Vật lý học

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Một số hiện tượng, ứng dụng và lĩnh vực nghiên cứu của vật lý học. Từ trên, bên trái, theo chiều kim đồng hồ:
1. Khúc xạ
2. Tia laser
3. Khinh khí cầu
4. Con quay
5. Va chạm không đàn hồi
6. Nguyên tử Hiđrô
7. Bom H
8. Tia sét
9. Giữa: Thiên hà UDF 423

Vật lý học (tiếng Anh: Physics, từ tiếng Hy Lạp cổ: φύσις có nghĩa là kiến thức về tự nhiên) là một môn khoa học tự nhiên tập trung vào sự nghiên cứu vật chất[1]chuyển động của nó trong không gianthời gian, cùng với những khái niệm liên quan như năng lượnglực.[2] Một cách rộng hơn, nó là sự phân tích tổng quát về tự nhiên, được thực hiện để hiểu được cách biểu hiện của vũ trụ.[3][4][5]

Vật lý là một trong những ngành hàn lâm sớm nhất, và có lẽ là sớm nhất khi tính chung với thiên văn học.[6] Trong hai thiên niên kỷ vừa qua, vật lý là một phần của triết học tự nhiên cùng với hóa học, vài nhánh cụ thể của toán họcsinh học, nhưng trong cuộc Cách mạng khoa học bắt đầu từ thế kỷ 17, các môn khoa học tự nhiên nổi lên như các ngành nghiên cứu riêng độc lập với nhau.[7] Vật lý học giao nhau với nhiều lĩnh vực nghiên cứu liên môn ngành khác nhau, như vật lý sinh họchóa học lượng tử, giới hạn của vật lý cũng không rõ ràng. Các phát hiện mới trong vật lý thường giải thích những cơ chế cơ bản của các môn khoa học khác đồng thời mở ra những hướng nghiên cứu mới trong các lĩnh vực như toán học hay triết học.

Vật lý học cũng có những đóng góp quan trọng qua sự tiến bộ các công nghệ mới đạt được do những phát kiến lý thuyết trong vật lý. Ví dụ, sự tiến bộ trong hiểu biết về điện từ học hoặc vật lý hạt nhân đã trực tiếp dẫn đến sự phát minh và phát triển những sản phẩm mới, thay đổi đáng kể bộ mặt xã hội ngày nay, như ti vi, máy vi tính, laser, internet, các máy móc dân dụng, hay vũ khí hạt nhân; những tiến bộ trong nhiệt động lực học dẫn tới sự phát triển cách mạng công nghiệp; và sự phát triển của ngành cơ học thúc đẩy sự phát triển phép tinh vi tích phân.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Sir Isaac Newton (1643–1727)
Albert Einstein (1879–1955)
Max Planck (1858–1947)

Triết học tự nhiên được đề cập đến trong nhiều nền văn minh khác nhau. Trong giai đoạn 650 TCN – 480 TCN, khi các nhà triết học Hy Lạp trước Sokrates như Thales phản đối cách giải thích chủ quan duy ý chí cho các hiện tượng tự nhiên và ông cho rằng mọi sự kiện phải có nguyên nhân từ tự nhiên.[8] Họ đề xuất ra những ý tưởng nhằm lý giải các quan sát và hiện tượng, và nhiều giả thuyết của họ đã được chứng minh thành công bằng thí nghiệm,[9] ví dụ như Nguyên tử luận.

Vật lý cổ điển trở thành khoa học riêng khi người châu Âu cận đại sử dụng các phương pháp thực nghiệm và định lượng nhằm phát hiện ra các quy luật mà ngày nay gọi là các định luật vật lý.[10][11] Johannes Kepler, Galileo GalileiIsaac Newton đã phát hiện và thống nhất nhiều định luật chuyển động khác nhau.[12] Trong thời gian diễn ra cuộc cách mạng công nghiệp, khi mà các thiết bị cần tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, do vậy các nhà vật lý đã tiến hành nghiên cứu và phát hiện ra những định luật mới của nhiệt động lực học, hóa họcđiện từ học.

Vật lý hiện đại bao gồm thuyết lượng tử do Max Planck khai sinh và Albert Einstein với thuyết tương đối, và những người tiên phong trong cơ học lượng tử như Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Paul Dirac và rất nhiều nhà khoa học lớn khác.

Triết học vật lý[sửa | sửa mã nguồn]

Theo nhiều cách, vật lý học bắt nguồn từ Triết học Hy Lạp cổ đại. Từ những cố gắng đầu tiên của Thales nhằm phân loại vật chất, cho đến lập luận của Democritus về vật chất cấu tạo bởi những hạt nhỏ không thể phân chia được, mô hình địa tâm của Ptolemy trong đó bầu trời là mái vòm đặc, và đến cuốn sách Vật lý của Aristotle (một trong những cuốn sách đầu tiên về vật lý, với nội dung mô tả và phân tích các chuyển động theo quan điểm triết học), và nhiều nhà triết học Hy Lạp khác đã tự phát triển những lý thuyết khác nhau về tự nhiên. Vật lý được coi là một ngành của triết học tự nhiên cho đến tận cuối thế kỷ 18.[13][14]

Cho đến thế kỷ 19, vật lý đã tách ra khỏi triết học và trở thành một ngành khoa học riêng. Vật lý, cũng như các ngành khoa học khác, dựa trên triết học của khoa học để đưa ra những miêu tả phù hợp cho phương pháp khoa học.[15] Phương pháp khoa học áp dụng lý luận tiên nghiệmhậu nghiệm và sử dụng suy luận Bayes trong đó các quan sát hay bằng chứng được dùng để cập nhật hoặc suy luận ra xác suất cho việc xem xét một giả thuyết có thể là đúng hay không.[16]

Sự phát triển của vật lý học đã mang lại câu trả lời cho nhiều câu hỏi của các nhà triết học trước đây, nhưng cũng đặt ra nhiều câu hỏi mới. Các vấn đề của triết học trong vật lý, triết học của vật lý, bao gồm bản chất của không gianthời gian, quyết định luận, và những lý thuyết trừu tượng như chủ nghĩa kinh nghiệm, chủ nghĩa tự nhiênthực tại luận.[17]

Nhiều nhà vật lý cũng đã viết về ý nghĩa triết học trong các công trình của họ, như Laplace, người đưa ra học thuyết quyết định luận nhân quả,[18]Erwin Schrödinger, khi ông viết về ý nghĩa thực tại của cơ học lượng tử.[19] Stephen Hawking đã gọi nhà toán lý Roger Penrose là người theo chủ nghĩa Plato.[20] Trong thảo luận ở cuốn sách của Penrose, The Road to Reality.[21] Hawking coi Penrose là "người theo chủ nghĩa giản lược không biết đến xấu hổ" và không đồng tình với những quan điểm của Penrose.[22]

Những lý thuyết cốt lõi[sửa | sửa mã nguồn]

Mặc dù vật lý bao hàm rất nhiều hiện tượng trong tự nhiên, nhưng các nhà vật lý chỉ cần một số lý thuyết để miêu tả những hiện tượng này. Những lý thuyết này không những được kiểm tra bằng thực nghiệm rất nhiều lần với kết quả đúng xấp xỉ trong những phạm vi nhất định mà còn mang lại nhiều ứng dụng cho xã hội. Ví dụ, cơ học cổ điển miêu tả chính xác chuyển động của những vật vĩ mô lớn hơn nguyên tử nhiều lần và di chuyển với vận tốc nhỏ hơn nhiều tốc độ ánh sáng.[23] Những lý thuyết này vẫn còn được nghiên cứu áp dụng cho tới ngày nay, và một nhánh của cơ học cổ điển là lý thuyết hỗn loạn mới chỉ hình thành từ thế kỷ 20, ba thế kỷ sau khi cơ học cổ điển ra đời từ những công trình của Isaac Newton (1642–1727).

Những lý thuyết trung tâm này là công cụ quan trọng cho nghiên cứu những vấn đề cụ thể, và đối với bất kỳ nhà vật lý nào, không kể họ quan tâm tới lĩnh vực nghiên cứu nào, cũng đều được học những lý thuyết này ở trường đại học. Chúng bao gồm cơ học cổ điển, cơ học lượng tử, nhiệt động lực họccơ học thống kê, điện từ học, và thuyết tương đối hẹp.[23]

Vật lý cổ điển[sửa | sửa mã nguồn]

Minh họa động cơ hơi nước 3 giai đoạn.

Vật lý cổ điển bao gồm những nhánh và chủ đề truyền thống đã được công nhận và phát triển hoàn thiện trước thế kỷ 20—cơ học cổ điển, âm học, quang học, nhiệt động lực học, và điện từ học. Cơ học cổ điển nghiên cứu vật thể chịu tác dụng của lực cũng như trạng thái chuyển động của chúng; và có thể chia ra thành môn tĩnh học (nghiên cứu trạng thái đứng yên của vật), động học (nghiên cứu chuyển động của vật mà không xét tới nguyên nhân gây ra chuyển động), và động lực học (nghiên cứu chuyển động và lực ảnh hưởng lên vật); cơ học cũng có thể chia thành các môn cơ học vật rắncơ học chất lưu (cả hai môn này thuộc về cơ học môi trường liên tục), và cơ học chất lưu có những nhánh con như thủy tĩnh học, thủy động lực học, khí động lực học, và khí nén học (pneumatics).[23] Âm học, ngành nghiên cứu âm thanh, mà các nhà vật lý thường coi là một nhánh của cơ học bởi vì âm thanh là do chuyển động của các hạt hay phân tử trong không khí hoặc trong môi trường khác gây ra sóng âm và do đó có thể giải thích theo các định luật của cơ học. Một trong những nhánh quan trọng của âm học là siêu âm học, nghiên cứu sóng siêu âm với tần số cao hơn tần số nghe của con người. Quang học, bộ môn nghiên cứu chuyển động của ánh sáng, không những chỉ nghiên cứu ánh sáng khả kiến mà còn bao gồm bức xạ hồng ngoạitử ngoại, mà có tính chất tương tự như ánh sáng ngoại trừ mắt người không thể thấy được, như tính phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, phân cực và khuếch tán ánh sáng. Nhiệt lượng là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ vào chuyển động nhiệt hỗn loạn của các hạt cấu tạo nên vật chất; nhiệt động lực học nghiên cứu các mối liên hệ giữa nhiệt lượng và những dạng năng lượng khác hoặc với các khái niệm như entropy và môn này có liên hệ mật thiết với cơ học thống kê. Điện họctừ học trở thành một ngành riêng của vật lý kể từ những khám phá mới liên quan đến chúng vào đầu thế kỷ 19; với quy luật dòng điện chạy qua dây dẫn sinh ra từ trường và một từ trường biến đổi sinh ra dòng điện cảm ứng. Tĩnh điện học nghiên cứu các hạt điện tích đứng yên, Điện động lực học nghiên cứu hành xử của các điện tích chuyển động, và tĩnh từ học nghiên cứu các cực từ đứng yên, như nam châm.[24][25]

Vật lý hiện đại[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chi tiết: Vật lý hiện đại
Hội nghị Solvay năm 1927, với sự tham gia của các nhà vật lý nổi tiếng như Albert Einstein, Werner Heisenberg, Max Planck, Hendrik Lorentz, Niels Bohr, Marie Curie, Erwin SchrödingerPaul Dirac.

Vật lý cổ điển nói chung nghiên cứu vật chất và chuyển động ở phạm vi mà con người có thể quan sát và tiếp cận hàng ngày, trong khi vật lý hiện đại nghiên cứu hành trạng của vật chất và tương tác ở những khoảng cách vi mô và vĩ mô. Ví dụ, vật lý nguyên tửhạt nhân nghiên cứu vật chất ở cấp độ vi mô mà tại đó các nguyên tố hóa học được phân loại một cách cơ bản. Vật lý hạt cơ bản nghiên cứu ở khoảng cách nhỏ hơn nữa về những thành phần cơ bản nhất của vật chất; nhánh vật lý này cũng được gọi là vật lý năng lượng cao bởi vì các nhà khoa học sử dụng máy gia tốc cho các hạt có năng lượng cao va chạm vào nhau để tìm hiểu hành trạng và tính chất của hạt cơ bản. Ở thang khoảng cách vi mô này, những khái niệm thông thường theo trực giác hàng ngày không còn đúng nữa.

Hai lý thuyết trụ cột của vật lý hiện đại miêu tả các khái niệm về không gian, thời gian và vật chất khác với bức tranh miêu tả của vật lý cổ điển. Cơ học lượng tử miêu tả các hạt rời rạc, bản chất của nhiều hiệu ứng cấp nguyên tử và hạ nguyên tử, chi phối bởi nguyên lý bất địnhlưỡng tính sóng hạt. Thuyết tương đối miêu tả các hiện tượng xảy ra trong những hệ quy chiếu khác nhau chuyển động so với người quan sát; trong đó thuyết tương đối hẹp miêu tả các hệ quy chiếu chuyển động quán tính và thuyết tương đối tổng quát miêu tả hệ quy chiếu chuyển động gia tốc và tương tác hấp dẫn là do độ cong của không thời gian. Cả lý thuyết lượng tử và thuyết tương đối đều có nhiều ứng dụng trong mọi ngành của vật lý hiện đại và trong đời sống hàng ngày như laser, máy tính hoặc GPS...

Sự khác nhau giữa vật lý cổ điển và vật lý hiện đại[sửa | sửa mã nguồn]

Các lĩnh vực cơ bản của vật lý

Trong khi vật lý học hướng đến phát hiện ra những định luật tổng quát miêu tả và giải thích các hiện tượng, thì các lý thuyết của nó áp dụng và đúng cho những phạm vi cụ thể. Nói một cách ngắn gọn, các định luật của vật lý cổ điển miêu tả chính xác những hệ thống có khoảng cách lớn hơn thang đo nguyên tử và chuyển động với vận tốc rất nhỏ so với tốc độ ánh sáng. Bên ngoài phạm vi này, những quan sát thực nghiệm không còn đúng với tiên đoán của cơ học cổ điển. Albert Einstein đóng góp vào khuôn khổ của thuyết tương đối hẹp, thay thế một không gian và thời gian tuyệt đối bằng không thời gian phụ thuộc vào tốc độ của hệ quy chiếu và miêu tả chính xác những hệ có vận tốc xấp xỉ tốc độ ánh sáng. Max Planck, Erwin Schrödinger, và những nhà khoa học khác khai phá cơ học lượng tử, với khái niệm phân bố xác suất liên quan đến các tính chất của hạt cũng như tương tác trao đổi giữa chúng và lý thuyết miêu tả một cách chính xác hành trạng của thế giới nguyên tử và hạt hạ nguyên tử. Sau đó, lý thuyết trường lượng tử thống nhất cơ học lượng tửthuyết tương đối hẹp miêu tả các hạt vi mô chuyển động gần và bằng tốc độ ánh sáng. Thuyết tương đối rộng tổng quát thuyết tương đối hẹp, miêu tả không thời gian cong có tính động lực và phụ thuộc vào sự có mặt và tính chất của vật chất, nó miêu tả những vật thể khối lượng lớn và cấu trúc vĩ mô của toàn vũ trụ cũng như tiên đoán phù hợp với thực nghiệm về sự tiến hóa của vũ trụ. Các nhà vật lý lý thuyết vẫn chưa thống nhất được thuyết tương đối tổng quát miêu tả trường hấp dẫn với ba tương tác cơ bản miêu tả bởi cơ học lượng tử: tương tác mạnh, tương tác yếutương tác điện từ; và một vài lý thuyết về hấp dẫn lượng tử đã được đề xuất.[26]

Liên hệ với những lĩnh vực khác[sửa | sửa mã nguồn]

Luồng dung nham phun ra hình parabol-minh họa ứng dụng của toán học vào vật lý—trong trường hợp này là, định luật rơi tự do của Galileo.
Toán học và bản thể luận được sử dụng trong vật lý. Vật lý học được sử dụng trong hóa học và vũ trụ học.

Tiền đề[sửa | sửa mã nguồn]

Toán học là ngôn ngữ để miêu tả một cách gọn gàng và logic thứ bậc trong tự nhiên, đặc biệt là các định luật của vật lý. Điều này được chú ý và ủng hộ bởi Pythagoras,[27] Plato,[28] Galileo,[29]Newton.

Các lý thuyết vật lý sử dụng ngôn ngữ toán học[30][31] để nhận được những công thức chính xác miêu tả các đại lượng vật lý, thu được những nghiệm chính xác hay những giá trị ước lượng và tiên đoán những hệ quả. Những kết quả thí nghiệm hay thực nghiệm của vật lý đều biểu hiện bằng giá trị số. Những công nghệ dựa trên toán học và máy tính, như khoa học tính toán đã đưa ngành vật lý tính toán trở thành lĩnh vực nhiều triển vọng.[32] [33]

Sự khác biệt giữa toán học và vật lý học đôi khi không rõ ràng, đặc biệt trong ngành toán lý.

Bản thể luận là một lý thuyết tiên quyết cho vật lý học, nhưng không phải cho toán học. Điều đó có nghĩa là vật lý hoàn toàn chỉ mô tả thế giới thực tại, trong khi toán học phát triển đưa ra nhiều ngành trừu tượng, thậm chí vượt khỏi phạm vi thế giới thực. Do vậy những phát biểu vật lý mang tính tổng hợp, trong khi các phát biểu toán học mang tính phân tích. Toán học chứa những tiên đề và giả thuyết, trong khi vật lý học dựa trên những định luật, các nguyên lý cơ bản và công cụ toán học. Các phát biểu toán học chỉ cần thỏa mãn về mặt logic, trong khi các tiên đoán của phát biểu vật lý phải phù hợp với dữ liệu quan sát và thực nghiệm.

Sự khác biệt giữa hai khoa học là rõ ràng, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Ví dụ, ngành vật lý toán áp dụng các công cụ toán học vào vật lý. Phương pháp nghiên cứu của nó bằng toán học, nhưng các đối tượng quan tâm thuộc về vật lý học.[34] Vấn đề trong ngành này bắt đầu bằng "mô hình hóa toán học một hệ vật lý" và "miêu tả các định luật vật lý bằng toán học". Mỗi phát biểu toán học cho mỗi lời giải thường khó tìm được ý nghĩa vật lý trong đó. Lời giải toán học cuối cùng phải thể hiện ý nghĩa vật lý một cách dễ hiểu hơn bởi nó là điều mà người giải đang tìm.

Vật lý là một ngành khoa học cơ bản, không phải là khoa học ứng dụng.[35] Nó là "khoa học cơ bản" bởi vì lĩnh vực nghiên cứu của mọi ngành khoa học tự nhiên như hóa học, thiên văn học, địa chất học, sinh học... đều bị chi phối bởi các định luật vật lý.[36] Ví dụ, hóa học nghiên cứu tính chất, cấu trúc và phản ứng của vật chất (hóa học tập trung nghiên cứu thang nguyên tử và phân tử). Những cấu trúc và hợp chất hóa học hình thành và tuân theo tương tác điện từ, cũng như các định luật bảo toàn năng lượng, khối lượng và điện tích.

Ứng dụng và ảnh hưởng[sửa | sửa mã nguồn]

Một ăng ten ở trạm thu phát tín hiệu vệ tinh.
Ứng dụng của laser.
Bài chi tiết: Vật lý ứng dụng

Vật lý ứng dụng là một ngành nghiên cứu áp dụng vật lý học cho mục đích và yêu cầu của con người. Vật lý ứng dụng thường chứa một vài lĩnh vực vật lý lý thuyết, như địa chất học hay kỹ thuật điện. Ngành này thường khác với ngành kĩ thuật ở chỗ nhà vật lý ứng dụng không hẳn thiết kế một thiết bị gì mới, mà họ sử dụng kiến thức vật lý để thực hiện các nghiên cứu hỗ trợ cho những công nghệ mới hoặc giải quyết một vấn đề kĩ thuật nào đó.[37]

Cách tiếp cận này giống với toán học ứng dụng. Các nhà vật lý ứng dụng cũng quan tâm cách ứng dụng vật lý cho nghiên cứu khoa học. Ví dụ, những kĩ sư tham gia thiết kế và vận hành máy gia tốc thường có mục đích nâng cao hiệu năng hoạt động của máy dò hạt nhằm phục vụ cho vật lý lý thuyết.

Vật lý kĩ thuật dựa nhiều vào cơ sở vật lý học. Ví dụ, cơ học vật rắn, cơ học đấtcơ học kết cấu... là lý thuyết nền tảng cho các kĩ sư thiết kế công trình xây dựng. Bộ môn vật lý kiến trúc bao gồm lý thuyết về âm học, ánh sáng, nhiệt... giúp thiết kế công trình một cách tối ưu, chống tiếng ồn, nâng cao khả năng cách nhiệt và bố trí đèn chiếu sáng hiệu quả. Ngành khí động lực học giúp các kĩ sư hàng không thiết kế máy bay tốt hơn cũng như thực hiện các mô phỏng trước khi cho sản xuất hàng loạt. Trong lĩnh vực giải trí, hình ảnh ti vi và máy tính đạt chuẩn nét cao là nhờ công nghệ nano và điện tử học...

Đa số các nhà vật lý hiện nay chấp nhận rằng các định luật vật lý cũng như các hằng số vật lý là phổ quát và không thay đổi theo thời gian, do vậy những ứng dụng vật lý có thể áp dụng trong nhiều tình huống giả định trước và ở nhiều nơi trên địa cầu. Ví dụ, trong nghiên cứu về lịch sử Trái Đất, các nhà khoa học có thể mô hình hóa khối lượng, nhiệt độ, tốc độ tự quay... của hành tinh theo thời gian tiến hóa của nó. Vật lý học cũng mang lại những tiến triển không ngừng của sự phát triển các công nghệ mới, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, tiết kiệm vật liệu cũng như chi phí sản xuất.

Cũng có những ngành nghiên cứu tổng hợp từ nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó có vật lý học, như vật lý kinh tế (econophysics) hay vật lý xã hội (sociophysics).

Nghiên cứu[sửa | sửa mã nguồn]

Phương pháp khoa học[sửa | sửa mã nguồn]

Các nhà vật lý sử dụng các phương pháp khoa học để kiểm chứng một lý thuyết vật lý là đúng hay bác bỏ nó, sử dụng cách tiếp cận phương thức luận nhằm so sánh kết quả tiên đoán của lý thuyết với những giá trị thu được từ thí nghiệm hay quan trắc kiểm chứng nó; và do vậy hỗ trợ các nhà khoa học đi đến quyết định lý thuyết đó là đúng trong một phạm vi nhất định hay phải loại bỏ nó và đi tìm một lý thuyết khác lý giải các kết quả thực nghiệm.

Một định luật khoa học là một phát biểu súc tích hoặc thể hiện dưới công thức toán học liên hệ các đại lượng trong một nguyên lý cơ bản của lý thuyết, như định luật vạn vật hấp dẫn của Newton.[38]

Lý thuyết và thực nghiệm[sửa | sửa mã nguồn]

Tia sét là hiện tượng phóng điện giữa hai vùng điện áp.

Các nhà vật lý hướng tới phát triển những mô hình toán học không những thỏa mãn kết quả của những thí nghiệm đã có mà còn tiên đoán thành công những kết quả mới hay những hiện tượng mới;[39] trong khi đó các nhà vật lý thực nghiệm không những thiết kế và lắp đặt những thí nghiệm kiểm chứng kết quả lý thuyết mà họ còn thực hiện những thí nghiệm mới cho kết quả không phù hợp với những lý thuyết hiện tại hoặc phát hiện ra hiện tượng hay hiệu ứng mới. Mặc dù lý thuyết và thực nghiệm được phát triển tách biệt nhau, chúng lại phụ thuộc mạnh vào lẫn nhau.[31] Sự tiến triển của vật lý học thường bước sang chương mới khi các nhà thực nghiệm phát hiện ra những hiện tượng mới, hoặc khi một lý thuyết mới tiên đoán kết quả mà các nhà thực nghiệm có thể thực hiện được các thí nghiệm kiểm chứng mang lại kết quả ủng hộ lý thuyết mới.[40]

Cũng có những nhà vật lý nghiên cứu trên cả hai phạm vi lý thuyết và thực nghiệm, nhà hiện tượng học, họ khai phá những kết quả thí nghiệm phức tạp và tìm cách liên hệ chúng với lý thuyết cơ sở.[41]

Về mặt lịch sử, vật lý lý thuyết có cảm hứng xuất phát từ triết học; như điện từ học được thống nhất từ quan điểm triết học.[42] Ngoài những hiện tượng đã biết trong vũ trụ, lĩnh vực vật lý lý thuyết cũng đặt ra những giả thuyết,[43] ví dụ giả thuyết vũ trụ song song, một vũ trụ có nhiều hơn 3 chiều không gian. Các nhà lý thuyết đưa ra những giả thuyết như vậy để hy vọng giải quyết được những vấn đề hóc búa trong vật lý học. Sau đó họ khám phá ra những hệ quả của giả thuyết và tìm kiếm những kết quả tiên đoán của nó mà có thể kiểm chứng được.

Vật lý thực nghiệm mang lại cơ sở và thông tin cũng như nhận lại từ ngành kĩ thuật và công nghệ. Các nhà vật lý thực nghiệm tham gia vào những nghiên cứu cơ bản nhằm thiết kế và thực hiện các thí nghiệm với các thiết bị tiên tiến như máy gia tốc hạt và laser, cũng như họ tham gia vào nghiên cứu ứng dụng trong công nghiệp, phát triển các công nghệ mới như chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) và thiết kế transistorvi mạch. Nhà vật lý lý thuyết Feynman từng nói rằng các nhà thực nghiệm thường thích làm thí nghiệm trên những phạm vi chưa được hiểu tốt bởi các nhà lý thuyết.[44]

Phạm vi và mục đích[sửa | sửa mã nguồn]

Vật lý mô hình hóa thế giới tự nhiên bằng các đại lượng. Ví dụ ở đây, quỹ đạo của hạt trong cơ học được miêu tả bằng phép tính vi tích phân.

Vật lý học nghiên cứu nhiều hiện tượng, từ các hạt cơ bản (như quark, neutrinoelectron) cho đến những siêu đám thiên hà. Bao quát những hiện tượng và vật chất cơ bản này là những thứ cấu thành lên mọi sự vật và hiện tượng khác. Do vậy vật lý còn được gọi là "khoa học cơ bản".[36] Vật lý học có mục đích miêu tả càng nhiều hiện tượng khác nhau trong tự nhiên chỉ bằng một số nhỏ các quy luật đơn giản nhất. Do vậy, vật lý học nhằm mục đích liên hệ những thứ mà con người quan sát được với nguyên nhân gây ra chúng, và sau đó kết nối những nguyên nhân này với nhau.

Ví dụ, người Hy Lạp cổ đại đã biết rằng những vật như hổ phách khi chà vào lông thú có thể khiến hai vật hút nhau. Hiệu ứng này lần đầu tiên được nghiên cứu vào thế kỷ 17, và gọi là điện học. Trong khi đó, từ lâu người ta cũng biết có những cục nam châm có thể hút thanh sắt và sử dụng làm la bàn, hay môn từ học. Do vậy, vật lý có mục đích hiểu được bản chất của hai hiện tượng theo một số nguyên nhân nào đó. Tuy vậy, những nghiên cứu sâu hơn trong thế kỷ 19 cho thấy hai lực này chỉ là những khía cạnh khác nhau của cùng một lực—lực điện từ. Quá trình "thống nhất" các lực vẫn còn tiếp tục cho đến ngày nay, và lực điện từ và lực hạt nhân yếu hiện nay được thống nhất thành tương tác điện yếu. Các nhà vật lý hy vọng cuối cùng sẽ tìm ra được lý thuyết thống nhất được cả bốn tương tác cơ bản trong tự nhiên (xem Nghiên cứu hiện tại ở dưới).

Lĩnh vực nghiên cứu[sửa | sửa mã nguồn]

Những nghiên cứu hiện nay có thể chia thành một số lĩnh vực chính như vật lý vật chất ngưng tụ; vật lý nhiệt độ thấp, vật lý plasma; vật lý nguyên tử, phân tử, na nô, quang học, laser; vật lý hạt; vật lý thiên văn; địa vật lýlý sinh học... Một số nhà vật lý cũng tham gia nghiên cứu trong giáo dục vật lý học.

Từ thế kỷ 20, nhiều lĩnh vực vật lý mới xuất hiện và ngày càng chuyên biệt hóa hơn, và ngày nay đa số các nhà vật lý chỉ nghiên cứu trong lĩnh vực hẹp trong toàn sự nghiệp của họ. Những "nhà bác học" như Albert Einstein (1879–1955), Enrico Fermi (1901-1954), Lev Landau (1908–1968)..., mà họ nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực của vật lý học, hiện nay là rất hiếm.[45]

Vật chất ngưng tụ[sửa | sửa mã nguồn]

Dữ liệu phân bố vận tốc của các nguyên tử khí rubidium, xác nhận phát hiện ra một pha mới của vật chất, ngưng tụ Bose–Einstein.

Vật lý vật chất ngưng tụ là một ngành của vật lý học nghiên cứu các tính chất vật lý vĩ mô của vật chất.[46] Đặc biệt, nó xét đến các pha "ngưng tụ" xuất hiện bất cứ khi nào số hạt trong hệ là rất lớn và tương tác giữa chúng là mạnh.[47]

Những ví dụ quen thuộc nhất của pha ngưng tụ đó là chất rắnchất lỏng, chúng xuất hiện do lực điện từ liên kết giữa các nguyên tử.[48] Những pha ngưng tụ kỳ lạ bao gồm trạng thái siêu chảy[49]ngưng tụ Bose–Einstein[50] xuất hiện trong những hệ nguyên tử cụ thể ở nhiệt độ rất thấp gần 0 K, pha siêu dẫn thể hiện bởi các electron dẫn trong một số vật liệu,[51] và vật liệu sắt từphản sắt từ do tính chất spin trong mạng tinh thể nguyên tử.[52]

Vật lý vật chất ngưng tụ là một trong những ngành lớn nhất của vật lý học hiện nay.[53] Về mặt lịch sử, ngành này bắt đầu trưởng thành từ ngành vật lý trạng thái rắn, và hiện nay được các nhà khoa học coi là chủ đề chính của vật lý vật chất ngưng tụ.[54] Thuật ngữ vật lý vật chất ngưng tụ do Philip Anderson nêu ra khi ông đổi tên nhóm nghiên cứu của ông—trước đó là lý thuyết trạng thái rắn—vào năm 1967.[55] Năm 1978, Nhóm Vật lý Trạng thái Rắn của Hội Vật lý Mỹ đổi tên thành Nhóm Vật lý Vật chất Ngưng tụ.[54] Ngành này bao quát rất nhiều lĩnh vực bao gồm hóa học, khoa học vật liệu, công nghệ nanokỹ thuật.[47]

Vật lý nguyên tử, phân tử, và quang học[sửa | sửa mã nguồn]

Đèn plasma.

Vật lý nguyên tử, phân tử, và quang học (AMO) nghiên cứu tương tác giữa vật chất–vật chất và ánh sáng–vật chất trên cấp độ nguyên tử và phân tử. Cả ba ngành này có sự trao đổi qua lại lẫn nhau, chúng có thể sử dụng phương pháp nghiên cứu tương tự nhau, giống nhau về mức năng lượng của hệ nghiên cứu. Cả ba ngành đều có cách tiếp cận bao gồm của vật lý cổ điển, bán cổ điển và lượng tử; các nhà vật lý có thể xét ba lĩnh vực này từ cấp độ vi mô (ngược với quan điểm vĩ mô).

Vật lý nguyên tử nghiên cứu các lớp vỏ electron trong nguyên tử. Những nghiên cứu hiện tại tập trung vào điều khiển lượng tử, làm lạnh và bẫy nguyên tử và ion, động lực học va chạm giữa những hệ nhiệt độ thấp và hiệu ứng tương quan eletron trên cấu trúc và động lực của hệ.[56] Vật lý nguyên tử cũng bị ảnh hưởng bởi kết quả nghiên cứu của vật lý hạt nhân (ví dụ như, cấu trúc siêu tinh tế[57]), nhưng các hiệu ứng liên hạt nhân như phân hạchtổng hợp hạt nhân được xem là thuộc về lĩnh vực vật lý năng lượng cao.

Vật lý phân tử tập trung vào các cấu trúc đa nguyên tử và những tương tác nội và ngoại phân tử với vật chất và ánh sáng. Vật lý quang học và ngành con quang học lượng tử khác với quan học cổ điển đó là nó không nghiên cứu cách điều khiển trường ánh sáng bằng phương pháp vĩ mô, thay vào đó là nghiên cứu các tính chất cơ bản của trường quang học và tương tác của chúng với vật chất trong thang vi mô.[58]

Vật lý năng lượng cao (vật lý hạt) và vật lý hạt nhân[sửa | sửa mã nguồn]

Minh họa máy dò CMS ghi lại sự kiện va chạm hạt tại Máy gia tốc hạt lớn LHC, của một trong những khả năng xuất hiện boson Higgs.
Mô hình chuẩn miêu tả các hạt và tương tác giữa chúng; những đường nối thể hiện các hạt có tương tác với nhau (hoặc với chính nó).

Vật lý hạt nghiên cứu các hạt cơ bản cấu tạo lên vật chấtnăng lượng, cũng như tương tác giữa chúng.[59] Thêm vào đó, các nhà vật lý hạt cùng phối hợp với các kỹ sư nhằm thiết kế và lắp đặt các máy gia tốc,[60] máy dò hạt,[61] và các chương trình phần mềm chạy trên siêu máy tính nhằm phân tích dữ liệu thu được[62]. Ngành này còn được gọi là "vật lý năng lượng cao" bởi vì nhiều hạt cơ bản không xuất hiện hay tồn tại "lâu" trong tự nhiên, và để nghiên cứu chúng các nhà vật lý phải bắn những hạt có năng lượng cao va chạm với nhau để sinh ra những hạt này.[63]

Hiện nay, các tương tác của những hạt cơ bản và trường được miêu tả khá hoàn chỉnh trong Mô hình chuẩn.[64] Trong mô hình này có 12 hạt cơ bản cấu thành lên thế giới vật chất (quarklepton), chúng tương tác với nhau thông qua các hạt truyền tương tác của 3 loại tương tác mạnh, yếu, và điện từ.[64] Những tính chất của các tương này được miêu tả bởi các hạt trao đổi boson gauge (tương ứng các gluon, boson WZ, và photon).[65] Mô hình chuẩn cũng tiên đoán tồn tại hạt boson Higgs,[64] hạt có vai trò giải thích tại sao các hạt cơ bản lại có khối lượng thông qua "cơ chế phá vỡ đối xứng tự phát". Ngày 4 tháng 7 năm 2012, cơ quan CERN, phòng thí nghiệm châu Âu về vật lý hạt, thông báo phát hiện một hạt có những tính chất giống với boson Higgs, và dường như đây chính là hạt mà bấy lâu nay các nhà thực nghiệm vật lý hạt săn lùng.[66]

Vật lý hạt nhân là ngành nghiên cứu thành phần cấu tạo lên hạt nhân nguyên tử như proton, neutron và tương tác giữa các hạt nhân. Ứng dụng được biết đến nhiều nhất của ngành này đó là năng lượng hạt nhân sinh ra trong các lò phản ứng hạt nhân và công nghệ vũ khí nguyên tử, nhưng nó cũng xuất hiện trong những ngành khác như xạ trị ung thư trong y học hạt nhân, chụp cộng hưởng từ, cấy ghép ion trong khoa học vật liệu, phương pháp xác định niên đại bằng các nguyên tố phóng xạ trong địa chấtkhảo cổ học, nghiên cứu tạo ra các nguyên tố siêu urani và đảo bền những nguyên tố này.

Vật lý thiên văn[sửa | sửa mã nguồn]

Bức ảnh chụp những thiên hà xa xôi trong quá khứ của vũ trụ, ảnh của Hubble.

Thiên văn họcthiên văn vật lý là một ngành ứng dụng các lý thuyết và phương pháp của vật lý học để nghiên cứu cấu trúc sao, tiến hóa sao, nguồn gốc và sự hình thành Hệ Mặt Trời, sự hình thành các hành tinh, thiên hà, cho đến những cấu trúc lớn trong vũ trụ. Nó cũng nghiên cứu lịch sử khởi đầu và kết thúc của vũ trụ...[67] Thiên văn vật lý là một ngành rộng, các nhà vật lý thiên văn phải áp dụng nhiều nhánh của vật lý học bao gồm cơ học thiên thể, điện từ học, cơ học thống kê, nhiệt động lực học, cơ học lượng tử, thuyết tương đối, vật lý hạt...

Thiên văn học ban đầu gồm những nghiên cứu quan sát qua kính thiên văn mặt đất với hạn chế trong độ phân giải và phạm vi hẹp của bước sóng quang học. Năm 1931 nhà thiên văn Karl Jansky phát hiện ra tín hiệu vô tuyến có nguồn gốc từ các thiên thể trên bầu trời và mở đầu cho một ngành mới là thiên văn vô tuyến.[68] Trong những thập niên gần đây, tiền phương của thiên văn học đã được mở rộng hơn khi con người bước vào kỷ nguyên thám hiểm vũ trụ với các công nghệ tiên tiến áp dụng từ những ngành khác của vật lý học cho phép xây dựng được những kính thiên văn không gian, tàu thăm dò liên hành tinh, và Trạm vũ trụ Quốc tế ISS. Không những thế, phạm vi bước sóng quan sát đã được thực hiện trên toàn miền bước sóng điện từ, vô tuyến, hồng ngoại, quang học, tử ngoại, tia X cho đến tia gamma. Thậm chí các nhà thiên văn vật lý thực nghiệm đang xây dựng những đài quan trắc neutrino, máy dò tia vũ trụ như AMS-02, hay thậm chí là cơ sở mặt đất cũng như thiết bị không gian thăm dò sóng hấp dẫn.[69]

Vật lý vũ trụ học nghiên cứu sự hình thành và tiến hóa của vũ trụ trên phạm vi lớn nhất của nó. Trong lĩnh vực này thuyết tương đối rộng của Albert Einstein đóng vai trò trung tâm của các lý thuyết vũ trụ học hiện đại. Đầu thế kỷ 20, các khám phá của Hubble cùng một số nhà khoa học khác cho thấy vũ trụ đang giãn nở, như được chỉ ra bằng định luật Hubble. Khám phá này cùng với phát hiện về bức xạ phông vi sóng vũ trụ là một trong những chứng cứ mạnh mẽ ủng hộ thuyết Vụ Nổ Lớn về sử khởi đầu của vũ trụ và loại bỏ lý thuyết trạng thái dừng của vũ trụ. Cuối thế kỷ 20, dựa trên quan sát các siêu tân tinh loại Ia các nhà vật lý thiên văn đã bất ngờ phát hiện ra vũ trụ không những đang giãn nở mà sự giãn nở đang tăng tốc, không như trước đây cho rằng sự giãn nở này phải chậm lại.[70]

Trạm vũ trụ quốc tế chụp từ tàu con thoi Discovery năm 2005 trong giai đoạn xây dựng.

Lý thuyết Big Bang trở lên thành công với những tiên đoán của sự sinh ra các nguyên tố nhẹ trong tổng hợp hạt nhân Vụ Nổ Lớn, về bức xạ tàn dư vi ba phát hiện năm 1964 và về cấu trúc lớn của vũ trụ quan sát được. Mô hình Vụ Nổ Lớn dựa trên hai trụ cột chính: thuyết tương đối tổng quát của Albert Einsteinnguyên lý vũ trụ học. Các nhà vũ trụ học hiện nay đưa ra mô hình ΛCDM, mô hình bao gồm Vụ Nổ Lớn như là điểm khởi đầu khai sinh vũ trụ - hay mô hình chuẩn của vũ trụ học. Mô hình miêu tả về sự tiến hóa và thành phần của vũ trụ cũng như trạng thái tối hậu của nó, với các lý thuyết phụ thêm như vũ trụ lạm phát ở thời điểm Big Bang; các thành phần năng lượng tối, vật chất tối và vật chất baryon.[70]

Nhiều khám phá mới xuất phát từ việc thu thập dữ liệu và phân tích chúng do những kính thiên văn không gian gửi về. Ví dụ dữ liệu từ Kính thiên văn không gian tia gamma Fermi quan sát trong nhiều năm mang lại cho các nhà vật lý thiên văn cái nhìn mới về hoạt động của vũ trụ và cho phép họ đánh giá những mô hình lý thuyết trong vật lý vũ trụ học.[71][72] Đặc biệt hơn, với những dự án kính thiên văn mặt đất và trong không gian mới khi đi vào hoạt động sẽ giúp các nhà khoa học vén được bức màn bí ẩn của vật chất tối và năng lượng tối trong thập niên tới.[73] Kính thiên văn Fermi cũng như máy đo phổ kế từ alpha AMS-02 sẽ tìm kiếm manh mối tồn tại của những hạt khối lượng lớn tương tác rất yếu với vật chất baryon, bên cạnh đó dữ liệu bổ sung từ ngành vật lý hạt ở các thí nghiệm trên các máy gia tốc như LHC và những máy dò khác sẽ mang lại cái nhìn bao quát cho các nhà vật lý từ cấp vi mô đến vĩ mô. Khi kính thiên văn vũ trụ James Webb được phóng lên, nó sẽ nhìn xa hơn vào quá khứ của vũ trụ và các nhà khoa học sẽ tìm hiểu được tốt hơn lịch sử sơ khai của vũ trụ.[74]

Trong phạm vi Hệ Mặt Trời, các tàu thăm dò đã viếng thăm gần hết các hành tinh chính và đang hành trình đến những vùng rìa Hệ Mặt Trời và không gian liên sao. Một số tàu như Voyager 1 đã gửi về những dữ liệu quý giá về vùng nhật quyển và gió Mặt Trời ở những nơi xa nhất, giúp cho các nhà vật lý thiết lập mô hình chính xác hơn về cấu trúc hệ Mặt Trời ở phạm vi ngoài xa xôi.[75]

Nghiên cứu hiện tại[sửa | sửa mã nguồn]

Biểu đồ Feynman với chữ ký của R.P. Feynman.
Một hiệu ứng điển hình của vật lý: nam châm treo lơ lửng trên một chất siêu dẫn, hay hiệu ứng Meissner.

Những tiến trình phát triển của vật lý tiếp tục với những vấn đề chưa giải được và nhu cầu thúc đẩy các tiến bộ công nghệ mới.

Trong vật lý vật chất ngưng tụ, một vấn đề lý thuyết quan trọng chưa giải được đó là giải thích hiệu ứng siêu dẫn nhiệt độ cao ở một số vật liệu gốm và tìm cách ứng dụng hiện tượng này tiến sát tới siêu dẫn ở nhiệt độ khí quyển. Một số thí nghiệm vật lý đang hướng đến tạo ra thành công máy tính lượng tử đầu tiên hay tạo ra các linh kiện mới dựa trên việc điều khiển và thao tác spin của điện tử. Các nhà thực nghiệm lượng tử cũng đang cố gắng hiện thực hóa được quá trình viễn tải lượng tử trên những khoảng cách lớn và không những đối với photon mà với cả hệ nhiều nguyên tử dựa trên sự vướng víu lượng tử.[76][77]

Trong vật lý hạt, những thí nghiệm mang lại manh mối đầu tiên về nền vật lý bên ngoài Mô hình chuẩn đang dần hé lộ. Một trong những chứng cứ nổi bật nhất đó là neutrinokhối lượng khác 0 nhưng rất nhỏ. Việc hạt neutrino có khối lượng giúp giải quyết nghịch lý từ lâu về vấn đề neutrino Mặt Trời, trong đó các nhà vật lý thực nghiệm chỉ đếm được 1/3 số hạt như Mô hình chuẩn tiên đoán, và thực chất neutrino có thể biến đổi thành hai loại neutrino khác. Các máy gia tốc đã đạt đến mức năng lượng gia tốc các hạt tới năng lượng TeV, và họ đã tìm thấy hạt có tính chất tương tự như hạt Higgs cũng như đang ráo riết săn lùng những hạt siêu đối xứng của các hạt cơ bản.[78]

Trên lĩnh vực lý thuyết, mục đích của nhiều nhà vật lý lý thuyết đó là tìm ra được thuyết hấp dẫn lượng tử thống nhất cơ học lượng tử và thuyết tương đối tổng quát, một mong muốn xuất phát từ những năm 1920 khi Einstein muốn thống nhất thuyết của ông với thuyết điện từ cổ điển, và quá trình này đang tiến triển rất năng động. Một số lý thuyết nổi bật lên đó là thuyết M, lý thuyết dâyhấp dẫn lượng tử vòng.[79]

Nhiều hiện tượng trong thiên văn học và vũ trụ học đang dần dần được giải thích, bao gồm sự xuất hiện của những tia vũ trụ năng lượng rất cao, những nguồn quasar bức xạ mạnh, dị thường hấp dẫn của tàu Pioneer. Và các nhà vũ trụ học đang tìm kiếm và giải thích vật chất tối chịu trách nhiệm cho tốc độ tự quay bất thường ở vùng rìa trong mỗi thiên hà. Sự kiện phát hiện ra vũ trụ đang giãn nở gia tốc cũng là khám phá mới cho thấy vũ trụ còn rất nhiều điều bí ẩn.[80]

Tuy đã có nhiều thành tự từ cơ học lượng tử cho đến vật lý thiên văn, ngay cả những hiệu ứng và hiện tượng hàng ngày vẫn còn chưa được hiểu đầy đủ như những hệ phức tạp, hỗn loạn, hay nhiễu loạn trong môi trường chất lưu...[80] Những vấn đề phức hợp tưởng như chúng có thể giải bằng cách khéo léo áp dụng các phương trình vi phân cơ học động lực vẫn chưa giải quyết được; ví dụ như sự hình thành những đốm sáng khi cho sóng âm kích thích nước lỏng, hình dạng của các giọt nước, cơ chế phá hủy sức căng bề mặt các chất lỏng, hay thậm chí các nhà khí tượng học chưa thể tiên đoán chính xác hoạt động thời tiết của khí quyển không quá 3 ngày với những kiến thức liên quan về vật lý hiện nay.[80]

Những hiện tượng phức hợp này nhận được sự chú ý từ thập niên 1970 vì một vài lý do, bao gồm sự ra đời của máy tính điện từ và các phương pháp toán học mới, cho phép các nhà vật lý thực hiện được mô phỏng chúng trên máy tính nhằm phát hiện những tính chất và hành trạng của các hệ phức hợp này. Phương pháp mô phỏng trên máy tính cần sự hợp tác của nhiều nhà khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau, từ những lập trình viên cho đến các chuyên gia trong một lĩnh vực riêng, như nghiên cứu tính nhiễu loạn trong khí động lực học của máy bay hay sự hình thành tế bào trong sinh học. Năm 1932, Horace Lamb viết:[81]

Bây giờ tôi đã cao tuổi, một khi tôi qua đời và lên thiên đàng có hai điều mà tôi hy vọng muốn được làm sáng tỏ. Một là điện động lực học lượng tử, và hai là chuyển động nhiễu loạn của chất lưu. Và về những thứ khác tôi tin tưởng lạc quan hơn.

Năm 2005 là năm được tổ chức UNESCO của Liên Hợp Quốc chọn làm Năm vật lý thế giới. Đây là một hoạt động nhằm kỉ niệm và tôn vinh những thành tựu vật lý đã đạt được đối với khoa học cũng như đối với cuộc sống thường ngày trong những năm qua.

Một số vấn đề chưa giải quyết được của vật lý học hiện đại

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Lĩnh vực chính
Những ngành liên quan
Một số ngành ứng dụng và liên quan

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Richard Feynman mở đầu trong cuốn Bài giảng của ông về giả thuyết nguyên tử, với phát biểu ngắn gọn nhất của ông về mọi tri thức khoa học: "Nếu có một thảm họa mà mọi kiến thức khoa học bị phá hủy, và chúng ta chỉ được phép truyền lại một câu để lại cho thế hệ tương lai..., vậy thì câu nào sẽ chứa nhiều thông tin với ít từ nhất? Tôi tin rằng đó là... mọi thứ có cấu tạo từ nguyên tử – những hạt nhỏ chuyển động vĩnh cửu, hút lẫn nhau khi chúng hơi rời xa nhau, nhưng lại đẩy nhau khi nén chúng lại...." R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands (1963). The Feynman Lectures on Physics 1. tr. I-2. ISBN 0-201-02116-1. 
  2. ^ J.C. Maxwell (1878). Matter and Motion. D. Van Nostrand. tr. 9. ISBN 0-486-66895-9. “Khoa học vật lý là một kho tàng kiến thức liên quan đến thứ bậc trong tự nhiên, hay theo cách khác, đến trình tự của các sự kiện xảy ra.” 
  3. ^ H.D. Young, R.A. Freedman (2004). University Physics with Modern Physics (ấn bản 11). Addison Wesley. tr. 2. “Vật lý là ngành khoa học thực nghiệm. Các nhà vật lý quan sát các hiện tượng trong tự nhiên và cố tìm ra những bản chất và nguyên lý ẩn sau mỗi hiện tượng này. Những nguyên lý này thuộc về các lý thuyết vật lý, khi chúng được xác lập và sử dụng rộng rãi, chúng trở thành các định luật vật lý.” 
  4. ^ S. Holzner (2006). Physics for Dummies. Wiley. tr. 7. ISBN 0-470-61841-8. “Vật lý nghiên cứu thế giới của bạn và thế giới cũng như vũ trụ xung quanh bạn.” 
  5. ^ Chú ý: Thuật ngữ 'vũ trụ' nói đến mọi thực thể tồn tại khách quan: toàn bộ không gian và thời gian, mọi dạng vật chất, năng lượng và động lượng, và các định luật vật lý cũng như các hằng số chi phối chúng. Đôi khi thuật ngữ 'vũ trụ' có thể hiểu theo cách khác, nó nhắc đến vũ trụ học hay thế giới triết học.
  6. ^ Những nền văn minh cổ đại có từ trước 3000 TCN, như văn minh Sumer, Ai Cập cổ đại, văn minh lưu vực sông Ấn, văn minh lúa nước và Trung Hoa cổ đại, họ đã có những hiểu biết cơ bản về chuyển động của Mặt Trời, Mặt Trăng và các sao cũng như tiên đoán được nhật thực và nguyệt thực.
  7. ^ Francis Bacon trong cuốn Novum Organum 1620 đã phê bình về các phương pháp khoa học.
  8. ^ Singer, C. A Short History of Science to the 19th century. Streeter Press, 2008. p. 35.
  9. ^ Lloyd, Geoffrey (1970). Early Greek Science: Thales to Aristotle. London; New York: Chatto and Windus; W. W. Norton & Company. tr. 108–109. ISBN 0-393-00583-6. 
  10. ^ Ben-Chaim, Michael (2004). Experimental Philosophy and the Birth of Empirical Science: Boyle, Locke and Newton. Aldershot: Ashgate. ISBN 0-7546-4091-4. OCLC 53887772 57202497. 
  11. ^ Weidhorn, Manfred (2005). The Person of the Millennium: The Unique Impact of Galileo on World History. iUniverse. tr. 155. ISBN 0-595-36877-8.  Weidhorn Introduces Galili as the "father of modern Physics"
  12. ^ Guicciardini, Niccolò (1999), Reading the Principia: The Debate on Newton's Methods for Natural Philosophy from 1687 to 1736, New York: Cambridge University Press.
  13. ^ Walter Noll (Department of Mathematical Sciences). “On the Past and Future of Natural Philosophy” (PDF). Carnegie Mellon University. Truy cập ngày 23 tháng 4 năm 2013. 
  14. ^ Bernd A. Berg (Department of Physics). “A Short History of Physics” (PDF). Florida State University. Truy cập ngày 23 tháng 4 năm 2013. 
  15. ^ Rosenberg, Alex (2006). Philosophy of Science. Routledge. ISBN 0-415-34317-8.  Xem Chương 1 về sự cần thiết của triết học khoa học.
  16. ^ Peter Godfrey-Smith (2003), Chương 14 "Bayesianism and Modern Theories of Evidence" Theory and Reality: an introduction to the philosophy of science ISBN 0-226-30063-3
  17. ^ Peter Godfrey-Smith (2003), Chương 15 "Empiricism, Naturalism, and Scientific Realism?" Theory and Reality: an introduction to the philosophy of science ISBN 0-226-30063-3
  18. ^ Xem Laplace, Pierre Simon, A Philosophical Essay on Probabilities, bản dịch tiếng Pháp lần 6 của Frederick Wilson Truscott và Frederick Lincoln Emory, Dover Publications (New York, 1951)
  19. ^ Xem "The Interpretation of Quantum Mechanics" Ox Bow Press (1995) ISBN 1-881987-09-4. và "My View of the World" Ox Bow Press (1983) ISBN 0-918024-30-7.
  20. ^ Stephen Hawking and Roger Penrose (1996), The Nature of Space and Time ISBN 0-691-05084-8 p.4 "I think that Roger is a Platonist at heart but he must answer for himself."
  21. ^ Roger Penrose, The Road to Reality ISBN 0-679-45443-8
  22. ^ Penrose, Roger; Abner Shimony, Nancy Cartwright, Stephen Hawking (1997). The Large, the Small and the Human Mind. Cambridge University Press. ISBN 0-521-78572-3. 
  23. ^ a ă â Gerard 't Hooft. “How to become a good theoretical physicsit”. Universiteit Utrecht. Truy cập ngày 23 tháng 4 năm 2013. 
  24. ^ Staff (2011). “What is classical physics?”. Science Channel. Truy cập ngày 23 tháng 4 năm 2013. 
  25. ^ Steven Pollock (10 tháng 8 năm 2009). “Great Ideas of Classical Physics (course)”. University of Colorado at Boulder. thegreatcourses.com. Truy cập ngày 24 tháng 4 năm 2013. 
  26. ^ Markus Pössel (12 Octorber 2011). “Relativity and the quantum”. Max Planck Instituts für Gravitationsphysik (Albert Einstein Institut). Truy cập ngày 24 tháng 4 năm 2013. 
  27. ^ “Dijksterhuis (1986) The mechanization of the world picture: Pythagoras to Newton”. Princeton University Press. 27 tháng 2 năm 2002. Truy cập ngày 15 tháng 6 năm 2013. 
  28. ^ “The story of mathematics”. ‘Mặc dù ngày nay người ta nhớ đến ông như là một nhà triết học, Plato cũng là một trong những người ủng hộ toán học quan trọng nhất của Hy Lạp cổ đại. Thúc đẩy bởi Pythagoras, ông lập ra Viện hàn lâm ở Athens năm 387 TCN, nơi ông nhấn mạnh toán học là công cụ quan trọng để hiểu thực tại. Đặc biệt, ông kết luận rằng hình học là chìa khóa giải mã những bí ẩn của vũ trụ. Biểu tượng bên trên cổng vào của Viện hàn lâm ghi: "Không cho phép ai phủ nhận hình học bước qua đây."’ 
  29. ^ "Triết học được viết ra trong những cuốn sách lớn nhưng lại lừa dối con mắt chúng ta. Ý tôi là vũ trụ, vì chúng ta không thể hiểu nó nếu đầu tiên chúng ta không học ngôn ngữ và nắm bắt được những ký hiệu viết ra bằng toán học. Quyển sách này viết theo ngôn ngữ toán học, và ký hiệu là những tam giác, hình tròn và những hình khác, nếu không có chúng con người không thể hiểu chỉ bằng từ ngữ, và không có chúng chúng ta giống như một người đi lạc trong mê cung tối." – Galileo Galilei (1623), The Assayer, trích dẫn bởi G. Toraldo Di Francia (1976), The Investigation of the Physical World ISBN 0-521-29925-X p.10
  30. ^ “Applications of Mathematics to the Sciences”. Math.niu.edu. 25 tháng 1 năm 2000. Truy cập ngày 30 tháng 1 năm 2012. 
  31. ^ a ă Richard Feynman (1994). The character of physical laws. Modern Library. tr. Chương 2: The relation of mathematics and physics. ISBN 978-0679601272. 
  32. ^ Thijssen, Joseph (2007). Computational Physics. Cambridge University Press. ISBN 0521833469. 
  33. ^ Anninos, Peter (1998). Physical and Relativistic Numerical Cosmology. Living Review Relativity. doi:10.12942/lrr-1998-2. 
  34. ^ Staff. “Focus and Coverage”. Journal of Mathematical Physics. Truy cập ngày 25 tháng 4 năm 2013. “Ứng dụng của toán học vào các vấn đề vật lý và sự phát triển các phương pháp thích hợp cho những ứng dụng và lý thuyết vật lý Định nghĩa từ tạp chí” 
  35. ^ American Association for the Advancement of Science, Science. 1917. Tr 645
  36. ^ a ă The Feynman Lectures on Physics Volume I. Feynman, Leighton and Sands. ISBN 0-201-02115-3 Xem chương 3: "The Relation of Physics to Other Sciences".
  37. ^ “Journal of Applied Physics”. American Institute of Physics. Truy cập ngày 25 tháng 4 năm 2013. 
  38. ^ Honderich, edited by Ted (1995). The Oxford companion to philosophy . Oxford: Oxford University Press. tr. 474–476. ISBN 0-19-866132-0. 
  39. ^ Patricia Schwarz (2012). “What is theoretical physics?”. Caltech. Truy cập ngày 1 tháng 5 năm 2013. 
  40. ^ Albert Einstein; Leopold Infeld (1971). The Evolution of Physics: The Growth of Ideas from Early Concepts to Relativity and Quanta. CUP Archive. tr. 92–. ISBN 978-0-521-09687-4. Truy cập ngày 25 tháng 4 năm 2013. 
  41. ^ Thewlis, J. (Ed.) (1973). Concise Dictionary of Physics. Oxford: Pergamon Press, tr. 248.
  42. ^ Xem, ví dụ, sự ảnh hưởng của KantRitter về khám phá của Oersted.
  43. ^ Khái niệm gọi là giả thuyết có thể thay đổi theo thời gian. Ví dụ, nguyên tử trong thế kỷ 19 bị phản đối bởi nhiều người, bao gồm các phê phán của Ernst Mach về hình thức luận trong công trình về cơ học thống kê của Ludwig Boltzmann. Cho đến cuối chiến tranh thế giới lần thứ hai, nguyên tử không còn là một giả thuyết nữa.
  44. ^ Feynman, Richard (1965). The Character of Physical Law. tr. tr.157. ISBN 0-262-56003-8. “Thực tế các nhà thực nghiệm có một cá tính nhất định. Họ... thường thực hiện các thí nghiệm trong vùng mà nhà lý thuyết vẫn chưa tiên đoán gì.” 
  45. ^ Tuy vậy, xu hướng phổ quát cũng được khích lệ trong văn hóa vật lý. Ví dụ, với sự ra đời của World Wide Web tại CERN do Tim Berners-Lee phát minh nhằm tạo ra cơ sở hạ tầng máy tính cho CERN, đã giúp không chỉ các nhà vật lý liên lạc với nhau mà còn chia sẻ được dữ liệu và bài báo nghiên cứu. Trang arXiv.org cũng có mục đích tương tự; và mạng internet giúp mọi người trên thế giới kết nối với nhau dễ dàng hơn.
  46. ^ Taylor, Philip L.; Olle Heinonen (2002). A Quantum Approach to Condensed Matter Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-77827-5. 
  47. ^ a ă Cohen, Marvin L. (2008). “Fifty Years of Condensed Matter Physics”. Physical Review Letters 101 (5): 25001 (5 pages). doi:10.1103/PhysRevLett.101.250001. 
  48. ^ Moore, John T. (2011). Chemistry For Dummies (ấn bản 2). John Wiley & Sons. tr. 255–258. ISBN 978-1-118-00730-3. 
  49. ^ Leggett, Anthony J. (1999). “Superfluidity”. Reviews of Modern Physics 71 (2): S318–S323. doi:10.1103/RevModPhys.71.S318. 
  50. ^ Levy, Barbara G. (December năm 2001). “Cornell, Ketterle, and Wieman Share Nobel Prize for Bose-Einstein Condensates”. Physics Today 54 (12): 14. doi:10.1063/1.1445529. 
  51. ^ Stajic, Jelena; Robert Coontz, Ian Osborne (8 tháng 4 năm 2011). “Happy 100th, Superconductivity!”. Science 332 (6026): 189. doi:10.1126/science.332.6026.189. 
  52. ^ Mattis, Daniel Charles (2006). The Theory of Magnetism Made Simple. World Scientific. ISBN 978-981-238-579-6. 
  53. ^ “History of Condensed Matter Physics”. American Physical Society. Truy cập ngày 15 tháng 6 năm 2013. 
  54. ^ a ă “Division of Condensed Matter Physics”. American Physical Society. Truy cập ngày 14 tháng 10 năm 2012. 
  55. ^ “Philip Anderson”. Physics Faculty. Princeton University. Truy cập ngày 15 tháng 10 năm 2012. 
  56. ^ D. J. Wineland (2012). “Superposition, Entanglement, and Raising Schrödinger’s Cat” (PDF). Nobel Foundation. 
  57. ^ Willis E. Lamb (1955). “Fine structure of the hydrogen atom” (PDF). Nobel Foundation. 
  58. ^ Roy J. Glauber (2005). “One hundred years of light quanta” (PDF). Nobel Foundation. 
  59. ^ “Division of Particles & Fields”. American Physical Society. Truy cập ngày 18 tháng 10 năm 2012. 
  60. ^ Halpern, Paul (2010). Collider: The Search for the World's Smallest Particles. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-64391-4. 
  61. ^ Grupen, Klaus (28 Jun-10 Jul 1999). “Instrumentation in Elementary Particle Physics:VIII ICFA School”. AIP Conference Proceedings 536: 3–34. doi:10.1063/1.1361756. 
  62. ^ Walsh, Karen McNulty (1 tháng 6 năm 2012). “Plotting the Future for Computing in High-Energy and Nuclear Physics”. Brookhaven National Laboratory. Truy cập ngày 18 tháng 10 năm 2012. 
  63. ^ “High Energy Particle Physics Group”. Institute of Physics. Truy cập ngày 18 tháng 10 năm 2012. 
  64. ^ a ă â Oerter, Robert (2006). The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Pi Press. ISBN 978-0-13-236678-6. 
  65. ^ Gribbin, John R.; Mary Gribbin; Jonathan Gribbin (1998). Q is for Quantum: An Encyclopedia of Particle Physics. Free Press. ISBN 978-0-684-85578-3. 
  66. ^ “CERN experiments observe particle consistent with long-sought Higgs boson”. European Organization for Nuclear Research. 4 tháng 7 năm 2012. Truy cập ngày 18 tháng 10 năm 2012. 
  67. ^ “About Astronomy and Astrophysics”. Staff. EDP Science. Truy cập ngày 27 tháng 4 năm 2013. 
  68. ^ “My Brother Karl Jansky and His Discovery of Radio Waves from Beyond the Earth”. C. M. Jansky, Jr. North American AstroPhysical Observatory. Truy cập ngày 27 tháng 4 năm 2013. 
  69. ^ Schutz, Bernard F (2009). A First Course in General Relativity (ấn bản 2). Cambridge University Press. tr. Chương 12. ISBN 0-521-88705-4. 
  70. ^ a ă “Nobel Prize Biography”. Nobel Prize Biography. Nobel Foundation. Truy cập 25 tháng 2, 2011. 
  71. ^ “NASA - Q&A on the GLAST Mission”. Nasa: Fermi Gamma-ray Space Telescope. NASA. 28 tháng 8 năm 2008. Truy cập ngày 29 tháng 4 năm 2009. 
  72. ^ See also Nasa - Fermi Science and NASA - Scientists Predict Major Discoveries for GLAST.
  73. ^ “Dark Matter”. Nasa.gov. 28 tháng 8 năm 2008. Truy cập ngày 30 tháng 1 năm 2012. 
  74. ^ Staff. “JWST homepage at NASA”. NASA. Truy cập ngày 29 tháng 4 năm 2013. 
  75. ^ Richard A. Kerr (16 tháng 10, 2009). “Tying Up the Solar System With a Ribbon of Charged Particles”. Science 326 (5951). tr. 350–351. Truy cập 27 tháng 11, 2009.  doi:10.1126/science.326_350a
  76. ^ Hamish Johnston (23 tháng 4 năm 2013). “Third Bell loophole closed for photons”. Institute of Physics. Truy cập ngày 1 tháng 5 năm 2013. 
  77. ^ Giustina, Marissa; et al (2013). “Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption”. Nature. doi:10.1038/nature12012. ISSN 0028-0836. 
  78. ^ 584 co-authors "Direct observation of the strange 'b' baryon \Xi_{b}^{-}" Fermilab-Pub-07/196-E, 12 June 2007 finds a mass of 5.774 GeV for the \Xi_{b}^{-} Pdf
  79. ^ “Dictionary - Quantum gravity”. Staff. Albert Einstein Institute. Truy cập ngày 1 tháng 5 năm 2013. 
  80. ^ a ă â John Baez (2012). “Open Questions in Physics”. University of California, Riverside. Truy cập ngày 1 tháng 5 năm 2013. 
  81. ^ Goldstein, Sydney (1969). “Fluid Mechanics in the First Half of this Century”. Annual Reviews in Fluid Mechanics 1: 1–28. Bibcode:1969AnRFM...1....1G. doi:10.1146/annurev.fl.01.010169.000245. 

Nguồn tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

(tiếng Việt)

  • Từ điển bách khoa nhà vật lý trẻ. A.B. Migdal, Yu.V. Vasiliev, V.I. Goldanski; Người dịch: Hoàng Quý. NXB Giáo dục, 2001- 507tr
  • Vật lý đại chúng. D.G. Orir; Người dịch: Tấn Hưng. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2001, 171tr
  • Vật lý cơ sở hiện đại phổ thông. Biên khảo: Nguyễn Xuân Chánh, Lê Băng Sương. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2000, 223tr
  • Vật lý đại cương: Thuyết tương đối hẹp, Lý thuyết lượng tử, Vật lý nguyên tử, Hạt nhân nguyên tử. Phạm Duy Lác. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2000, 173tr

(tiếng Anh)

Phổ thông
Sách giáo khoa
  • Crowell, Benjamin (2011). Light and matter.  (free ebook)
  • Schiller, Christoph (2013). Motion Mountain: The Free Physics Textbook.  (free ebook)
  • Feynman, Richard; Leighton, Robert; Sands, Matthew (1989). The Feynman Lectures on Physics. Addison-Wesley. ISBN 0-201-51003-0. 
  • Feynman, Richard. Exercises for Feynman Lectures Volumes 1-3. Caltech. ISBN 2-35648-789-1. 
  • Knight, Randall (2004). Physics for Scientists and Engineers: A Strategic Approach. Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-8685-8. 
  • Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl. Fundamentals of Physics 8th ed. ISBN 978-0-471-75801-3. 
  • Hewitt, Paul (2001). Conceptual Physics with Practicing Physics Workbook (9th ed.). Addison Wesley. ISBN 0-321-05202-1. 
  • Giancoli, Douglas (2005). Physics: Principles with Applications (6th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-060620-0. 
  • Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th ed.). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7. 
  • Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics (5th ed.). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0809-4. 
  • Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th ed.). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0810-8. 
  • Wilson, Jerry; Buffa, Anthony (2002). College Physics (5th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-067644-6. 
  • Verma, H. C. (2005). Concepts of Physics. Bharti Bhavan. ISBN 81-7709-187-5. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]

(tiếng Anh)

Tổng quan
Các tổ chức
  • AIP.org – Website of the American Institute of Physics
  • APS.org – Website of the American Physical Society
  • IOP.org – Website of the Institute of Physics
  • PlanetPhysics.org
  • Royal Society – Although not exclusively a physics institution, it has a strong history of physics
  • SPS National – Website of the Society of Physics Students

(tiếng Việt)

Khoa học tự nhiên
Toán họcVật lý họcHóa họcSinh họcKhoa học Trái ĐấtThiên văn học