Vật lý học

Vật lý học một cách tổng quát nhất đó là khoa học nghiên cứu về "vật chất" và "sự tương tác". Cụ thể thì Vật lý khoa học nghiên cứu về các quy luật vận động của tự nhiên, từ thang vi mô (các hạt cấu tạo nên vật chất) cho đến thang vĩ mô (các hành tinh, thiên hà và vũ trụ). Trong tiếng Anh, từ vật lý (physics) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp φύσις (phusis) có nghĩa là tự nhiên và φυσικός (phusikos) là thuộc về tự nhiên. Đối tượng nghiên cứu chính của vật lý hiện...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật lý học Vật lý họcVật lý học một cách tổng quát nhất đó là khoa học nghiên cứu về vật chất và sựtương tác.Cụ thể thì Vật lý khoa học nghiên cứu về các quy luật vận động của tự nhiên, từ thang vimô (các hạt cấu tạo nên vật chất) cho đến thang vĩ mô (các hành tinh, thiên hà và vũ trụ).Trong tiếng Anh, từ vật lý (physics) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp φύσις (phusis) có nghĩa làtự nhiên và φυσικός (phusikos) là thuộc về tự nhiên. Đối tượng nghiên cứu chính của vậtlý hiện nay bao gồm vật chất, năng lượng, không gian và thời gian.Vật lý còn được xem là ngành khoa học cơ bản bởi vì các định luật vật lý chi phối tất cảcác ngành khoa học tự nhiên khác. Điều này có nghĩa là những ngành khoa học tự nhiênnhư sinh học, hóa học, địa lý học... chỉ nghiên cứu từng phần cụ thể của tự nhiên và đềuphải tuân thủ các định luật vật lý. Ví dụ, tính chất hoá học của các chất đều bị chi phốibởi các định luật vật lý về cơ học lượng tử, nhiệt động lực học và điện từ học.Vật lý có quan hệ mật thiết với toán học. Các lý thuyết vật lý là bất biến khi biểu diễndưới dạng các quan hệ toán học, và sự xuất hiện của toán học trong các thuyết vật lý cũngthường phức tạp hơn trong các ngành khoa học khác. Sự khác biệt giữa vật lý và toán họclà ở chỗ, vật lý luôn gắn liền với thế giới tự nhiên, trong khi toán học lại biểu diễn các môhình trừu tượng độc lập với thế giới tự nhiên. Tuy vậy, sự khác biệt không phải lúc nàocũng rõ ràng. Thực tế có một ngành nghiên cứu thuộc lĩnh vực trung gian giữa toán họcvà vật lý, đó là Toán vật lý - ngành học phát triển các cấu trúc toán học để phục vụ chocác lý thuyết vật lý.Lịch sửTừ xa xưa, con người đã cố gắng tìm hiểu về các đặc điểm của vật chất và đặt ra các câuhỏi như: tại sao một vật lại có thể rơi được xuống đất? Tại sao vật chất khác nhau lại cócác đặc tính khác nhau? Và vũ trụ kia vẫn là điều bí ẩn: trái đất được hình thành như thếnào? đặc điểm của các thiên thể như Mặt Trời hay Mặt Trăng ra sao? Một vài thuyết đãđược đưa ra, nhưng đa phần đều không chính xác. Những thuyết này mang đậm nét triếtlý và chưa từng qua các bước kiểm chứng như các thuyết hiện đại. Một số ít được côngnhận, số còn lại đã lỗi thời, ví dụ như nhà tư tưởng người Hy Lạp, Archimedes, đưa ranhiều mô tả định lượng chính xác về cơ học và thủy tĩnh học. Isaac NewtonThế kỷ thứ 17, Galileo Galilei là người đi tiên phong trong lĩnh vực sử dụng thực nghiệmđể kiểm tra tính đúng đắn của lý thuyết, và nó là chìa khóa để hình thành nên ngành khoahọc thực nghiệm. Galileo xây dựng và kiểm tra thành công nhiều kết quả trong động lựchọc, cụ thể là Định luật quán tính. Năm 1687, Isaac Newton công bố cuốn sách PrincipiaMathematica, mô tả chi tiết và hoàn thiện hai thuyết vật lý: Định luật chuyển độngNewton, là nền tảng của cơ học cổ điển, và Định luật hấp dẫn, mô tả lực cơ bản của hấpdẫn. Cả hai thuyết trên đều được công nhận bằng thực nghiệm. Cuốn PrincipiaMathematica cũng giới thiệu một vài thuyết thuộc ngành thủy động lực học. Cơ học cổđiển được mở rông bởi Joseph Louis Lagrange, William Rowan Hamilton, và một số nhàvật lý khác, là các người đã xây dựng lên các công thức, nguyên lý và kết quả mới. Địnhluật hấp dẫn mở đầu cho ngành vật lý thiên văn, ở đó mô tả các hiện tượng thiên văn dựatrên các thuyết vật lý.Bước sang thế kỷ thứ 18, nhiệt động lực học được ra đời bởi Robert Boyle, ThomasYoung và một số nhà vật lý khác. Năm 1733, Daniel Bernoulli sử dụng phương phápthống kê với cơ học cổ điển để đưa ra các kết quả cho nhiệt động lực học, từ đó ngànhthống kê cổ điển được ra đời. Năm 1798, Benjamin Thompson chứng minh được việcchuyển hóa cơ năng sang nhiệt, và năm 1847, James Prescott Joule dặt ra định luật bảotoàn năng lượng, dưới dạng nhiệt cũng như năng lượng cơ học, cơ năng. James Clerk MaxwellĐặc điểm của điện và từ tính được nghiên cứu bởi Michael Faraday, Georg Ohm, cùngvới một số nhà vật lý khác. Năm 1855, James Clerk Maxwell thống nhất hai ngành điệnhọc và từ học vào làm một, gọi chung là Điện từ học, được mô tả bằng các phương trìnhMaxwell. Dự đoán của thuyết này đó là ánh sáng là một dạng sóng điện từ. Năm 1895,Wilhelm Conrad Röntgen khám phá ra tia X quang, là một dạng tia phóng xạ điện từ tầnsố cao. Độ phóng xạ được tìm ra từ năm 1896 bởi Henri Becquerel, và sau đó là MarieCurie (Maria Skłodowska-Curie), Pierre Curie, cùng với một số nhà vật lý khác. Từ đókhai sinh ra ngành vật lý hạt nhân.Năm 1905, Albert Einstein xây dựng Thuyết tương đối đặc biệt, kết hợp không gian vàthời gian vào một khái niệm chung, không-thời gian. Thuyết tương đối hẹp dự đoán mộtsự biến đối khác nhau giữa các điểm gốc hơn là cơ học cổ điển, điều này dẫn đến việcphát triển cơ học tương đối tính để thay thế cơ học cổ điển. Với trường hợp vật tốc nhỏ,hai thuyết này dẫn đến cùng một kết quả. Năm 1915, Einstein phát triển thuyết tương đốiđặc biệt để giải thích lực hấp dẫn, thuyết này do đó được gọi là Thuyết tương đối tổngquát hay Thuyết tương đối rộng, thay thế cho định luật hấp dẫn của Newton. Trongtrường hợp khối lượng và năng lượng thấp, hai thuyết này cũng cho một kết quả nhưnhau.Năm 1911, Ernest Rutherford suy luận từ thí nghiệm tán xạ về sự tồn tại của hạt nhânnguyên tử, với thành phần mang điện tích dương được đặt tên là proton. Neutron, thànhphần của hạt nhân nguyên tử không mang điện tích, được phát hiện ra năm 1932 bởiJames Chadwick.Bước sang thế kỷ thứ 20, Max Planck, Einstein, Niels Bohr cùng với một số nhà vật lýkhác xây dựng thuyết lượng tử để giải thích cho các kết quả thí nghiệm bất thường bằngviệc mô tả các lớp năng lượng rời rạc. Năm 1925, Werner Heisenberg và năm 1926Erwin Schrodinger và Paul Dirac công thức hóa cơ học lượng tử, để giải thích thuyếtlượng tử bằng các công thức toán học. Trong cơ lương tử, kết quả của các đo đặc vật lýtồn tại dưới dạng xác suất, và lý thuyết này đã rất thành công khi mô tả các đặc đi ...