NHÀ khoa học nguyễn văN ĐẠo với lý thuyết dao đỘng và chuyểN ĐỘng hỗN ĐỘN



tải về 3.08 Mb.
trang2/11
Chuyển đổi dữ liệu15.11.2017
Kích3.08 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Đến với hướng Nghiên cứu “ Chuyển động Hỗn độn” (Chaotic Motions)


Khai phá hướng nghiên cứu Chaos trong các Hệ động lực phi tuyến
Cho tới trước năm 2000, các công trình của Anh chủ yếu tập trung vào nghiên cứu các vấn đề của dao động của các hệ động lực phi tuyến theo hướng truyền thống.

Bắt đầu từ năm 1999, Anh mở đường đi vào một hướng nghiên cứu rất mới của các hệ phi tuyến: Chuyển động hỗn độn - Chuyển động Chaos (Chaotic Motions).

Hỗn độn - Chaos” không chỉ là hướng nghiên cứu mới đối với chúng ta mà là hướng nghiên cứu mới đối với thế giới. Nó chỉ mới được phát hiện và bắt đầu được nghiên cứu khoảng hơn bốn chục năm gần đây (vào đầu những năm 60 của thế kỷ XX) nhưng nó đã có những ảnh hưởng và đóng góp rất lớn đến việc nghiên cứu hầu như trong mọi lĩnh vực: khoa học, kỹ thuật, kinh tế, kể cả khoa học xã hội. Nó thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học và đặc biệt được nghiên cứu nhiều ở Mỹ, Nhật Bản, hai cái nôi sản sinh ra ngành khoa học này.

Sự khai phá mới bao giờ cũng thật khó khăn, rất ít người cộng tác (vì trong lĩnh vực Động lực học, ở Việt nam đến thời điểm đó, chưa có nhà khoa học nào đi sâu tìm hiểu hiện tượng Chaos), hơn thế nữa, bản thân “Chaos” là vấn đề rất khó.

Hai năm đầu, Anh cùng cả nhóm nghiên cứu tập trung vào đọc sách tìm hiểu vấn đề. Có lần Anh đã mời Giáo sư Nhật Bản sang thuyết trình. Một việc cũng rất khó khăn là việc tính lại các ví dụ trong sách, bởi vì động chạm đến các nghiệm Chaos thì chương trình tính toán rất phức tạp, mất nhiều thời gian (có nhiều chương trình như xây dựng các sơ đồ phân nhánh, phải chạy máy tính đến hàng chục ngày).

Sau thời gian tìm hiểu, Anh cùng nhóm nghiên cứu đã mạnh dạn đăng ký hướng nghiên cứu này trong “Chương trình nghiên cứu cơ bản của Nhà nươc” với đề tài “Hệ Động lực phi tuyến và Chaos”. Đề tài thực hiện từ năm 2001 đến 2005 và đã đạt được những kết quả ban đầu.



Anh đã có 8 công trình nghiên cứu về chuyển động Chaos của một số hệ động lực. Đã xuất bản một quyển sách chuyên khảo với nhan đề “Nhập môn Động lực học phi tuyến và chuyển động hỗn độn” (Nhà xuất bản ĐHQG,2005).

Giới thiệu sơ lược về khái niệm chuyển động hỗn độn - Chuyển động Chaos
Lâu nay, định luật II của Newton được xem như mở đầu và cũng là kết thúc cho việc nghiên cứu động lực học! Dựa vào đó, người ta có cơ sở để tin rằng nếu biết trước vị trí, vận tốc ban đầu và các lực tương tác, thì với một máy tính đủ mạnh, người ta có thể dự đoán được chuyển động của một hệ trong tương lai lâu dài. Nhưng tiếc rằng, sự xuất hiện của các máy tính nhanh và mạnh này không phải lúc nào cũng đáp ứng được niềm kỳ vọng vào khả năng dự đoán trước một cách vô tận trong động lực học. Rất gần đây, người ta đã phát hiện ra rằng, chuyển động của những hệ động lực rất đơn giản không phải luôn luôn có thể dự báo được dài trong tương lai. Những chuyển động không dự báo được dài hạn này được gán cho tên là chuyển động Chaos (chuyển động hỗn độn) và việc nghiên cứu chúng đã gây ra cuộc tranh cãi về một số ý tưởng toán học mới sôi động trong động lực học. Nếu ba trăm năm trước, Newton (1687) đã đưa phép tính vi tích phân, công cụ toán học hiện đại nhất thời đó, vào các nghiên cứu động lực học, thì cũng rất phù hợp là ba trăm năm sau, khi các hiện tượng mới được phát hiện trong các hệ động lực, thì các nhà khoa học cũng phải xử dụng các lý thuyết toán học hiện đại nhất về topo, hình học để nghiên cứu những vấn đề này.

Trở lại với các nghiệm của hệ động lực. Cùng với các định luật Newton, một thời gian dài, chúng ta chỉ nghĩ rằng nếu nghiệm của hệ động lực còn bị giam hãm trong một miền giới nội trong không gian trạng thái thì chúng chỉ có thể là một trong hai trạng thái sau:

1- Trạng thái dừng, hay cân bằng được hình thành do sự hao tán năng lượng bởi ma sát, trạng thái này được Newton mô tả bởi hình ảnh “quả táo nằm trên mặt đất” .

2- Trạng thái dao động, có thể tuần hoàn hoặc á tuần hoàn, được Newton mô tả như là chuyển động đều đặn của Trái đất, Mặt trăng và các hành tinh khác xung quanh Mặt trời.

Vài chục năm gần đây, các nhà khoa học mới phát hiện ra còn có một trạng thái thứ ba của chuyển động, đó là chuyển động Chaos. Những chuyển động này cũng bị giới nội, bị giam hãm như những chuyển động tuần hoàn và á tuần hoàn, nhưng không hề lặp lại và không thể có được một dự đoán dài hạn.

Hiện nay chưa có một định nghĩa chính xác cho một nghiệm Chaos, bởi vì nó không thể biểu diễn được qua các hàm toán học chuẩn. Mặc dù vậy, người ta thường có nhận định chung rằng: nghiệm Chaos là một nghiệm không tuần hoàn với một số đặc điểm nhận dạng đặc biệt.

Nghiệm Chaos được xác định như một trạng thái yên định giới nội, miền hút của nghiệm Chaos trong không gian trạng thái không phải là một đối tượng hình học đơn giản như một số hữu hạn điểm, một đường cong kín hay một xuyến,... mà nó có cấu trúc hình học phức tạp, được gọi là tập hút lạ (strange attractor) hay tập hút Chaos (chaotic attractor), có thứ nguyên phân hình (fractal dimension). Phổ của các tín hiệu Chaos có đặc tính của một dải rộng liên tục, nghĩa là có tính chất như phổ của một hiện tượng ngẫu nhiên, chứ không chỉ rời rạc như phổ của tập hút tuần hoàn hay á tuần hoàn.

Tính chất điển hình quan trọng nhất của chuyển động Chaos là nó đặc biệt nhậy cảm với sự thay đổi của điều kiện ban đầu, có nghĩa là: những khác nhau rất nhỏ ở đầu vào, bị khuếch đại và tạo nên sự khác nhau rất lớn ở đầu ra. Sự cực kỳ nhậy cảm với điều kiện ban đầu của nghiệm Chaos được người ta gán cho một cái tên rất đẹp, rất sinh động là “Hiệu ứng cánh bướm” (Butterfly effect) và được diễn đạt bởi một câu nói đầy ấn tượng và văn hoa: Một cái vẫy cánh của một con bươm bướm ở Bắc Kinh, Trung Quốc hôm nay, có thể gây bão tố cho bang California (Mỹ) vào tháng sau”.

Như vậy, việc tìm nghiệm Chaos dẫn đến một loạt vấn đề: tập hút lạ, phổ phản ứng, sự phụ thuộc nhậy cảm vào điều kiện ban đầu mà tiêu chuẩn điển hình là có số mũ Liapunov dương , xây dựng hàm mật độ .... Một trong những vấn đề có ý nghĩa nhất, đặc biệt trong thực tiễn, là xác định được miền các tham số tương ứng với nghiệm Chaos.

Sau một thời gian dài nghiên cứu, Giáo sư Yoshisuke Ueda (người đầu tiên phát hiện ra hiện tượng Chaos trong các dao động của dòng điện vào năm 1961) đã nhận xét: Người ta gọi Chaos là một hiện tượng mới, nhưng nó luôn luôn tồn tại xung quanh ta. Thật ra chẳng có gì mới về nó, chỉ có điều người ta đã không chú ý tới nó. (People call Chaos a new phenomenon, but it has always been around. There’s nothing new about it , only people did not notice it).



Một điều đáng nói là việc phát hiên ra những nghiệm Chaos trong các hệ động lực thoạt tiên không phải là các nhà toán học, mà là các chuyên gia về kỹ thuật khi họ nghiên cứu các bài toán thực tế về khí tượng thuỷ văn, về dao động của dòng điện …và sau đó người ta mới dùng các công cụ toán học để nghiên cứu bản chất của hiện tượng này một cách sâu sắc.



  1. Bước đầu đến với Cơ học Nano

Việc chế tạo ra các vật liệu Nano và phát minh ra công nghệ Nano được xem là một trong những thành tựu khoa học kỹ thuật đặc sắc về kích thước ở cuối thế kỷ XX. Trong thế kỷ XXI này, những nghiên cứu về các vật liệu và công nghệ Nano có thể tạo ra một cuộc cách mạng mới trong sản xuất.

Anh Đạo đã tìm hiểu, nắm bắt vấn đề khoa học và công nghệ có vai trò cách mạng này và nhìn nhận nó trên quan điểm Cơ học.

Trong hội nghị Cơ học toàn quốc kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Cơ học (10/4/2004) tại Hà Nội, Anh đã có báo cáo khoa học với nhan đề “Cơ học Nano”. Trong báo cáo này Anh đã trình bày những thông tin tổng quát về hướng nghiên cứu Cơ học Nano, những thành tựu đã đạt được trên thế giới và đề xuất phương hướng nghiên cứu Cơ học Nano ở nước ta.

Trong Cơ học Nano, vật liệu được xem xét ở kích thước cỡ một phần tỷ của mét (), gần với kích thước của phân tử. Ở kích thước này của vật liệu, sẽ xuất hiện hiệu ứng lượng tử , vì thế các định luật Newton, các quy luật kết cấu, ma sát, tương tác … trong cơ học kinh điển không còn chính xác nữa mà phải kể thêm các hiệu ứng điện từ, lực phân tử,…..

Nhìn trước vai trò quan trọng của Cơ học Nano trong tương lai của khoa học cơ bản và công nghệ, Anh đã có một số kiến nghị :



    1. Tổ chức một nhóm nghiên cứu thăm dò, tìm kiếm thêm thông tin về lĩnh vực này: nội dung khoa học, các tổ chức nghiên cứu tại các nước … Ngành cơ học thuộc Hội Đồng Khoa Học Tự Nhiên tài trợ cho nhóm nghiên cứu. Các đề tài lựa chọn cần được định hướng và việc nghiên cứu cơ học phục vụ cho phát triển công nghệ Nano ở Việt Nam, cho việc phát triển công nghệ sản xuất các sản phẩm cấu trúc Nano. Đặc biệt lưu tâm đến lĩnh vực Cơ học vật liệu.

    2. Tìm hiểu chương trình đào tạo cán bộ Cơ học Nano ở các nước. Chuyển một số cán bộ Cơ học trẻ và giỏi ở các trường đại học và Viện nghiên cứu sang nghiên cứu về Cơ học Nano

    3. Tổ chức một số seminar về Cơ học Nano

    4. Tham gia các họat động hợp tác quốc tế trong lĩnh vực Cơ học Nano, cử cán bộ đi trao đổi khoa học ở các nước về vấn đề này.

Trong Hội nghị, Anh cũng đã động viên khuyến khích các cán bộ khoa học trẻ mạnh dạn đi vào hướng nghiên cứu mới này. Mong rằng chúng ta có thể thực hiện được các ý nguyện tâm huyết của Anh.


  1. Kết luận

Cách đây ít hôm, ngày 21/7/2007, Nguyên Thủ tướng Võ Văn Kiệt đã đên thăm gia đình VS Nguyễn Văn Đạo. Trong lời cảm tưởng Ông viết: “... Tôi thật xúc động bồi hồi và thương tiếc Anh vô cùng - Một nhà trí thức lớn đầy tâm huyết, nhiều ý tưởng, luôn sáng tạo và vươn tới cái mới …”.

Trong khoa học, Anh thể hiện rất rõ là con người như vậy. Từ những ngày đầu ở lứa tuổi 20, chập chững đi vào nghiên cứu khoa học và cho đến những năm tháng cuối Anh luôn miệt mài làm việc, khai phá mở đường và đẫn dắt cả một tập thể nghiên cứu theo hướng của Anh. Anh cũng đã luôn giúp đỡ, bồi dưỡng, tạo điều kiện cho các cán bộ khoa học trẻ vươn lên. Một hoạt động khác trong lĩnh này là Anh rất chịu khó viết sách chuyên khảo. Anh Bắt đầu viết sách từ năm 1969, tới nay Anh đã viết 13 cuốn sách chuyên khảo.

Ở anh một nét nổi bật là khả năng tổ chức, đoàn kết, hội tụ các nhà khoa học để phát huy sức mạnh của họ phục vụ đất nước.



B. Công trình khoa học cuối cùng

Một tiếp cận số của các Chuyển động Hỗn độn trong Chấn tử Duffing – Van Der Pol


AN NUMERICAL APPROACH OF CHAOTIC MOTIONS IN

A DUFFING-VAN DER POL OSCILLATOR



Nguyen Van Dao, Nguyen Van Dinh,

Vietnam National University, Hanoi



Tran Kim Chi, Nguyen Dung



1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương