người ta nhìn lên bầu trời và tự hỏi lúc sét đánh tên trời, đó cũng là hiện tượng “xẹt lửa”, phải chăng đó cũng là một dạng của điện. Dần dần người ta đến với một quan niệm về “điện tích”, đơn vị đầu tiên nói lên tính chất và sức mạnh của điện. Một sĩ quan người Pháp, Coulomb cho rằng điện tích có hai lực âm dương, tùy theo đó mà hút hay đẩy lẫn nhau. Đặc biệt, lực đẩy hay hút cũng như lực hút trọng trường của Newton, tăng giảm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích.

Không bao lâu sau đó người ta bắt đầu tạo được một dòng điện ổn định bằng một dung dịch acid, bình ắc-qui đầu tiên ra đời. Thế nhưng người ta chỉ biết hiện tượng điện, cách tạo ra điện và các thiết bị đo lường đơn giản nhưng không thể giải thích tự tính của nó là gì.

Faraday đến với giới khoa học bằng một tinh thần say mê miệt mài và với một triết lý nhất định. Xuất thân từ một gia đình hết sức sùng đạo, ông tin nơi một sự nhất thể trong thiên nhiên. Ông nói: “Đã từ lâu, cùng với những người bạn khác trong giới khoa học tự nhiên, tôi đã có một niềm tin chắc chắn là, những dạng khác nhau của lực và  vật chất đều có chung một nguồn gốc, hay nói cách khác, chúng nằm trong một mối liên hệ trực tiếp, chúng phụ thuộc lẫn nhau, để chúng có thể được chuyển hóa lẫn nhau và để chúng tác động với những lực có giá trị tương ứng”.

Khi đến với hiện tượng điện, Faraday đã biết đến sự tương tự giữa sóng âm thanh và sóng ánh sáng, ông tự hỏi phải chăng điện cũng là một thứ sóng. Ngoài ra, Faraday còn có một hình dung cụ thể về hình dạng của sóng vì đã tìm hiểu các dạng rung động của chất rắn, chúng được minh họa bằng một lớp cát được rải trên bề mặt của những đĩa tròn bằng kim loại. Thông qua sự rung động, cát sẽ xếp thành dạng hình và đọng lại tại những nơi không có sự rung. Đó là những dạng hình được biết đến với tên Chaladni, một nhà khoa học người Đức, người được xem là đã khai sinh ngành âm học, khoa học về âm thanh.

Thú vị thay, sự rung động tưởng chừng như hết sức trừu ượng đã được minh họa bằng hình ảnh. Năm 1831, Faraday phát hiện ra một nguyên lý mà ta gọi là nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguyên lý này có hai hiệu ứng riêng biệt, chúng sẽ dẫn đến những hệ quả rất to lớn về khoa học và cả triết học

Trước hết, Faraday cho thấy mỗi dòng điện, khi nó bị thay đổi thì sinh ra một sự cảm ứng với các mạch điện khác. Điều đó có nghĩa là mỗi điện tích sinh ra một điện trường xung quanh nó. Faraday tưởng tượng có một thứ sóng điện lan tỏa trong không gian. Mỗi vật mang điện tích là nguồn của sóng đó; ta có thể nói nó là sự nhiễu loạn nếu ta tưởng tượng điện tích đó cũng như cây gậy đập xuống mặt nước để sinh sóng. Sự cảm ứng chính là phản ứng của các mạch điện đối với sóng điện và phát ra tín hiệu có thể đo lường được. Tương tự như thế, khi ta vỗ tay một tiếng, âm thanh sẽ lan tỏa đến vách tường và dội lại tiếng vang hay khi thắp một cây đèn, ánh sáng cũng tỏa đến các vật xung quanh và dội lại cho ta thấy chúng.

Còn thế nào là từ tính của nam châm? Bản chất của nam châm thì tới ngày ngay cũng không ai hiểu thấu đáo, nhưng tác dụng của nó thì người ta biết từ xưa. Nam châm luôun luôn có hai cực, cực bắc và cực nam, xung quanh nó là một từ trường.

Từ trường này được minh họa bởi vụn sắt rải xung quanh một thỏi nam châm. Faraday thấy từ trường dường như là hình ảnh một sự rung động của Chladni, ông thấy nơi đó phải là một sóng từ.

Trước Faraday khoảng 20 năm có một nhà vật lý người Đan Mạch tên là Oerstedt. Oerstedt theo học tại Jena (Đức) và nghiên cứu mối liên hệ giữa điện trường và từ trường, hai lĩnh vực xem ra hoàn toàn không liên quan gì với nhau. Oerstedt phát hiện ra một điều hết sức quan trọng là xung quanh một ống dây có điện chạy qua thì phát sinh ra một từ trường, nó có thể làm vụn sắt “nhúc nhích”. Đó là phát minh đầu tiên về mối liên thệ điện-từ. Sức mạnh của từ trường phụ thuộc trực tiếp vào sức mạnh của điện trường.

Faraday suy nghĩ về tính chất này và tự hỏi, phải chăng nếu điện trường sinh ra được từ trường thì ngược lại, từ trường cũng phải sinh ra được điện trường. Ông cho một thỏi nam châm nằm trong một ống đây điện và đo thử xem có điện chạy ra chăng. Thế nhưng, ông hoàn toàn thất vọng vì không có gì xảy ra cả!

Tình cờ, khi rút thỏi nam châm ra khỏi cuốn dây điện, Faraday bỗng nhiên thấy kim của thiết bị đo lường nhúc nhích, tức là có điện sinh ra. Thế là Faraday phát hiện mối liên hệ điện từ quan trọng nhất, đó là có thể tạo ra điện trường bằng cách thay đổi một từ trường. Đó là buổi bình minh của nền vật lý điện từ trường và của cả nền văn minh ngày nay. Không thể dùng ngôn ngữ để nói hết tầm quan trọng của phát minh này. Đó là nguyên tắc phát điện bằng cách quay một thỏi nam châm. Nó giải thích tại sao chiếc đèn xe đạp phát sáng chỉ nhờ quay chiếc dyname. Ngày nay mỗi nhà máy phát điện đều vận hành chỉ với một nguyên tắc duy nhất này.

Với sóng điện từ, loài người đi vào một kỷ nguyên mới. Ngày nay mỗi hệ thống thông tin và đo lường hiện đại đều làm việc với sóng điện từ. Einstein xem vai trò của Faraday trong nền vật lý mới cũng như vài trò của Galileo với cơ học.

Thế nhưng trên tất cả mọi thứ, tầm quan trọng của những phát minh của Faraday nằm ở chỗ, nó nêu lên một quan niệm hoàn toàn mới về thực tại, một quan niệm triết học.

Nhờ Faraday lần đầu tiên ta có khái niệm trường. Đây là một ý niệm mới của vật lý xuất hiện trong thế kỷ thứ 18. Trước đó mô hình bao quát của vũ trụ là một không gian trống rỗng, cố định, trong đó vật chất là những hạt, được qui thành điểm, vận động dưới tác động của lực trọng truờng. Đó là một thứ lực mà tính chất của nó là tác động từ xa, tức thì và nguồn gốc đích thực của nó không ai giải thích được. Ngoài ra đặc điểm của lực này là do hai vật thể mang khối lượng tác động lên nhau mà thành nếu vắng mặt một vật thì không thể hình thành lực đó.

Với khái niệm trường, Faraday lý giải nghi vấn, thế nào là “tác động từ xa” của lực. Ông xem có một trường lực nhất định trong không gian và cho mỗi điểm trong đó một trị số và phương của lực, có thể gọi nó là “khả năng cảm ứng”. Điện trường hay từ trường tạo xung quanh mình một khu vực với những lực tuyến có phương nhất định, mà nếu một vật bị lọt vào trong đó nó sẽ nhận một lực tác động. Hãy nhớ đến các vụn sắt xung quanh một thỏi nam châm để minh họa cho ý niệm này.

Với khái niệm trường, Faraday từ bỏ lực tác dụng theo cách của Newton hay Coulomb, từ bỏ quan niệm có vật thể mới có lực, từ bỏ khái niệm một không gian trống rỗng bất động. Faraday quan niệm khi một vật hoặc mang điện tích, hoặc có từ tính, nó sẽ sinh ra những trường, chúng làm không gian quanh mình bị “nhiễu”. Thế nên lực không còn là thuộc tính của hai vật thể nữa mà là một đơn vị tồn tại độc lập.

Với khái niệm trường tinh tế hơn hẳn các hạt vật chất vận động trong không gian trống rỗng, nền vật lý khám phá ra một thực tại mới, xem ra cơ bản hơn. Về sau ta sẽ thấy khái niệm trường sẽ dẫn đến tư tưởng tương đối trong vật lý, lý giải một cách xuất sắc thắc mắc của Newton do dâu mà có lực hút giữa các thiên thể.

Thậm chí nhiều nhà khoa học sẽ xem trường chính là đơn vị cơ bản của hạt vật chất. không phải hạt vật chất sinh ra trường mà hạt vật chất chỉ là một nơi bất thường, đặc biệt của trường mà người ta gọi là “điểm kỳ dị”. Khái niệm trường cũng hết sức phù hợp để nghiên cứu các nguồn năng lượng khác, kể cả năng lượng “tâm linh” như tác động tâm lý của con người với môi trường xung quanh, giữa người với người, giữa người với động vật, thực vật và môi trường vô sinh.

Thế là con trai của một người thợ rèn nghèo khổ đã khởi động một cuộc cách mạng trong ngành vật lý, một ngành khoa học tưởng chừng như chỉ dành cho những nhà thông thái qúi phái và khả kính của các trung tâm nghiên cứu châu Âu.

---o0o---

Каталог: kinh -> Ebooks -> Thuyet-Phap -> Phat-Giao-Va-Khoa-Hoc
Phat-Giao-Va-Khoa-Hoc -> Minh Giác Nguyễn Học Tài Chùa Liên Hoa, California, usa ấn hành 1997 o0o MỤc lụC
Phat-Giao-Va-Khoa-Hoc -> PHẬt giáo và khoa học phúc Lâm Tủ Sách Đạo Phật Ngày Nay
Thuyet-Phap -> Trần TrúcLâm những hộ pháp vưƠng của phật giáo trong lịch sử ẤN ĐỘ
Thuyet-Phap -> Thiền sư khưƠng tăng hội nguyễn Lang o0o Nguồn
Thuyet-Phap -> VIỆt nam phật giáo sử luận nguyễn Lang Nhà Xuất Bản Văn Học Hà Nội 1979 o0o Nguồn
Phat-Giao-Va-Khoa-Hoc -> Dao Phat Sieu Khoa Hoc Minh Giac Nguyen Ngoc Tai
Phat-Giao-Va-Khoa-Hoc -> PHẬt giáo và khoa học phúc Lâm Tủ Sách Đạo Phật Ngày Nay
Phat-Giao-Va-Khoa-Hoc -> CHÁnh niệm và ĐẠO ĐỨc giao thoa giữa khoa học và tâm linh ở Mỹ

tải về 1.29 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: