Con đường mới của vật lý - chương 1

Con đường mới của vật lý

Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 18 Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC “Không tồn tính chất, tồn vật có tính chất ” Phidric Anggel 1.1 Các phạm trù Vật chất – phạm trù rộng để tất tồn Vật chất không tự nhiên sinh ra, không tự nhiên đi, tồn vĩnh viễn, vô cùng, vô tận Vật chất tồn vô số dạng khác nhau, nhiên, có hai dạng thực thể vật lý thực thể ý thức Thực thể vật lý dạng tồn vật chất có cấu trúc, cịn tồn khơng có cấu trúc gọi thực thể ý thức hay nói ngắn gọn ý thức Thực thể vật lý bao gồm phận cấu thành vật thể trường xem xét chi tiết mục 1.3.1 Thực thể vật lý tồn khách quan tồn chủ quan Thực thể vật lý khách quan dạng vật chất tồn không bị ảnh hưởng ý thức, gọi tồn khách quan Ví dụ nguyên tử, phân tử hợp chất thiên nhiên, vật thể Tự nhiên Thực thể vật lý chủ quan dạng vật chất tồn phụ thuộc vào ý thức, gọi tồn chủ quan Ví dụ hợp chất, cơng trình nhân tạo; thiết bị, máy móc người sáng chế tivi, tủ lạnh, ô tô v.v thứ mà khơng có người chẳng chúng tồn Vũ trụ Như vậy, tượng vật tồn khách quan, độc lập với ý thức người, trái lại, có mặt ý thức người giống với có mặt thực thể vật lý khác có ảnh hưởng qua lại lẫn cách biện chứng Trong thí nghiệm hạt bản, thao tác “quan sát” người so sánh với tác dụng vật tượng cần Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 19 nghiên cứu ảnh hưởng chủ quan rõ rệt, đơi làm thay đổi hẳn chất vật tượng cần nghiên cứu Ý thức tồn với thực thể vật lý (ở dạng động vật người) phi vật thể (ở dạng linh hồn) Vì nhận thức phạm trù lịch sử gắn với tồn người – dạng động vật cao cấp – có sinh, có tử, đó, vật chất phạm trù vĩnh cửu – không sinh, không diệt nguyên tắc, vật chất nhận thức đến chừng mực đó, giới hạn đó, khơng nhận thức Chính thế, khơng thể có lý thuyết “tối hậu” mô tả giới vật chất Nhận thức dù dạng trình tiệm cận đến chân lý mà khơng đến chân lý Nhưng nói khơng có nghĩa phủ nhận khả nhận thức thực người theo quan điểm “bất khả tri luận”, mà trái lại, việc phân định rõ giới hạn nhận thức đồng nghĩa với khả nhận thức phần thực mà đã, tồn Theo quan điểm phép biện chứng vật, tổng thể tách rời khỏi phận phận bao hàm tổng thể Phần CĐM nghiên cứu thực thể vật lý tồn khách quan hay nói ngắn gọn tồn khách quan Không gian – thuộc tính vật chất thể độ lớn từ vơ bé tới vơ lớn, hình thức tồn tất dạng vật chất Bên cạnh khái niệm “độ lớn” (lớn, bé) – cịn có khái niệm đồng nghĩa “khoảng cách” (xa, gần) Mọi dạng tồn vật chất có khơng gian từ “vơ bé” (nhưng không không) tới “vô lớn” bao gồm không gian nội vi – từ vơ bé tới kích thước hữu khơng gian ngoại vi – từ kích thước hữu tới vơ lớn Tuy nhiên, việc phân định không gian nội vi không gian ngoại vi thực thể vật Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 20 lý có tính chất tương đối, khơng có ranh giới nghiêm ngặt, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể Ví dụ ngun tử hydrozen có khơng gian nội vi từ vơ bé tới “kích thước” hữu 0,53x10-10m, nhiên, tùy thuộc vào trạng thái lượng mà “kích thước” bị thay đổi, chí phạm vi rộng – lớn vài chục lần Vì khơng gian thuộc tính vật chất nên, ngun tắc, phải phụ thuộc vào vật chất mà khơng thể tồn độc lập Sự phụ thuộc thể trước hết qua ảnh hưởng dạng tồn cụ thể vật chất lên không gian – “nhân nào, ấy”, nên ta gọi không gian không gian vật chất Nhưng vật chất lại vô cùng, vô tận nên khơng gian vật chất khơng “trống rỗng” Thay khái niệm “khơng gian trống rỗng” hay “chân không”, ta sử dụng khái niệm không gian – vùng khơng gian khơng chứa vật thể (khái niệm “vật thể” xem mục 1.3.1) Tuy nhiên, sau thấy Chương III, mục 3.2c, không gian khơng tồn khơng thể loại bỏ loại xạ với đủ loại tần số từ photon tới tia γ neutrino Khái niệm “ở đây” hay “ở kia” có nghĩa phần không gian nội vi vật thể so với không gian nội vi vật thể khác Như thế, không gian vật chất, xét cho cùng, chồng chập vô số không gian vô số dạng tồn khác vật chất – khơng độc lập, vậy, dạng tồn vật chất không độc lập, trái lại, tương tác với nhau, quy định lẫn Khái niệm “vật thể lập” khơng khơng có ý nghĩa triết học mà mặt vật lý vô nghĩa Khái niệm “hệ lập” hiểu với nghĩa tương đối bỏ qua ảnh hưởng dạng vật chất khác lên dạng vật chất xét gọi “hệ cô lập” Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 21 Việc nhận biết không gian vật chất phải nhờ đến quan thụ cảm cảm nhận tác động vật mang thơng tin khơng gian Thông thường, không gian nhận biết thị giác, mà thị giác cảm nhận ánh sáng – vật mang thông tin Tuy nhiên, vật mang thông tin ánh sáng mà dạng thực thể vật lý khác, “siêu âm” lồi dơi chẳng hạn, cho “thơng tin” khơng gian hồn tồn khác – khơng mầu, hữu hạn, chẳng có hệ mặt trời, chẳng có ngơi Nói chung, tất dạng không gian nhận thức thông qua thực thể vật lý – vật mang thông tin – gọi “không gian vật lý” Điểm khác biệt “không gian vật lý” với “không gian vật chất” tính chủ quan – phụ thuộc vào cách mà ta nhận Cho đến nay, nhầm lẫn không gian vật lý với không gian vật chất làm sai lệch nhận thức giới vật chất Tuy nhiên, liên quan tới khái niệm không gian không dừng lại Đi xa nữa, cách bỏ qua tất yếu tố vật chất liên quan tới đối tượng lẫn vật mang thông tin, người ta tạo nên khơng gian hồn tồn khác chất, “khơng gian hình học” Đối tượng khơng gian hình học điểm, đường, mặt – khái niệm túy tốn học Như vậy, khơng gian hình học trừu tượng hóa khơng gian vật lý cách tách rời thuộc tính khơng gian khỏi vật chất Ta có khơng gian hình học Euclid, Lobatrevsky, Riemann khơng gian hình học khác phải độc lập mà chồng chập với không gian vật chất Khi nói “trong khơng gian có ”, ngầm cho phép tồn gọi “không gian đó” cách độc lập “cái đó” độc lập, khơng có “cái đó” có nghĩa cịn Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 22 lại không gian “trống rỗng” Điều không gian vật lý “hậu duệ” khơng gian hình học – kết tư trừu tượng Ở đây, cần phải phân biệt khái niệm “vô bé” “vô lớn” không gian vật chất với khái niệm khơng gian hình học Đối với khơng gian vật chất, “vơ bé” khơng đồng với “khơng có kích thước” “điểm” khơng gian hình học; “vơ lớn” không đồng nghĩa với khoảng cách không kết thúc; vô bé vô lớn – hai mặt đối lập luôn thống với cách biện chứng không độc lập khơng gian hình học – điều quan trọng Vấn đề mấu chốt cần phải hiểu thấu đáo không gian vật chất cách hiểu khác đi, đơn giản hóa vật chất, tạm “quên” tính chất khác giữ lại thuộc tính mà thơi, kiểu đứa trẻ cần nghe “giọng nói” xác định “mẹ”, “giọng nói” khơng thể tồn độc lập với người mà gọi “mẹ” Trong đó, khơng gian hình học ta trừu tượng hóa khơng gian vật lý không gian vật chất lên nhờ khái niệm toán học điểm, đường, mặt – kết q trình túy tư lơgíc thoát khỏi ràng buộc với dạng tồn vật chất Chính vậy, quay từ hình học trở với vật lý, với dạng vật chất cụ thể cần phải tính đến sai khác Để xác định khoảng cách, hay khái quát vị trí tương đối vật so với vật đó, ta cần tiến hành “đo đạc” Thực tế cho thấy, trường hợp tổng quát, cần phải có tối thiểu “số đo” xác định vị trí cách đơn trị Mỗi “số đo” tương ứng với “chiều” khơng gian vật thể Khơng gian vật chất khơng gian vật lý có chiều, cần có chiều mà thơi Tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tương tác hấp dẫn tương tác Coulomb thực nghiệm xác nhận Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 23 với độ xác cao nói lên điều Khơng gian tốn học có số “chiều” lớn 3, không hạn chế, dạng hình học phi Euclid kiểu Hilbert hay Riemann với đối tượng lúc khơng đơn điểm, đường, mặt theo nghĩa đen từ nữa, mà tập hợp nào, không quan trọng gì, miễn có tính chất xác định Những hình học loại hồn tồn khơng cịn sử dụng để làm cơng cụ mơ khơng gian vật chất nữa, mà khả quan đóng vai trị làm cơng cụ tính tốn thơng số khơng gian vật chất giới hạn định mà Thuyết tương đối, lý thuyết trường lượng tử lý thuyết thống M, siêu dây, lượng tử vịng v.v sử dụng loại hình học làm sở, không phân biệt sai khác kể với không gian vật chất, nên kết cục làm sai lệch nhận thức giới tự nhiên Chiều không gian đặc trưng đại lượng gọi chiều dài với mẫu đo vật thể hệ vật thể lựa chọn – gọi thước đo Như vậy, thước đo khơng gian nội vi vật thể phần khơng gian ngoại vi nó, vậy, chiều dài chiều khơng gian hồn tồn phụ thuộc vào thước đo Đơn vị chiều dài hệ SI chọn mét (m) Độ đo hai chiều khơng gian gọi diện tích với mẫu đo vật hình vng Đơn vị diện tích hệ SI mét vuông (m2) Độ đo ba chiều không gian gọi thể tích với mẫu đo vật hình lập phương Đơn vị thể tích mét khối (m3) Nhờ có thước đo mà đo kích thước vật thể khoảng cách vật thể với Đặc tính quan trọng khơng gian tính đồng – nơi đẳng hướng – hướng Các khơng gian hình học đồng đẳng hướng không gian vật chất không gian vật lý Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 24 đẳng hướng đồng dạng vật chất khơng đồng nhất, không phân bố đồng khắp nơi khắp hướng Hơn nữa, khái niệm “hướng” khơng gian hình học thường “tia” xuất phát từ điểm khơng gian đó, đó, “hướng” khơng gian vật chất lại tùy tiện mà dạng vật chất có khơng gian quy định mà đề cập đến sâu mục 1.3.5 “Lực, lực trường tượng quán tính” Tóm lại, từ phân tích với loại khơng gian, có “khơng gian vật chất” thuộc tính cố hữu vật chất, cịn dạng khơng gian khác hình thành nhận thức chủ quan người mà 3.Vận động – thuộc tính vật chất thể thay đổi lượng thuộc tính khơng gian dạng tồn Vì không gian dạng tồn vật chất vô cùng, vô tận nên thay đổi xẩy cách tương đối không gian nội vi không gian ngoại vi thực thể vật lý, không gian nội vi thực thể vật lý với – độ lớn tương đối khơng gian nội vi đó, khoảng cách chúng Mỗi dạng tồn cụ thể vật chất có dạng vận động khác từ đơn giản đến phức tạp Dạng vận động đơn giản chuyển động học vật thể Một dạng vận động phức tạp không đơn phép cộng dạng vận động giản đơn mà phép tổ hợp hữu dạng vận động giản đơn theo quy luật lượng đổi-chất đổi Các tổ hợp hoàn toàn khác chất với dạng vận động cấu thành Một electron proton độc lập hai hạt có điện tích trái dấu, bị lệch theo hai hướng khác điện trường kết hợp với thành nguyên tử hydrozen – hoàn toàn không bị lệch hướng điện trường, thế, cịn có tính Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 25 chất hóa lý hồn tồn khác; tương tự vậy, hai electron hai proton thành helium, v.v chất hữu phức tạp cấu tạo nên não người với trạng thái tâm sinh lý chẳng liên quan tới hành vi electron proton cấu thành nên Ngay dạng vận động trừu tượng vận động xã hội hệ tập hợp vô số dạng vận động thành phần mà hình thành từ vận động giản đơn ban đầu v.v Tuy nhiên nói, theo quy luật lượng đổi-chất đổi, dạng vận động mức tổ hợp cao có quy luật vận động riêng, nguyên lý riêng luôn thống với quy luật vận động chung vật chất, khơng nằm ngồi chúng – điều khác hẳn với quan niệm học tầm thường quy tất dạng vận động chuyển động học túy, loại bỏ quan niệm trừu tượng dạng vận động khơng gắn với thay đổi thuộc tính khơng gian mà thực chất biểu siêu hình Dù dạng vật chất ln vận động – khơng có khác ngồi vật chất vận động Chính thế, khơng khơng đâu có tượng hay vật xuất lần khơng tồn thực “tối hậu”, trái lại, thân gọi “hiện thực” luôn biến đổi Cái có tính ổn định hay bất biến quy luật vận động vật chất (hay thực) khơng phải thân thực Chính vậy, đứng n khái niệm tương đối so sánh tượng cá biệt vận động tuyệt đối Độ đo vận động vật chất gọi thời gian với mẫu đo kiểu vận động đó, thường có chu kỳ, dạng vật chất lựa chọn gọi đồng hồ Khái niệm “có chu kỳ” tức lặp đi, lặp lại điều kiện định khơng có nghĩa lặp đi, lặp lại trạng thái trước xét tổng thể Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 26 tính phụ thuộc lẫn tất dạng vật chất Tùy thuộc vào kiểu vận động dạng vật chất cụ thể lựa chọn làm đồng hồ mà “thời gian” phụ thuộc nhiều hay vào chuyển động tương đối đồng hồ Ví dụ, dùng đồng hồ lắc đoàn tầu cao tốc thời gian mà dường “chậm dần” tốc độ đoàn tầu tăng dần lên lúc này, trọng lượng lắc giảm lực ly tâm tăng lên (bề mặt Trái đất hình cầu mà) Nếu tốc độ đồn tầu đạt đến 7,9 km/s đồng hồ ngừng không chạy - trạng thái không trọng lượng, “con lắc” lắc được! Trong đó, dùng đồng hồ lên dây cót, sử dụng độ căng lị so bị ảnh hưởng nhiều, đặt từ trường, dây cót lại bị nhiễm từ thời gian khác Như vậy, thời gian không tồn khách quan mà trái lại, khái niệm chủ quan người với mục đích so sánh diễn biến trình xẩy giới vật chất xung quanh có thân Sự so sánh dạng nhận thức khơng ngồi mục đích sinh tồn Ở nơi vũ trụ khơng có người, chẳng có “đồng hồ”, chẳng cần “so sánh nhanh chậm”, chẳng cần đến thời gian, trình vật lý diễn ra, ảnh hưởng lẫn nhau, quy định lẫn thế, khơng thể có thời gian tuyệt đối, nơi, không phụ thuộc vào vận động vật chất tồn khách quan không phụ thuộc vào ý thức người, vậy, lại khơng thể nói đến thời gian “chiều” thực vật lý vì, nói cách nơm na, đơn giản thay đổi thực vật lý, tức tính chất thực mà khơng phải thực “Khơng-thời gian chiều” túy dạng không gian hình học theo nghĩa đa tạp n chiều, khơng thế, khơng cịn đóng vai trị “mơ phỏng” khơng gian vật chất, chí không gian vật lý Tuy nhiên, phương trình Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 27 dựa continum “khơng-thời gian chiều” đóng vai trị cơng cụ tính tốn chuyển động số dạng vật chất cụ thể giống khơngthời gian chiều (x, t) để tính toán chuyển động vật theo đường thẳng; đại lượng phức dòng điện phức điện áp phức tính tốn mạch điện hình sin lý thuyết mạch điện v.v Người ta thường nói tới “mũi tên thời gian” với nghĩa “trơi” từ q khứ tới tương lai Thật chẳng có “trơi” mà đơn giản cách ví von “dân dã” quy ước trình tự kiện để dễ cho việc nhận thức chúng hồn tồn khơng mang ý nghĩa vật lý Như vừa nói tới tính vô cùng, vô tận vật chất vận động khơng ngừng nghỉ khiến cho “khơng khơng đâu có tượng xuất lần” Bất kể lặp lại nào, có, mang tính cục bộ, điều có nghĩa “mũi tên thời gian” đương nhiên có chiều mà không cần phải viện dẫn tới định luật nhiệt động lực học Hơn nữa, khái niệm thời điểm hồn tồn mang tính quy ước cách tương đối giống “điểm” không gian vật chất, khơng bao hàm ý nghĩa “điểm” khơng có “kích thước” trục thời gian với điểm trục khơng gian hình học “Kích thước” thời điểm hoàn toàn phụ thuộc vào độ phân giải đồng hồ mà ta sử dụng Nếu sử dụng đồng hồ khí đeo tay thơng thường thời điểm có kích thước lớn nhiều so với thời điểm đồng hồ nguyên tử Tuy nhiên, tồn nguyên tắc loại đồng hồ để kích thước thời điểm tiến tới Như vậy, nhận thức giới vật chất bị giới hạn loại đồng hồ mà sử dụng Trong tốn giải tích, có khái niệm đạo hàm vi phân, đem áp dụng vào vật lý với biến số thời gian cho khái niệm túy tốn học khơng có ý nghĩa vật lý tưởng, ví dụ vận tốc tức thời đạo hàm bậc theo ... động vật chất Nó thể cụ thể vận tốc tới hạn chuyển động mục 1. 3.3, tồn hạt mục 1. 3 .1, nguyên lý tác động tối thiểu mục 1. 3.5 nhiều tình khác 1. 3 Các khái niệm vật lý học Vật thể, trường hạt Vật. .. thể vật lý định lý thuyết trường mà phải chồng chập trường khác thực thể vật lý khác mà chí phải thực thể vật lý xem xét, ảnh hưởng thực thể vật lý khác khơng đáng kể bỏ qua Các ? ?đường sức” ? ?đường. .. phần Các thực thể vật lý thành phần này, đến lượt mình, lại cấu tạo từ thực thể vật lý thành phần khác, v.v thực thể vật lý gọi Chương I CƠ SỞ CỦA VẬT LÝ HỌC 33 “hạt bản” Vì vật chất vơ cùng,