Chào mừng Bạn tham gia Diễn Đàn VNKienThuc.com - Định hướng Forum Kiến Thức
- HÃY TẠO CHỦ ĐỀ KIẾN THỨC HỮU ÍCH VÀ CÙNG NHAU THẢO LUẬN
Kết nối: VNK X - VNK groups | Nhà Tài Trợ: BhnongFood X - Bhnong groups - Đặt mua Bánh Bhnong

Trả lời chủ đề

Nội dung: <blockquote data-quote="Hide Nguyễn" data-source="post: 19278" data-attributes="member: 6">[FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Cơ học lượng tử và phần mở rộng của nó là lý thuyết trường lượng tử là một trong những thành tựu vĩ đại của thế kỉ 20. Bản phác thảo con đường từ vật lý cổ điển đến vật lý hiện đại đã dẫn chúng ta đi được một chặng đường dài đến một bức tranh cơ bản và thống nhất về các hạt và các lực trong tự nhiên. Nhưng vẫn còn rất nhiều việc phải làm và cái đích vẫn còn ở xa phía trước. Ví dụ còn phải thống nhất lực điện-yếu với lực hạt nhân “mạnh” và với lực hấp dẫn. Nhưng ở đây, người ta nhận thấy rằng mô tả lượng tử của thế giới vi mô có một ứng dụng cơ bản khác: đó là tính toán các tính chất hóa học của các hệ phân tử (đôi lúc được mở rộng cho sinh học phân tử) và của cấu trúc chất rắn, những ngành mà đã thu được một số giải Nobel về vật lý và hóa học.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Từ thế giới vi mô đến thế giới vĩ mô[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Phần trước “Từ vật lý cổ điến đến vật lý lượng tử” đã đưa chúng ta đi từ các hiện tượng của thế giới vĩ mô mà chúng ta gặp hàng ngày tới thế giới lượng tử của các nguyên tử, điện tử và hạt nhân. Bắt đầu từ nguyên tử, các công trình của những người đạt giải Nobel đã cho chúng ta hiểu biết sâu sắc hơn thế giới hạ nguyên tử (subatomic) và các thành phần nhỏ bé của nó.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Chúng ta cũng nhận thấy rằng, chỉ trong nửa đầu thế kỉ 20, khám phá tính chất của thế giới vi mô của các hạt và tương tác mới là cần thiết để hiểu lịch sử cấu thành và tiến hóa của những cấu trúc lớn hơn của vũ trụ - thế giới vĩ mô. Tại thời điểm hiện tại, vật lý, vật lý thiên văn và vũ trụ học liên hệ với nhau rất chặt chẽ, dưới đây sẽ trình bày một vài ví dụ.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Một mối liên hệ khác liên kết các thực thể nhỏ nhất và lớn nhất trong vũ trụ của chúng ta là lý thuyết tương đối của Albert Einstein. Einstein đưa ra lý thuyết tương đối hẹp của mình lần đầu tiên vào năm 1905 (special theory of relativity) với phương trình cho biết mối liên hệ giữa khối lượng và năng lượng E=mc2. Và vào thập kỉ tiếp theo, ông tiếp tục đưa ra lý thuyết tương đối rộng (general theory of relativity) liên hệ lực hấp dẫn với cấu trúc của không gian và thời gian. Tất cả các tính toán khối lượng hiệu dụng của các hạt năng lượng cao, của các biến đổi năng lượng trong phân rã phóng xạ cũng như các tiên đoán của Dirac về sự tồn tại của phản hạt, đều dựa trên lý thuyết tương đối của ông. Lý thuyết tương đối rộng là cơ sở cho các tính toán chuyển động trên thang vĩ mô của vũ trụ, kể cả giả thiết về tính chất của hố đen. Eistein nhận giải Nobel vào năm 1922 lại do công trình về hiệu ứng quang điện thể hiện bản chất hạt của ánh sáng. (*Có lẽ ủy ban trao giải thưởng đã quá thận trọng khi không trao giải Nobel cho ông về lý thuyết tương đối. Họ sợ rằng, một lý thuyết quan trọng như vậy, nếu sai có thể để lại một hậu quả rất lớn, chính vì thế Eistein được trao giải vì hiệu ứng quang điện, một vấn đề kém quan trọng hơn nhiều so với thuyết tương đối - ND*).[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Các nghiên cứu của Becquerel, vợ chồng Curie và Rutherford làn nảy sinh các câu hỏi: đâu là nguồn năng lượng của hạt nhân phóng xạ để có thể duy trì việc phát xạ anpha, betha và gamma trong khoảng thời gian rất dài mà một vài người trong số họ đã quan sát được? hạt anpha là gì và hạt nhân có tạo thành từ hạt này hay không? Câu hỏi đầu tiên (có vẻ như là vi phạm định luật bảo toàn năng lượng, một trong những định luật quan trọng nhất của vật lý) đã có câu trả lời từ lý thuyết biến tố (transmutation theory) của Rutherford và Frederick Soddy (Nobel hóa học 1921). Họ đã theo dõi rất chi tiết một chuỗi các phân rã phóng xạ khác nhau và so sánh năng lượng phát ra với sự thay đổi về khối lượng của hạt nhân mẹ và hạt nhân con. Họ tìm thấy rằng hạt nhân thuộc một nguyên tố hóa học có thể có các khối lượng khác nhau gọi là các “đồng vị” (isotope). Một giải Nobel cũng được trao vào năm 1922 cho Francis W. Aston về việc tách phổ-khối lượng (mass-spectroscopic) của một số lớn các đồng vị của các nguyên tố không phóng xạ. Cùng lúc đó Marie Curie cũng nhận giải Nobel lần thứ hai (lần này về hóa học) về phát hiện ra các nguyên tố hóa học radium và polonium.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Khối lượng của các đồng vị đều là một số nguyên lần khối lượng của proton, proton do Rutherford phát hiện lần đầu tiên khi ông chiếu tia anpha và hạt nhận nguyên tử Ni-tơ. Nhưng các đồng vị không thể chỉ được tạo thành từ các proton được vì mỗi nguyên tố hóa học chỉ có một giá trị tổng điện tích hạt nhân. Thông thường các proton chỉ chiếm không đến một nửa khối lượng hạt nhân, điều đó có nghĩa là một số thành phần không mang điện cũng có mặt trong hạt nhân. James Chadwick lần đầu tiên tìm thấy chứng cứ cho hạt đó, gọi là hạt neutron khi ông nghiên cứu các phản ứng hạt nhân năm 1932. Ông nhận giải Noebel vật lý năm 1935.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Ngay sau phát hiện của Chadwick, Enrico Fermi và một số người khác cũng bắt tay vào nghiên cứu neutron như là một phương pháp để tạo ra các phản ứng hạt nhân mà có thể gây ra phóng xạ “nhân tạo”. Fermi thấy rằng xác suất của các phản ứng cảm ứng-hạt nhân (neutron-induced reactions, không bao gồm biến đổi nguyên tố) tăng lên khi neutron bị làm chậm đi và điều này cũng đúng cho các nguyên tố nặng giống như với các nguyên tố nhẹ, trái ngược với phản ứng cảm ứng các hạt mang điện (*ví dụ như proton*). Ông nhận giải Nobel vật lý năm 1938.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Một nhánh của vật lý gọi là “vật lý hạt nhân” đã được hình thành dựa trên giả thiết hạt nhân được tạo thành từ các proton và neutron và một vài thành tựu quan trọng đã được ghi nhận bằng các giải Nobel. Ernest O. Lawrence, người nhận giải Nobel vật lý năm 1939 đã xây máy gia tốc đầu tiên trong đó các hạt được gia tốc dần dần bằng việc gia tăng năng lượng cho hạt sau mỗi vòng quay trong từ trường. Bằng các máy gia tốc này ông có thể gia tốc các hạt nhân tới các năng lượng cao mà ở đó các phản ứng hạt nhân có thể xảy ra và ông đã thu được kết quả mới rất quan trọng. Ngài John D. Cockcroft và Ernest T. S. Walton đã gia tốc các hạt bằng việc tác động trực tiếp một điện thế rất cao và các ông cũng được trao giải vào năm 1951 cho công trình nghiên cứu về biến tố (*nguyên tố mẹ biến đổi thành nguyên tố con thông qua phóng xạ*).[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Otto Stern nhận giải Nobel vật lý năm 1943 cho các phương pháp thực nghiệm của ông để nghiên cứu tính chất từ của hạt nhân, đặc biệt là xác định mô men từ của proton. Isidor I. Rabi làm tăng độ chính xác lên hai bậc trong việc xác định mô men từ vủa hạt nhân bằng kĩ thuật cộng hưởng tần số radio, và do đó, ông nhận giải Nobel vật lý năm 1944. Các tính chất từ của hạt nhân cung cấp các thông tin quan trọng để hiểu chi tiết proton và neutron tạo nên hạt nhân như thế nào. Sau đó, vào nửa cuối của thế kỉ một vài nhà vật lý lý thuyết được trao giải cho những công trình về mô hình hóa lý thuyết các hệ nhiều hạt như vậy: Eugene P. Wigner (nửa giải), Maria Goeppert-Mayer (một phần tư) and J. Hans D. Jensen (một phần tư) vào năm 1963 và Aage N. Bohr, Ben R. Mottelson và L. James Rainwater vào năm 1975. Chúng ta sẽ trở lại những công trình này trong phần “Từ đơn giản đến phức tạp”.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Ngay từ năm 1912 Victor F. Hess (giải Nobel năm 1936 cùng với Carl D. Anderson) thấy rằng các bức xạ có khả năng đi sâu vào vật chất có thể đến với chúng ta từ khoảng không ngoài vũ trụ. “Bức xạ vũ trụ” này được ghi nhận bằng các buồng ion hóa và sau này là buồng mây (cloud chamber) Wilson (người được nhắc đến ở phần trước). Các tính chất của các hạt có thể phỏng đoán từ các vạch cong của các hạt để lại trong buồng ion hóa dưới tác dụng của từ trường mạnh bên ngoài. Theo cách đó, C. D. Anderson đã phát hiện ra positron. Anderson và Patrick M. S. Blackett cho thấy rằng, tia gamma (cần một năng lượng quang tử ít nhất bằng hai lần me*c2, me là khối lượng điện tử) có thể sinh ra các cặp điện tử-phản điện tử và ngược lại, điện tử và phản điện tử có thể hủy nhau tạo ra chính tia gamma bị mất đi. Blackett nhận giải Nobel vật lý năm 1948 cho việc phát triển buồng mây sau này và các phát minh mà công đã thực hiện đển làm việc đó.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Mặc dù sau này, các máy gia tốc được phát triển nhiều, bức xạ vũ trụ vẫn là nguồn các hạt năng lượng cao chủ yếu trong vài thập kỉ (và hạt từ bức xạ vũ trụ có năng lượng lớn hơn năng lượng của các hạt tạo ra từ các máy gia tốc lớn nhất trên trái đất, mặc dù cường độ của bức xạ vũ trụ rất nhỏ) và nó đã cung cấp những hình ảnh ban đầu của một thế giới hạ hạt nhân mà lúc bấy giờ con người hoàn toàn chưa biết. Một loại hạt mới gọi là meson được phát hiện năm 1937 có khối lượng xấp xỉ 200 lần khối lượng điện tử (nhưng nhẹ hơn proton 10 lần). Năm 1946, Cecil F. Powell đã làm sáng tỏ hiện tượng trên và cho rằng thực ra là có nhiều hơn một loại hạt như vậy tồn tại. Một trong số đó có tên là “meson pi” phân rã thành một hạt khác gọi là “meson muy”. Powell nhận giải Nobel vật lý năm 1950.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Lúc bấy giờ các nhà lý thuyết đang nghiên cứu về lực mà giữ proton và neutron lại trong hạt nhân. Năm 1935, Hideki Yukawa giả thiết rằng lực tương tác “mạnh” (strong force) có thể được truyền bằng các hạt trao đổi (*có hai loại hạt: hạt thực có spin bán nguyên và hạt truyền tương tác hay còn gọi là hạt trao đổi, hạt có spin nguyên, ví dụ hạt gravion là hạt truyền tương tác hấp dẫn – ND*), giống như lực điện từ được giả thiết được truyền thông qua trao đổi các quang tử ảo trong lý thuyết trường lượng tử. Yukawa cho rằng một hạt như vậy phải có khối lượng khoảng 200 lần khối lượng của điện tử để giải thích tầm tác dụng ngắn của lực tương tác mạnh mà thực nghiệm tìm ra. Hạt meson pi mà Powell tìm ra có các tính chất phù hợp để có thể là “hạt Yukawa”. Ngược lại, hạt meson muy lại có các tính chất hoàn toàn khác (và tên của nó sau này được đổi thành “muon”). Yukawa nhận giải thưởng Nobel vật lý năm 1949. Mặc dù các nghiên cứu sau này chỉ ra rằng cơ chế của lực tương tác mạnh phức tạp hơn bức tranh của Yukawa rất nhiều nhưng ông vẫn được coi là người tiên phong trong nhiên cứu các hạt truyền tương tác mạnh.[/FONT]</blockquote>

Tên

Mã xác nhận