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: 19279" data-attributes="member: 6">[FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Từ đơn giản đến phức tạp[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Nếu tất cả các tính chất của các hạt cơ bản cũng như các lực tương tác giữa chúng đã được biết rất chi tiết thì liệu có thể đoán được tính chất của các hệ gồm các hạt như vậy không? Việc tìm kiếm các thành tố cơ bản của tự nhiên và tìm kiếm các mô tả lý thuyết tương tác giữa chúng (ở tầm vĩ mô cũng như vi mô) đã được khuyến khích một phần bởi một học thuyết giản hóa luận (reductionistic). Tất cả các nhà khoa học không cho rằng có tồn tại một phương pháp tổng hợp ngay cả về mặt nguyên lý. Nhưng thậm chí nếu nó đúng thì các tính toán tính chất của hệ phức cũng nhanh chóng trở thành bất khả thi khi số hạt và tương tác trong hệ tăng lên. Do đó người ta mô tả hệ nhiều hạt phức bằng các mô hình đơn giản hóa, trong đó, chỉ các đặc điểm quan trọng nhất của các thành phần các hạt và tương tác được dùng như là các điểm khởi đầu. Người ta thường xuyên thấy rằng các hệ phức thể hiện các đặc điểm được gọi là các “tính chất chung” mà không thể đoán được từ các tương tác cơ bản giữa các thành phần của chúng.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Hạt nhân nguyên tử[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Các hệ phức đầu tiên từ quan điểm của các nhà giản hóa luận là thành phần cấu thành hạt nhân, tức là các neutron và proton được tạo thành từ các quark và gluon. Hệ thứ hai là các hạt nhân nguyên tử, theo một phép gần đúng bậc một, được tạo thành từ các hạt nucleon. Mô hình đầu tiên về cấu trúc hạt nhân là mô hình các lớp hạt nhân, do Maria Goeppert-Mayer và Johannes D. Jensen đưa ra vào cuối những năm 40, họ nhận thấy rằng ít nhất đối với các hạt nhân với hình gần như hình cầu thì các nucleon bên ngoài cùng cũng lấp đầy các mức năng lượng giống như các điện tử trong nguyên tử. Tuy vậy, trật tự của các nucleon lại khác với các điện tử và được xác định bởi một thế năng chung và bởi sự kết cặp spin-quĩ đạo rất mạnh của các lực hạt nhân. Mô hình của họ giải thích tại sao hạt nhân lại đặc biệt ổn định với một số xác định (magic number – con số kì diệu) các proton. Họ chia nhau giải Nobel vật lý năm 1963 cùng với Eugene Wigner, người đã công thức hóa các nguyên lý đối xứng cơ bản rất quan trọng trong vật lý hạt nhân và vật lý hạt.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Hạt nhân có số nucleon khác với con số kì diệu thì lại không phải là hình cầu. Niels Bohr đã từng nghiên cứu mô hình giọt chất lỏng áp dụng cho các hạt nhân bị biến dạng như vậy (có thể có dạng hình e-líp), và vào năm 1939 người ta thấy rằng nếu kích thích các hạt nhân bị biến dạng mạnh có thể dẫn đến sự phân chia hạt nhân, tức là hạt nhân bị phá vỡ thành hai mảnh lớn. Otto Hahn nhận giải Nobel hóa học năm 1944 cho phát hiện quá trình mới này. Hình phi cầu của hạt nhân biến dạng sinh thêm các bậc tự do cũng giống như sự dao động tập thể của các hạt nhân. James Rainwater, Aage Bohr (con trai của Niels Bohr) và Ben Mottelson đã phát triển các mô hình mô tả các kích thích hạt nhân và họ cùng nhận giải Nobel vật lý năm 1975.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Các mô hình về hạt nhân được nhắc đến trên đây không chỉ dựa trên các nguyên lý chung, có tính định hướng mà còn dựa trên các thông tin ngày càng tăng về phổ hạt nhân. Harold C. Urey đã phát hiện ra deuterium, một đồng vị nặng của hydro, và vì thế, ông được trao giải Nobel về hóa học vào năm 1934. Fermi, Lawrence, Cockcroft, và Walton đã được nhắc đến ở phần trước đã phát triển các phương pháp để tạo ra các đồng vị hạt nhân không bền. Edwin M. McMillan và Glenn T. Seaborg nhận giải Nobel hóa học năm 1951 vì đã mở rộng bảng đồng vị hạt nhân tới các nguyên tố nặng nhất. Năm 1954, Walther Bothe và Max Born (người được nhắc đến ở trên) nhận giải Nobel vật lý vì phát triển phương pháp trùng hợp cho phép những người nghiên cứu quang phổ có thể lựa chọn các chuỗi bức xạ hạt nhân có liên quan từ phân rã hạt nhân. Phương pháp này lại hóa ra rất quan trọng, đặc biệt là trong nghiên cứu các trạng thái kích thích của hạt nhân và tính chất điện từ của chúng.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Nguyên tử[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Khi xem xét các hệ nhiều hạt, việc nghiên cứu các lớp điện tử của các nguyên tử dễ hơn của hạt nhân (hạt nhân thực ra không chỉ bao gồm các proton và neutron mà còn nhiều thành phần hơn nguyên tử, như là các hạt “ảo” có thời gian sống ngắn). Đó là do lực điện từ yếu và đơn giản hơn lực hạt nhân “mạnh” giữ các thành phần của hạt nhân lại với nhau. Cơ học lượng tử của Schrodinger, Heisenberg, và Pauli và phần mở rộng tương đối tính của Dirac đã có thể mô tả khá tốt các tính chất cơ bản của các điện tử trong nguyên tử. Tuy vậy, một bài toán có từ lâu vẫn chưa được giải quyết, tức là các vấn đề toán học liên quan đến các tương tác lẫn nhau giữa các điện tử sau khi tính đến lực hút của các hạt nhân mang điện tích dương. Một khía cạnh của vấn đề này đã được đế cập bởi một trong những người đạt giải Nobel hóa học mới đây (1998), đó là Walter Kohn. Ông đã phát triển phương pháp “hàm mật độ” (density functional method) có thể áp dụng vào các nguyên tử tự do cũng như áp dụng cho các điện tử trong các phân tử và trong chất rắn.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Vào đầu thế kỉ 20, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học vẫn chưa hoàn thiện. Lịch sử ban đầu của giải Nobel bao gồm các phát hiện một số các nguyên tố còn thiếu. Lord Raleigh (John William Strutt) đã chú ý đến sự khác nhau về khối lượng nguyên tử tương đối khi các mẫu ô-xi và ni-tơ được tách trực tiếp từ không khí quanh ta với mẫu được tách từ các thành phần hóa học. Ông kết luận rằng khí quyển phải có chứa thành phần chưa biết, đó là nguyên tố argon có khối lượng nguyên tử là 20. Ông nhận giải Nobel vật lý năm 1904, cùng năm với ngài William Ramsay nhận giải Nobel hóa học vì đã tách được nguyên tố Hê-li.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Trong nửa cuối của thế kỉ 20, đã có một sự phát triển vượt bậc về phổ và độ chính xác nguyên tử, mà nhờ đó người ta có thể đo được các dịch chuyển giữa các trạng thái nguyên tử hoặc phân tử mà rơi vào vùng vi sóng hoặc cùng ánh sáng khả kiến. Vào những năm 50, Alfred Kastler (người nhận giải Nobel năm 1966) và các đồng nghiệp cho thấy các điện tử trong các nguyên tử có thể được đặt vào các trạng thái kích thích lọc lựa bằng cách sử dụng ánh sáng phân cực. Sau phân rã phóng xạ, ánh sáng phân cực cũng có thể làm cho spin của các nguyên tử ở trạng thái cơ bản định hướng. Cảm ứng dịch chuyển tần số radio đã mở ra các khả năng đo các tính chất của các trạng thái bị lượng tử hóa của các điện tử trong nguyên tử một cách chính xác hơn trước rất nhiều. Một hướng phát triển song song đã dẫn đến việc phát hiện ra maser và laser dựa trên “khuyếch đại phát xạ kích thích sóng vô tuyến” (amplification of stimulated emission of radiation) trong các trường điện từ ở vùng vi sóng và khả kiến (ánh sáng) – các hiệu ứng mà về mặt nguyên lý đã được tiên đoán từ các phương trình của Einstein vào năm 1917 nhưng đã không được quan tâm đặc biệt cho đến tận đầu những năm 50.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Charles H. Townes đã phát triển maser đầu tiên vào năm 1958. Nikolay G. Basov và Aleksandr M. Prokhorov đã thực hiện công trình lý thuyết về nguyên lý maser. Maser đầu tiên sử dụng một dịch chuyển kích thích trong phân tử ammonia. Nó đã phát ra bức xạ vi sóng mạnh không giống như các bức xạ tự nhiên (với các quang tử có các pha khác nhau). Độ sắc nét của tần số của maser ngay lập tức trở thành một công cụ quang trọng trong kĩ thuật, xác định thời gian và các mục đích khác. Townes nhận nửa giải Nobel vật lý năm 1964, Basov và Prokhorov chia nhau một nửa giải còn lại.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Đối với bức xạ khả kiến, sau này laser được phát triển trong một số phòng thí nghiệm. Nicolaas Bloembergen và Arthur L. Schawlow được nhận nửa giải Nobel năm 1981 cho công trình nghiên cứu về phổ laser chính xác của các nguyên tử và phân tử. Một nửa giải của năm đó được trao cho Kai M. Siegbahn (con trai của Manne Siegbahn), người đã phát triển một phương pháp có độ chính xác cao để xác định phổ nguyên tử và phân tử dựa vào các điện tử phát ra từ các lớp điện tử bên trong khi bị tác động của chùm tia X có năng lượng xác định. Phổ điện tử của ông được sử dụng làm công cụ phân tích trong rất nhiều ngành của vật lý và hóa học.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Sự tác động có điều khiển giữa các điện tử của nguyên tử và các trường điện từ tiếp tục cung cấp những thông tin chi tiết hơn về cấu trúc của các trạng thái của điện tử trong nguyên tử. Norman F. Ramsey đã phát triển các phương pháp chính xác dựa trên sự hưởng ứng của các điện tử tự do trong chùm nguyên tử với trường điện từ tần số radio, Wolfgang Paul đã phát minh ra các “bẫy” nguyên tử tạo thành từ các điện trường và từ trường tác động lên toàn bộ thể tích mẫu. Nhóm nghiên cứu của Hans G. Dehmelt là những người đầu tiên cách li được các hạt riêng lẻ (trong trường hợp này là các phản điện tử) cũng như là các nguyên tử riêng lẻ trong các bẫy như vậy. Lần đầu tiên, các nhà thực nghiệm có “thể giao tiếp” được với các nguyên tử riêng biệt bằng các tín hiệu vi sóng và laser. Điều này cho phép nghiên cứu các khía cạnh mới của tính chất cơ học lượng tử và làm tăng độ chính xác hơn nữa trong việc xác định tính chất nguyên tử và chuẩn hóa thời gian. Paul và Dehmelt nhận một nửa giải Nobel năm 1989 và một nửa giải còn lại được trao cho Ramsey.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Bước cuối cùng trong tiến bộ này là làm cho các nguyên tử trong các bẫy như vậy chuyển động chậm đến mức, ở trạng thái cân bằng nhiệt trong môi trường khí, chúng có thể tương ứng với nhiệt độ chỉ vài micro Kenvin. Điều đó được thực hiện bằng cách cho chúng vào để làm nguội bằng laser thông qua một tập hợp các hệ thống được thiết kế rất thông minh do Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji và William D. Phillips thực hiện khi nhóm này nghiên cứu thao tác lên các nguyên tử thông qua quá trình va chạm với các quang tử laser. Công trình của họ được nhìn nhận bằng giải Nobel năm 1997, hứa hẹn những ứng dụng quan trọng trong kĩ thuật đo lường bổ sung thêm tính chính xác trong việc xác định định lượng nguyên tử.<img src="https://vietsciences.free.fr/nobel/physique/images/nobelphysics3.jpg" alt="" class="fr-fic fr-dii fr-draggable " data-size="" style="" />[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Hình3: (từ trái) Kohn(1923-), Kastler(1902-1984), Townes(1915-?), và Raman(1888-1970)[/FONT]</blockquote>

Tên

Mã xác nhận