Tiểu Luận Về Khoa Học Và Triết Học Nguyễn Tường Bách Nhà Xuất Bản Trẻ tp. Hcm 2004
tải về 1.29 Mb.
|
- Điều hướng trang này:
- CHẤT LIỆU KHÔNG HỀ CÓ THẬT
- PHẦN THỨ TƯ - NỀN VẬT LÝ HIỆN ĐẠI
ÁNH SÁNG LÀ SÓNG ĐIỆN TỪThành tựu chính của Faraday là thiết lập mối quan hệ giữa điện trường và từ trường, thống nhất chúng thành một trường điện từ, nêu lên khái niệm trường như một đại lượng cơ bản của vật lý. Chỉ thành tựu đó thôi ông cũng đã xứng đáng được ghi tên vào chỗ đứng danh dự trong lịch sử khoa học. Còn giữa trường điện từ và ánh sáng, người ta thấy chúng là hai lĩnh vực hoàn toàn khác nhau. Lại chính Faraday là người phát hiện ra mối quan hệ tưởng chứng như bất khả đó. Năm 1845 Faraday phát hiện một hiệu ứng quan trọng. Ông thấy có thể thay đổi một số hiện tượng tương tự như sự phân cực ánh sán khi sử dụng một từ trường. Hiệu ứng cảu hiện tượng này được gọi là “Faraday-folation”. Faraday lóe lên một ý nghĩ, phải chăng có mối liên hệ trực tiếp giữa một bên là ánh sáng, bên kia là hiện tượng điện từ; phải chăng chúng xuất phát chỉ từ một gốc, như con người ngoan đạo Faraday hay tin tưởng. Thế nhưng đó là một ý nghĩ quá táo bạo, vì từ xưa đến nay, hai hiện tượng ánh sáng và điện từ không hề liện quan với nhau cả. Song song, khoảng năm 1846, một nhà khoa học Đức tên là Weber, khi nghiên cứu các hạt mang điện tích, thấy rằng có một vận tốc có trị số rất lớn luôn luôn xuất hiện trong các mối tương tác. Trị số đó chính là vận tốc ánh sáng với 300.000km/giây. Theo thời gian, những công trình thực nghiệm về điện trường, từ trường, về sự cảm ứng điện từ cũng như những cơ sở đầu tiên về mối liên hệ giữa ánh sáng và trường điện từ dần dần được thực hiện. Thế nhưng, lịch sử phải đợi hai mươi năm nữa mới có một nhà toán học phát biểu tất cả những thành tựu đó bằng ngôn ngữ toán học. Đó là Maxwell, người Anh, ông đã đi vào lịch sử khoa học với bốn phương trình kỳ lạ. Chàng sinh viên toán Maxwell vốn là con nhà dòng dõi, khác hẳn với Faraday. Khi đọc các công trình nghiên cứu của Faraday, Maxwell thấy dường như nhà khoa học này suy nghĩ như mình, có điều những suy nghĩ này được nêu lên bằng hình ảnh chứ không bằng ngôn ngữ của toán học. Faraday là người kém toán, con trai của người thợ rèn đâu có bao giờ được đi học đại học chính qui. Thế nhưng chính nhờ tư tưởng của mình mà Faraday nghiễm nhiên trở thành nhà toán học, như Maxwell viết về ông: “Với sự triển khai và chuyển hóa ý niệm lực tuyến nhằm đưa các hiện tượng cảm ứng điện từ ăn khớp với nhau, ông (Faraday) đã cho thấy mình là nhà toán học tầm cỡ”. Sau đó Maxwell quyết phát biểu bằng toán học các ý niệm của Faraday. Năm 1964, ông công bố bài báo cáo A Dynamic Theory of the Electromagnetic Field (Một lý thuyết động về trường điện từ), trong đó mọi hiện tượng của điện và từ đều được trình bày sắc sảo chưa từng thấy. Trong thuyết điện từ, tổng cộng ta có bốn kết luận lớn: tính chất của điện trường, tính chất của từ trường, sự thay đổi của từ trường sinh ra điện trường và sư thay đổi của điện trường sinh ra từ trường. Bốn bài toán đó được viết gọn bằng bốn phương trình vi phân giản đơn tới mức độ kỳ dị. Trong lịch sử khoa học, vô số người đã ngẩn ngơ ngắm nhìn bốn phương trình với nhiều câu hỏi lạ lùng. Tại sao thiên nhiên lại cô đọng như thế, lại “thiện mỹ” như thế? Tại sao thiên nhiên lại tuân thủ toán học của con người, hay toán học không phải của con người bày ra, hay Thượng đế là nhà toán học thật. Bolezman, nhà vật lý người Áo nổi tiếng, đã phải thốt lên: “Phải chăng Thượng đế là người viết những dòng này”. Chỉ với bốn phương trình đó, tư tưởng của Faraday mới bộ cộ rõ sức mạnh và vẻ đẹp của nó. Nhờ Maxwell, khoa học đã thống nhất trường điện từ trong một khái niệm chung và trình bày một tực tại mới bằng ngôn ngữ của thực nghiệm và toán học. Đó là lý thuyết trường – đơn vị vật lý của tự nhiên. Theo quan niệm này, tự nhiên gồm đầy những lực tuyến đan chéo ngang dọc với nhau, chúng là một tấm lưới đầy năng lực. Mạng lưới lực tuyến đó không phải tĩnh tại mà chúng vận hành liên tục, sự vận hành đó sinh ra những sóng điện từ di chuyển trong không gian với vận tốc của ánh sáng. Sự tổng hợp ly kỳ giữa phần thực nghiệm của Faraday và phần lý thuyết của Maxwell, giữa điện trường và từ trường để sinh ra điện từ trường là kết quả quan trọng nhất của nền vật lý vào giữa thế kỷ thứ 19. Thế nhưng, chưa hết, Maxwell còn cho thêm một tư tưởng lạ nữa. Ông phát hiện một phương trình của trường điện từ rất giống với một phương trình của sóng âm thanh do Eucer nêu lên. Đồng thời từ phương trình của mình, Maxwell có thể suy ra trên mặt lý thuyết vận tốc của ánh sáng và trị số đó lại rất trùng hợp với trị số thực nghiệm. Vì thế Maxwell ngờ rằng, ánh sáng chỉ là một dạng của sóng điện từ. Ông viết một cách thận trọng: “Sự trùng hợp của kết quả đo lường (của vận tốc ánh sáng) dường như cho thấy, rằng ánh sáng và từ tính đều là thuộc tính của một chất liệu duy nhất và ánh sáng là một sự nhiễu loạn điện từ, nó lan truyền trong trường theo qui luật của điện từ”. Lại một lần nữa, Maxwell dùng toán học để chứng minh cho tuệ giác của Faraday, ở đây là mối liên hệ giữa ánh sáng và điện từ. Với Maxwell khoa học đã vượt lên nền vật lý cơ giới của Newton và tìm đến một thực tại vật lý mới. Einstein viết: “Trong mọi trường hợp, ta được phép tin rằng, trên con đường đầy thành quả do Faraday và Maxwell vạch ra, ta dần dần tìm được một cơ sở mới mẻ và chắc chắn cho toàn bộ ngành vật lý”. Với Maxwell nền vật lý có một sự hợp nhất bất ngờ: ánh sáng chính là một dạng của sóng điện từ. Những hiện tượng tưởng chứng như không liên quan gì đến nhau nay được chứng tỏ chúng có chúng một nguồn gốc, đó là điều mà con người sùng tín của Faraday đã trực giác cảm nhận. Khoảng 20 năm sau khi bốn phương trình của Maxwell ra đời, nhiều nhà vật lý đã vận dụng ngôn ngữ toán học đó để lý giải mọi hiện tượng của ánh sáng như màu sắc, sự nhiễu xạ, khúc xạ, phản chiếu, phân cực… Trong thời kỳ đó vô số kết quả của hai phía thực nghiệm và lý thuyết được công bố, chúng dựa vào nhau, làm nền tảng cho nhau, minh chứng lẫn nhau. Đáng nhắc nhở nhất là nhà vật lý vắn số, người Đức, Hertz, ông đã minh chứng bằng thực nghiệm sự hiện đện của sóng điện từ năm 1886. Tên của ông, Hertz, đã trở thành đơn vị đo tần số của sóng điện từ (viết tắt là Hz). Ngày nay người ta biết rõ ráng rằng trường đện từ là một đại lượng với đầy năng lượng; và sự vận động của nó sinh ra sóng với nhiều tần số khác nhau. Trong một loạt tần số nhất định thì nó kích thích thị giác để sinh ra cái thấy, trong đó mỗi tần số lại sinh ra một màu khác nhau. Một trong những tần số khác của sóng điện từ có tia hồng ngoại, nó mang nhiệt. Các sóng có tần số thấp hơn hồng ngoại là các loại sóng vi ba và sóng radio. Ngược lại tần số cao hơn ánh sáng gồm có tia cực tím và các tia bức xạ khác như quang tuyến X, tia gamma. Ngày nay con người sử dụng sóng điện từ khắp nơi, từ trong bếp với chiếc máy phát sóng vi ba để nấu thức ăn cho đến các loại thiết bị truyền thanh truyền hình. Các tia cực tím thường được sử dụng trong các phản ứng hoá học, các tia bức xạ được áp dụng nhiều nhất trong các thiết bị y khoa. Các loại bức xạ nói trên đều là đối tượng của các công trình nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật rất công phu. Đặc biệt tia gamma và các bức xạ khác sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu nguyên tử và nhân nguyên tử trong thế kỷ thứ 20. Với trường điện từ con người đi vào một chốn ẩn mật, trong đó dường như ta có thể tìm kiếm nguồn gốc của rất nhiều hiện tượng tự nhiên. Phải chăng tất cả mọi hiện tượng thiên nhiên đều là sóng điện từ, là dạng rung động của một chất liệu được mệnh danh là ê-te? Thế kỷ thứ 19 còn hé mở rất nhiều bất ngờ và ngày nay vẫn chưa ai hiểu tự tính đích thực của điện từ là gì. ---o0o--- CHẤT LIỆU KHÔNG HỀ CÓ THẬTĐến nay ta đã biết sóng nước là dạng dao động của nước, sóng âm thanh là dạng dao động của không khí. Thế nên sóng điện từ phải là dạng dao động của một chất liệu nhất định. Đó là suy luận nghe ra hết sức có lý. Vì lẽ đó mà Huygens, người được xem là đã đặt nền tảng của quan niệm sóng ánh sáng, tin rằng có một chất ê-te trong vũ trụ và ánh sáng chính là dạng dao động của ê-te. Faraday là người nêu lên khái niệm về trường và về lực tuyến, ông cũng vẫn tin có một chất liệu ê-te tràn ngập vũ trụ. Còn Maxwell, năm 1878, cả chục năm sau khi phát hiện các phương trình căn bản của trường điện từ vẫn còn viết như sau về ê-te: “Dù thật khó để có một hình dung hữu lý về ê-te, nhưng không thể nghi ngờ là trong không gian của vũ trụ phải đầy ngập một chất liệu vật chất hay một thứ vật thể như thế”. Vì nếu không có chất đó thì ánh sáng truyền đi bằng cách nào? Nước và không khí, chất liệu của sóng nước và của sóng âm thanh thì ta biết rõ. Nhưng ê-te thì sao, đặc tính, tỉ trọng, khối lượng, cấu trúc của nó như thế nào? Người ta tưởng tượng, nó phải rất loãng vì trái đất lao vùn vụt trong ê-te mà ta không thấy có dấu hiệu gì là bị cản trở cả. Thế nhưng vận tốc ánh sáng, thứ sóng truyền trong ê-te, lại rất cao, buộc chúng ta phải nghĩ ê-te là không thể loãng được. Thử lấy một hình ảnh để minh hoạ: Hãy xem một sợi dây đàn và độ rung – tức là vận tốc truyền động – của nó. Khi thay đổi độ căng của dây thì ra dễ thấy, hễ dây càng căng thì âm thanh càng cao, vận tốc truyền động càng nhanh. Ngoài độ căng ra, ta còn một yếu tố thứ hai, đó là khối lượng của sợi dây. Nếu nó càng to nặng, tiếng rung của nó càng trầm, vận tốc rung càng chậm. Tóm lại vận động của sóng tỉ lệ thuận với độ căng và tỉ lệ nghịch với khối lượng. Thế thì khối lượng của ê-te bao nhiêu và sức căng của nó thế nào để cho một vận tốc ánh sáng khủng khiếp như thế. Từ năm 1746, nhà vật lý người Thụy Sĩ Euler đã tính thử, so với không khí thì ê-te phải 100 triệu lần loãng hơn và có sức đàn hồi 1000 lần lớn hơn. Sức đàn hồi của ê-te như thế phải lớn hơn sắt thép, còn tỉ trọng của nó phải 100 triệu lần loãng hơn không khí. Sau Euler còn có rất nhiều nhà khoa học phát biểu những mô hình khác cho ê-te, chúng co thể giải thích được các vận động “nhanh” như của ánh sáng cũng như các vận động “chậm” như của thiên thể và trái đất trong môi trường ê-te. Không ai dám phủ nhận ê-te nhưng cũng không ai có một hình dung hữu lý về nó. Dần dần trong lịch sử khoa học xuất hiện những nhà vật lý, họ quyết tâm bảo vệ sự hiện diện của ê-te cho đến cùng mà người nổi danh nhất trong đó là Lord Kelvin. Họ suy luận mọi hiện tượng điện từ dựa trên những tính chất cơ học của ê-te, thí dụ xem các lực tuyến của Faraday là do ê-te “co giãn”. Nhiều người hình dung ê-te cũng có những nguyên tử hẳn hoi. Thế nhưng một vấn đề nan giải được đặt ra là như thế thì các nguyên tử ê-te nằm trong không gian hay ê-te chính là không gian bất động. Nếu ê-te là không gian bất động thì ta sẽ có một hệ qui chiếu tuyệt đối, thậm chí được cấu tạo bằng vật chất. Nếu thế thì đây là khúc khải hoàn ca của nền vật lý cơ giới của Newton. Thế nhưng, điều này sẽ được Einstein trả lời khoảng vài mươi năm sau. Năm 1887 một biến cố bất ngờ xảy ra. Hai nhà vật lý Michelson và Morley tìm cách chứng minh qua thực nghiệm sự hiện diện của ê-te bằng cách xác định vận tốc tương đối của ê-te so với trái đất. Hai ông đến với kết quả là ê-te không hề có thực! Thí nghiệm đó được Lord Kelvin nghiên cứu kỹ lưỡng nhưng ông không phát hiện ra sai sót nào và phải thừa nhận kết quả của nó là đúng. Như vậy là không có ê-te, thế thì ánh sáng là sự dao động của gì, cả ai? Không ai hiểu cả và cả Lord Kelvin, nhà khoa học nổi danh là kiêu ngạo cũng phải thừa nhận sự thất bại của mình lúc trên 80 tuổi. Trong một buổi lễ kỷ niệm 50 năm làm giáo sư tại đại học Glasgow, ông nói: “Chỉ có một từ ngữ nói lên sự cố gắng không ngừng của tôi trong suốt 55 năm qua, để đưa khoa học tiến lên, đó là sự thất bại. Bây giờ tôi cũng không biết gì hơn về lực của điện, lực của từ, về mối liên hệt giữa ê-te, điện và vật chất cụ thể, nếu so với kiến thức của 50 năm trước đây, khi tôi bắt đầu làm giáo sư và cố gắng giảng cho sinh viên hiểu”. Điều mà Lord Kelvin không hiểu và không ai hiểu là, nếu không có vật chất thì làm gì có sự dao động. Sự dao động phải là dao động của một chất liệu. Chất liệu đã ăn sâu vào đầu óc Faraday cũng đã né tránh tính chất “chất liệu” của trường mà ông nhấn mạnh đến lực tuyến và ám chỉ sự dao động là dao động của lực tuyến. Về sau người ta thấy các phương trình của Maxwell cũng không buộc phải có một chất ê-te nữa, mặc dù tác giả của chúng vẫn tin là có ê-te. Điều gì đã xảy ra trong cộng đồng vật lý vào cuối thế kỷ thứ 19? Thời đó xảy ra một cuộc cách mạng thầm lặng trong quan niệm về “chất liệu”. Ngày nay người ta biết rằng, sóng điện từ là có thật và nó lan truyền trong chân không với tốc độ của ánh sáng. Nó không có một chất liệu nào cả, nó là phi vật chất. Tự tính của ánh sáng là phi vật chất, tự tính của sóng điện từ là phi vật chất. Sự thiếu vắng một chất liệu trong trường điện từ sẽ dẫn đến một quan niệm triết học mới về thiên nhiên mà về sau chúng ta sẽ nói đến. Ê-te chỉ là một huyền thoại. Người ta đoán phải có nó vì nếu không có nó thì không thể có sóng điện từ. Nhưng đó là một giả định sai lầm. Nhưng nguyên uỷ của sự sai lầm này là từ đâu? Thế kỷ thứ 19 là đỉnh cao của chủ nghĩa duy vật trong khoa học. Phần lớn các nhà vật lý ở thời đại đó đều nghĩ rằng, nếu có một vật gì tồn tại bên ngoài, thì cái đó là vật chất, cái đó có chất liệu. Đó là trung tâm của triết học Descartes mà ta đã nói đến. Thế kỷ thứ 19 cũng là thời kỳ của những thành tựu vĩ đại của nền vật lý cơ giới của Newton, nền vật lý đặc trưng của các hạt vật chất. Tất cả mọi sự cần phải qui về sự vận động của các hạt vật chất, kể cả nhiệt động học – mà Lord Kelvin là một người có công rất lớn – cũng như các ngành khác như cơ học lưu chất (của thể lỏng và thể khí). Thế thì ánh sáng phải có chất liệu và chất liệu đó được đặt tên là ê-te. Sự ràng buộc triết học về chất liệu trong thề giới tự nhiên lớn tới mức không chỉ Lord Kelvin mà cả những kiến trúc sư của lý thuyết trường như Faraday mà Maxwell cũng không thoát nổi. Điều này cho ta thấy triết học đóng vai trò quan trọng thế nào trong khoa học. “Phá vỡ một định kiến trong khoa học khó hơn phá vỡ một hạt nhân nguyên tử”, Einstein đã từng nói như thế. Chỉ khi nền vật lý thực nghiệm với những bằng cớ không ai chối cãi nổi mới buộc ta từ bỏ những định kiến triết học đó. Qui luật này sẽ còn lặp lại trong thế kỷ 20 và dĩ nhiên là mãi mãi về sau. Vì thế khoa học thường có những bước phát triển đột ngột, chúng xảy ra sau khi một số định kiến nhất định bị phá vỡ. Những định kiến đó xuất phát từ những giả định mà con người nêu lên một cách vô ý thức nhưng họ vẫn tưởng đó là hiển nhiên. Thật ra đó chính là những giả định siêu hình mà ta nói đến trong những chương đầu tiên của cuốn sách này. ---o0o--- PHẦN THỨ TƯ - NỀN VẬT LÝ HIỆN ĐẠIMAX PLANCK, CON NGƯỜI NGAY THẲNG Khoảng giữa thế kỷ thứ 19, nước Đức sản sinh một nhà khoa học lớn với một số phận cuối đời bi thảm. Đó là Max Planck. Thuộc dòng dõi của một gia đình khoa bảng ngành luật và thần học, Max Planck sớm trở thành một học sinh xuất sắc. Trước ngưỡng cửa đại học, ông phân vân không biết nên học ngành vật lý hay không. Một vị giáo sư thời đó là Philipp Von Jolly khuyên Max Planck không nên theo học vật lý vì “phần lớn mọi kiến thức trong vật lý đã được phát hiện cả rồi”. Quả thật, châu Âu của cuối thế kỷ thứ 19 rơi vào một quan niệm bảo thủ. Sau nhiều thế kỷ đầy những phát kiến to lớn trong mọi lĩnh vực, người ta cho rằng đã hết những cái mới và tìm cách bảo tồn những gì đang có. Thú vị thay, trong ngành vật lý, đó cũng là thời kỳ mà nguyên lý bảo toàn năng lượng đã được khám phá và được xem là đỉnh cao của trí tuệ. Không nghe lời khuyên của Von Jolly, Max Planck cứ ghi tên theo học ngành vật lý. Năm 21 tuổi, ông hoàn thành luận án tiến sĩ vật lý với một đề tài thuộc phạm vi nhiệt động học. Ta cần biết rằng, nhiệt động học là một phạm vi hết sức hấp dẫn cảu ngành vật lý. Chỉ cần ngẫm nghĩ một chút, ta sẽ khám phá cả một thế giới hiện tượng nằm sau bức màn của nhiệt. Toàn bộ vũ trụ của chúng ta được xây dựng trên cơ sở nhiệt lượng. Thế nhưng, một thực tế của khoa học vật lý là người ta chỉ tìm đến với ngành nhiệt sau khi đã nghiên cứu gần như cạn kiệt ngành cơ học. Thậm chí người ta tìm cách lý giải nhiệt học bằng những quan niệm của cơ học theo thói quen và định kiến của trào lưu khoa học và tiết học trong thế kỷ 19. Và bất ngờ thay, ngành nhiệt đã mở đường cho một hướng phát triển hoàn toàn mới của cơ học trong thế kỷ 20 mà chương này sẽ nói đến. Trong thế kỷ thứ 19, ba nhà khoa học Robert Julius Mayer, Jame Prescott Joule và Hermann Helholtz đã chứng minh nhiệt là một dạng của năng lượng và không thể bị hủy hoại, nhiệt chỉ có thể được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác. Định luật này được gọi là “nguyên lý bảo toàn năng lượng” và chính là “Định luật thứ nhất” trong ngành nhiệt động học. Nó là một trong những phát hiện quan trọng nhất của loài người và sẽ còn chi phối mọi lĩnh vực khác của vật lý. Thế nhưng trong thế kỷ thứ 19, khi còn quá nghiêng về vai trò của cơ học, người ta thừa nhận nó là “tương thích với nền vật lý cơ giới”, nó hỗ trợ cho quan niệm rằng lực và chất liệu là yếu tố điều hành thế giới. Sau “định luật thứ nhất” này, người ta phát hiện thêm một “định luật thứ hai” và trong đó, Max Planck có những đóng góp quan trọng. Trước đó, nhà khoa học người Đức Rodolf Clausius cũn thừa nhận năng lượng không thể bị hủy hoại làm chỉ có thể bị chuyển hóa. Thế nhưng Clausius nhận ra một khía cạnh mới, đó là nếu năng lượng cơ học có thể chuyển hết ra năng lượng nhiệt được thì ngược lại, năng lượng nhiệt không thể chuyển hết ra năng lượng cơ học. Trong thực tế nhiệt năng luôn luôn bị “rơi rớt”, dù tổng trị số của năng lượng được bảo toàn trên lý thuyết. Clausius tổng quát hóa nhận thức của mình và tiến tới định luật thứ hai, đó là phát hiện cho rằng nhiệt luôn luôn có khuynh hướng đi từ một vật nóng đến một vật lạnh hơn, nhiệt luôn luôn lan tỏa trong không gian, nhiệt luôn luôn giảm thiểu mức độ “tập trung” của nó, tính chất “tán loạn” của nhiệt luôn luôn tăng trong một hệ thống khép kín. Nếu ta gọi mức độ “tán loạn” (ít tập trung) là entropy thì entropy luôn luôn bằng hay tăng trong một hệ thống. Đó là định luật thứ hai của nhiệt học. Định luật thứ hai cho rằng sự vật luôn luôn vận động hướng đến sự phân tán, điều này mới nghe qua thật ngớ ngẩn. Dường như nó không hề ngang tầm với định luật thứ nhất, nguyên lý bảo toàn năng lượng. Đinh luật thứ hai này xem ra nói về những điều rấ hiển nhiên mà ai cũng biết. Thí dụ một cục than hồng tỏa hơi nóng xung quanh và càng lúc càng nguội đi chứ cục than không bao giờ “hút” hơi nóng xung quanh về cho mình. Thí dụ hai chất lỏng hòa tan vào nhau sẽ càng lúc càng đồng thể với nhau để trở thành một, không thể tự nhiên mà tách rời khỏi nhau. Thí dụ một bàn viết hay một căn phòng mới đầu có thứ tự ngăn nắp thì càng ngày càng mất thứ tự nếu không có ai để mắt tới. Đó là một điều rất tự nhiên mà nói với ngôn ngữ vật lý thì quả là tính chất “tán loạn” ngày càng tăng trong tự nhiên. Max Planck tập trung nghiên cứu định luật thứ hai của ngành nhiệt động học. ông chia mọi quá trình vật lý thành hai thể loại, một là loại đảo ngược được, hai là loại không thể đảo ngược được. Max Planck cho rằng entropy còn là một đại lượng để mô tả một quá trình vật lý. Ông thấy rằng entropy của một quá trình không thể đảo ngược thì luôn luôn tăng. Ông tìm trong các quá trình đó những mối liên hệ về sự cân bằng và phát hiện những sự cân bằng về nhiệt và hóa. Trong những năm cuối thế kỷ 19, những công trình của Max Planck vẫn không được các nhà vật lý quan tâm. Họ thấy khái niệm entropy là một “bóng ma mơ hồ”. Bị qui định quá nặng nề bởi những khái niệm cơ học cụ thể, cộng đồng vật lý vẫn còn xa lạ với những nội dung trừu tượng. Ngày nay chúng ta biết rằng, entropy là khái niệm cơ bản của các quá trình không thể đảo ngược và chính nó nói lên tính chất của thời gian. Trong nền cơ học cổ điển, thời gian chỉ là một biến số với hai chiều rõ rệt và đối xứng, quá khứ và tương lai. “Biết các thông số của quá khứ thì biết diễn biến của tươnglai. Biết các thông số của hiện tại thì ta có thể suy ra tình trạng của quá khứ. Thế nhưng, với entropy, ta biết rõ có những quá trình không thể đảo ngược, ta biết rõ “thời gian chỉ có một chiều và khuynh hướng của thời gian là gì”. Xuất phát từ những công trình về trao đổi nhiệt, năm 1900 Max Planck phát hiện một định luật vô cùng quan trọng để người đời sau tôn ông là cha đẻ của ngành cơ học lượng tử. Trong những năm cuối của thế kỷ thứ 19, nhiều nhà khoa học đi tìm công thức của bức xạ nhiệt từ một vật thể nhằm mục đích so sánh với các kết quả đo lường. Mới đầu, nhà khoa học Wien, đồng nghiệp của Planck nêu lên một lý thuyết về sự phát tán của nhiệt và được Planck cụ thể hóa trong một công thức. Về sau người ta thấy rằng công thức đó lại không phù hợp với những dạng bức xạ có độ dài sóng lớn, để rồi chúng được thể hiện trong lý thuyết của Lord Rayleigh, một nhà vật lý người Anh. Công trình vĩ đại của Max Planck là nghiệm ra được một lý thuyết mới, nó bao trùm hai công trình kia, nó xem lý thuyết của Wein lẫn của Lord Rayleigh đều là các dạng đặc biệt của bức xạ nhiệt cả. Thế nhưng, nhằm nêu lên lý thuyết của mình, Max Planck phải từ bỏ một định kiến bất di bất dịch trong ngành vật lý. Định kiến đó cho rằng sự thay đổi năng lượng – mà cụ thể của nhiệt năng – phải diễn ra một cách liên tục, phi gián đoạn. Từ xưa đến nay người ta chỉ nghĩ, nhiệt năng phát ra từ một vật có tính chất liên tục, nó phải như một nguồn nước chảy thành dòng. Với quan niệm mới của Planck thì nước không chảy thành dòng nữa mà là từng “giọt”, từng các đơn vị tuy nhỏ nhưng có được định lượng cụ thể. Quan niệm cũ đi từ một giả định rất sâu xa, đó là sự vận hành trong thiên nhiên có tính liên tục, thiên nhiên không “nhảy cóc”. Giả định này thật ra rất hữu lý, nó bắt nguồn từ sự quan sát mọi vận hành, thí dụ của thiên thể, của sự tăng trưởng trong giới động vật cũng như thực vật. Thế nhưng trong lĩnh vực cực nhỏ của thiên nhiên, Planck là người đầu tiên phát hiện và nêu lên tính phi liên tục của sự vận động. Để phù hợp với tất cả các kết quả thực nghiệm, Max Planck đưa ra một giả định, đó là năng lượng phát ra không hề liên tục mà ở dạng từng “bó”, từng hạt có trị số tuy nhỏ nhưng hữu hạn, từng lượng tử. Những bó năng lượng đó chỉ tùy thuộc vào tần số của bức xạ và một hằng số h mà ta gọi là hằng số Planck. Tháng 12 năm 1900, khi Max Planck nêu lên lý thuyết này, cả ông lẫn tất cả mọi người đều không ngờ khái niệm “lượng tử” lại mở đường cho một nền cơ học mới. Mãi đến năm năm sau, Einstein mới đề nghị, khái niệm lượng tử không chỉ giới hạn trong bức xạ nhiệt mà còn được áp dụng trong mọi dạng của sóng bức xạ, kể cả ánh sáng, ánh sáng cũng có lượng tử. Từ những “lượng tử ánh sáng” hay quang tử mà sinh ra khái niệm photon của Einstein để lý giải nhiều hiện tượng của điện. Thế là Einstein khai sinh lại quan niệm hạt ánh sáng của Newton. Và quan trọng nhất là về sau, mô hình cấu tạo nguyên tử của Bohr cũng sử dụng khái niệm lượng tử đó để khái sinh nền cơ học lượng tử mà ngày nay vẫn còn trên đà phát triển. Từ khái niệm lượng tử trong bức xạ nhiệt đến quang tử photon của Einstein và đến cơ học lượng tử, hằng số Planck đóng một vai trò trung tâm. Thế nhưng nếu trong lĩnh vực bức xạ nhiệt, phát minh của Planck chỉ giải quyết một hiện tượng vật lý, thì trong cơ học lượng tử, nó đã mở đầu một kỷ nguyên mới về nhận thức luận trong thế giới tự nhiên. Như ta sẽ biết, với cơ học lượng tử, tính tất yếu của nền vật lý cổ điển đã được thay bằng tính xác suất, nguyên lý quyết định luận không còn rõ nét. Với nền vật lý lượng tử, loài người đã đặt lại vấn đề, phải chăng tương lai là kết quả “tất yếu” của quá khứ hay nó ngầm chứa một yếu tố của sự ngẫu nhiên thì phải chăng sự ngẫu nhiên là cơ bản trong thiên nhiên hay nó chỉ là sự biểu hiện của một cái gì mà con người chưa biết tới. Đây là bước ngoặt về mặt triết học tự nhiên quan trọng nhất kể từ ngày Galileo khai sinh nền vật lý thực nghiệm trong thế kỷ thứ 17. Là cha đẻ của cơ học lượng tử nhưng Max Planck lại là người chống trả quyết liệt nền triết học được khai sinh từ nền vật lý đó. Đó là bi kịch của đời ông hay hậu thế lại sẽ chứng minh là ông có lý? Ông là người tin nơi quyết định luận, một qui luật nhân quả rốt ráo trong thiên nhiên, tin nơi một thế giới có thực độc lập với nhận thức của con người. Trong các cuộc tranh cãi đó, dù có khi bất đồng ý kiến với ông, tất cả đồng nghiệp cũng như học trò của ông đều thừa nhận Max Planck là một con người trung thực khiêm tốn, một người đầy lòng hảo tâm trung hậu mà cách tư duy của ông phải làm ta quí trọng. Trong phần chấm dứt bài Die Kausalität der Natur (Tính nhân quả trong thiên nhiên), ông nói: “Hiển nhiên là tính nhân quả trong thiên hiên vừa không được minh chứng vừa không thể bị phủ nhận; thế nhưng nó là một nguyên lý để phát hiện, một bảng chỉ đường, và theo tôi là bảng chỉ đường quí báu nhất mà ta có thể thấy cái đúng trong thiên hình vạn trạng của các biến cố và nêu lên chiều hướng mà các công trình nghiên cứu khoa học phải đi theo mới đạt được kết quả. Cũng như luật nhân quả đã cắm rễ trong tâm hồn mới lớn của trẻ con, để cho chúng liên tục đặt câu hỏi “tại sao” thì luật đó cũng đi theo nhà nghiên cứu suốt cả đời và không ngừng nêu lên vấn đề mới. Vì khoa học không phải là sự yên nghỉ trong những tri kiến chắc chắn đã đạt được mà là sự lao động không phải là sự phát triển tiến lên, hướng về một mục đích, về một cái mà ta đoán biết nhưng không bao giờ hoàn toàn nắm vững được”. Đoạn cuối đời của Max Planck mới thật sự là một bi kịch. Con trai đầu của ông tử trận trong Thế chiến Thứ nhất. Sau đó hai nàng con gái sinh đôi của ông sớm chết trên giường bệnh. Đầu năm 1945 con trai thứ của ông bị xử tử hình vì chống lại nhà độc tài Hitler. Ông đau đớn gần như muốn chết. Trong Thế chiến Thứ hai, nhà cửa và tài liệu khoa học của ông bị phá hủy hoàn toàn. Max Planck và gia đình từng phải cắm lều ngủ tạm trong rừng. Ông biết thư cầu viện với nhà vật lý người Đức Lise Meitner, người học trò nữ xuất sắc nhất của ông và ngày nay người ta còn giữa lại thư cám ơn của vợ ông: “Cô hãy tin rằng, nếu không có cô cứu viện thì ông (Max Planck) đã không qua nổi mùa đông vừa rồi”. Hai năm sau khi đứa con trai của ông bị hành hình, Max Planck cũng từ giã thế giới, một cõi mà ông luôn luôn cho rằng có một trật tự siêu việt trên ý thức của con người mà tự tính của nó chúng ta không bao giờ nắm bắt được, nhiều nhất là chỉ cảm nhận được nó. Max Planck không bao giờ giấu giếm mình là một người có tâm hồn hồi giáo sâu sắc. Với tư cách của một nhà bác học luôn luôn trung thực với những gì mình suy nghĩ, Max Planck để lại cho hậu thế một nhân cách mà sau ông khó có người nào đạt đến. ---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:
|