Nhà vật lý đạt giải Nobel về Vật lý 1901- 1904

Ông đã quan sát được sự tách phứctạp của các vạch phổ cũng như dịch chuyển Doppler phụ thuộc và vận tốc của nguồn phát.Stark nhận giải Nobel năm 1919.Với bối cảnh đó, việc xây dựng một m

Giải Nobel về Vật lý 1901-2004

Vật lý được coi là một môn khoa học cơ bản nhất của khoa học tự nhiên Vật lý nghiên cứunhững thành phần cơ bản nhất của vật chất và các tương tác giữa chúng cũng như nghiêncứu về các nguyên tử và việc tạo thành phân tử và chất rắn Vật lý cố gắng đưa ra những

mô tả thống nhất về tính chất của vật chất và bức xạ, bao quát rất nhiều loại hiện tượng.Trong một số ứng dụng, vật lý rất gần với hóa học cổ điển và trong một số ứng dụng khác

nó thường liên quan chặt chẽ đến các đối tượng nghiên cứu của các nhà thiên văn học Các

xu hướng của vật lý hiện nay đang hướng đến vi sinh học.Mặc dù hóa học và thiên văn học

là các ngành khoa học hoàn toàn độc lập, nhưng cả hai đều coi vật lý là cơ sở trong nghiêncứu các lĩnh vực, khái niệm và công cụ của các vấn đề khoa học Phân biệt cái nào là vật lý

và hóa học trong một số lĩnh vực thường là rất khó Điều này cũng được minh chứng vài lầntrong lịch sử của các giải Nobel Dưới đây sẽ nhắc đến một số giải Nobel về hóa học đặc biệt

là những giải có liên hệ rất chặt chẽ đến các công trình mà những người đoạt giải Nobel vật

lý thực hiện Đối với thiên văn học, tình huống lại khác vì không có giải Nobel cho thiên vănhọc nên ngay từ đầu, những phát kiến của thiên văn học được trao giải Nobel về vật lý

Năm 1901, khi giải Nobel đầu tiên được trao thì các lĩnh vực của vật lý cổ điển đã dựa trênmột nền tảng vững chắc do các nhà vật lý và hóa học vĩ đại của thế kỉ thứ 19 tạo nên.Hamilton đã đưa ra những công thức mô tả động học của vật rắn từ những năm 1830

Carnot, Joule, Kelvin và Gibbs đã phát triển nhiệt động học tới mức cực kì hoàn thiệntrong nửa cuối của thế kỉ đó

Các phương trình nổi tiếng của Maxwell đã được chấp nhận như là một mô tả tổngquát về các hiện tượng điện từ và có thể ứng dụng trong bức xạ quang học và sóng radiolúc bấy giờ mới được Hetz phát hiện

Tất cả mọi thứ, bao gồm cả các hiện tượng sóng, có vẻ như là rất phù hợp với bứctranh vật lý được dựng trên chuyển động cơ học của các thành phần của vật chất tự thểhiện trong các hiện tượng vĩ mô khác nhau Một số nhữung nhà quan sát cuối thể kỉ 19 chorằng, những việc cho các nhà vật lý làm tiếp theo là giải quyết những vấn đền nhỏ trongmột vấn đề lớn đã được xây dựng gần hết

Tuy vậy, sự thỏa mãn về bức tranh vật lý đó kéo dài không được bao lâu Thời điểmbước sang thế kỉ mới là thời điểm quan sát các hiện tượng mà vật lý lúc bấy giờ không lýgiải được và những ý tưởng cực mới về cơ sở của vật lý lý thuyết được đưa ra Chúng ta cầnnhìn lại một sự trùng hợp lịch sử mà có thể ngay cả chính Alfred Nobel cũng không thấytrước được, đó là việc trao giải thưởng Nobel đã bắt đầu đúng lúc để có thể ghi công nhữngđóng góp nổi bật mở ra thời đại mới của vật lý vào giai đoạn đó

Một trong những hiện tượng không giải thích được của vài năm cuối cùng của thế kỉ

19 đó là việc Wilhelm Conrad Rontgen, người được trao giải Nobel vật lý đầu tiên (1901)phát hiện ra tia X vào năm 1895

Lại nữa, năm 1896 Antoine Henri Becquerel phát hiện ra hiện tượng phóng xạ và hai

vợ chồng nhà bác học Marie và Pierre Curie tiếp tục nghiên cứu bản chất của hiện tượngnày Lúc bấy giờ, người ta chưa hiểu nguồn gốc của tia X, nhưng người ta nhận ra rằng sự

tồn tại của hiện tượng đó che dấu một thế giới các hiện tượng mới (mặc dù lúc đầu người tachưa thấy những ứng dụng thực tiễn trong việc chẩn đoán bệnh của tia X) Nhờ công trình

về hiện tượng phóng xạ, Becquerel vợ chồng Curie được trao giải Nobel năm 1903 (một nửagiải cho Becquerel và một nửa cho vợ chồng Curie) Cùng với công trình của ErnestRutherford (người đạt giải Nobel về hóa học năm 1908) người ta hiểu rằng thực ra nguyên

tử bao gồm một hạt nhân rất nhỏ chứ không phải là một phần tử không có cấu trúc nhưngười ta từng nghĩ như trước đây Người ta còn thấy một số hạt nhân nguyên tử lại khôngbền, chúng có thể phát ra các bức xạ anpha, betha và gamma Đó là cuộc cách mạng lúcbấy giờ, cùng với nhiều công trình vật lý khác, con người đã vẽ ra những bức tranh đầu tiên

về cấu trúc nguyên tử

Năm 1897, Joseph J Thomson phát hiện các tia phát ra từ ca-tốt trong một ống chânkhông là những hạt có mang điện tích Ông đã chứng minh rằng, các tia này gồm những hạtrời rạc mà sau này chúng ta gọi là các hạt điện tử Ông đã đo tỉ số giữa khối lượng của hạt

và điện tích (âm) của hạt đó và thấy rằng giá trị đó chỉ bằng một phần rất nhỏ so với giá trị

dự đoán của các nguyên tử mang điện Và ngay sau đó người ta thấy rằng các hạt có khốilượng nhỏ bé mang điện tích âm đó phải là những viên gạch cùng với hạt nhân mang điệntích dương đã tạo nên tất cả các loại nguyên tử Thomson nhận giải Nobel vào năm 1906.Trước đó một năm (1905), Phillip E.A von Lenard đã làm sáng tỏ rất nhiều tính chất thú vịcủa những tia phát ra từ ca-tốt như là khả năng đi sâu vào những tấm kim loại và tạo rahuỳnh quang Sau đó, vào năm 1912, Robert A Millikan lần đầu tiên đo chính xác điện tíchcủa điện tử bằng phương pháp giọt dầu (oil-drop), và điều này dẫn ông đến giải Nobel năm

1923 Millikan cũng được trao giải cho những công trình về hiệu ứng quang điện

Vào đầu thế kỉ 20, các phương trình của Maxwell đã có mặt được vài chục thập kỉ,nhưng rất nhiều câu hỏi vẫn chưa được giải đáp: môi trường nào là môi trường trung giandẫn chuyền sóng điện từ (trong đó có cả ánh sáng) và các hạt tải điện có phải là nguyênnhân của sự phát xạ ánh sáng hay không? Albert A Michelson đã phát triển một phươngpháp giao thoa, theo phương pháp này thì khoảng cách giữa hai vật thể có thể được đobằng số các bước sóng ánh sáng (hoặc là những phần nhỏ của chúng) Điều này làm choviệc xác định chiều dài chính xác hơn trước đó rất nhiều Rất nhiều năm sau, Văn phòng đolường quốc tế (Bureau International de Poids et Mesures) ở Paris đã định nghĩa đơn vị méttrên cơ sở số các bước sóng của một bức xạ đặc biệt thay cho định nghĩa trước đây là chiềudài của một tấm platin Dùng chiếc giao thoa kế đó, Michelson và W Morley đã tiến hành thímột nghiệm nổi tiếng, thí nghiệm đó kết luận rằng vận tốc của ánh sáng không phụ thuộcvào chuyển động tương đối của nguồn sáng và người quan sát Thí nghiệm này bác bỏ giảthuyết trước đó coi ê-te (ether) là môi trường truyền ánh sáng Michelson nhận giải thưởngNobel năm 1907

Các nhà bác học Vật lý

Các cơ chế phát xạ ánh sáng bởi các hạt tải điện đã được Hendrik A Lorentz nghiêncứu Ông cũng là người đầu tiên áp dụng các phương trình của Maxwell vào việc dẫn điệntrong vật chất Lý thuyết của ông có thể được áp dụng vào bức xạ gây ra bởi dao động giữacác nguyên tử, và vào bối cảnh đó, lý tuyết có thể giải thích một thí nghiệm cực kì quantrọng Vào năm 1896, Pieter Zeeman khi nghiên cứu về các hiệu ứng điện từ của ánh sáng

đã tìm ra một hiện tượng quan trọng, đó là vạch phổ của Natri khi bị đốt cháy trong một từ

trường mạnh bị tách thành nhiều vạch Hiện tượng này có thể được giải thích rất chi tiếtbằng lý thuyết của Lorentz khi lý thuyết này được áp dụng cho các dao động của các điện

tử Lorentz và Zeeman chia nhau giải Nobel năm 1902, thậm chí trước cả Thomson (pháthiện ra điện tử) Sau đó, Johannes Stark chứng minh ảnh hưởng trực tiếp của điện trườnglên phát xạ ánh sáng nhờ việc phát ra một chùm các nguyên tử (chùm tia a-nốt gồm cácnguyên tử hoặc phân tử) trong một điện trường mạnh Ông đã quan sát được sự tách phứctạp của các vạch phổ cũng như dịch chuyển Doppler phụ thuộc và vận tốc của nguồn phát.Stark nhận giải Nobel năm 1919.Với bối cảnh đó, việc xây dựng một mô hình chi tiết củanguyên tử, một vấn đề đã tồn tại như một khái niệm từ thời cổ đại nhưng được coi là mộtthành phần không có cấu trúc trong vật lý cổ điển, có thể được thực hiện Bắt đầu từ giữathế kỉ 19, người ta đã có một tài liệu thực nghiệm đó là những vạch phổ đặc trưng phát ratrong những vùng có thể nhìn thấy được từ những loại nguyên tử khác nhau Bức xạ tia Xđặc trưng do Charles G Barkla (Nobel 1917) phát hiện bổ sung thêm cho tài liệu đó Barklaphát hiện điều đó sau khi Max von Laue (Nobel 1914) xác định bản chất sóng của bức xạ vànhiễu xạ tia X Phát hiện của Laue trở thành một nguồn thông tin quan trọng về cấu trúcbên trong của nguyên tử

Tia X đặc trưng của Barkla là những chùm tia thứ cấp, đặc trưng cho mỗi nguyên tố,phát bức xạ từ những ống phát tia X (nhưng không phụ thuộc vào công thức hóa học củamẫu) Karl Manne G Siegbahn nhận thấy rằng đo phổ tia X đặc trưng của tất cả các nguyên

tố sẽ cho biết một cách có hệ thống các lớp điện tử kế tiếp được thêm vào như thế nào khi

đi từ các nguyên tố nhẹ tới các nguyên tố nặng Ông đã thiết kế các máy đo quang phổ cực

kì chính xác cho mục đích này Và nhờ đó người ta xác định được sự khác nhau về nănglượng của các lớp điện tử khác nhau và các qui tắc cho việc dịch chuyển bức xạ giữa các lớp

đó Ông nhận giải Nobel vật lý năm 1924 Tuy vậy, hóa ra là để hiểu sâu hơn cấu trúc củanguyên tử, người ta cần nhiều hơn rất nhiều những khái niệm thông thường của vật lý cổđiển mà khó ai có thể tưởng tượng nổi

Vật lý cổ điển coi chuyển động là liên tục cũng như việc trao đổi năng lượng cũng làliên tục Vậy thì tại sao các nguyên tử lại phát ra những bức xạ có một đỉnh cực đại? Ở đây,một vấn đề có nguồn gốc từ cuối thế kỉ thứ 19 đã cho những đầu mối quan trọng để giảithích thắc mắc trên Wilhelm Wien nghiên cứu về bức xạ của “vật đen” (black-body) từnhững vật rắn nóng (tương phản với bức xạ của các nguyên tử khí có phân bố tần số liêntục) Sử dụng điện động học cổ điển (classical electrodynamics), ông đi tới một biểu thứccho phân bố tần số của bức xạ này và cho sự dịch chuyển của bước sóng có cường độ cựcđại khi nhiệt độ của một vật đen bị thay đổi (định luật dịch chuyển Wien, rất hiệu quả trongviệc xác định nhiệt độ của mặt trời chẳng hạn) Ông được trao giải Nobel năm 1911

Hình1: (từ trái) Rongent (1845-1923), Thomson(1856-1940), Bohr(1885-1962), và

Tuy vậy, Wien không thể rút ra một công thức phân bố phù hợp với thực nghiệm cho cả haivùng bước sóng dài và bước sóng ngắn Vấn đề đó vẫn không được giải quyết cho đến khi

Max K E L Planck đưa ra một ý tưởng hoàn toàn mới là năng lượng phát xạ chỉ phát ratừng lượng gián đoạn, có một giá trị nhất định gọi là lượng tử (quanta) Một lượng tử nănglượng có giá trị lớn khi bước sóng nhỏ và có giá trị nhỏ khi bước sóng lớn (lượng tử nănglượng bằng hằng số Plank nhân với tần số của lượng tử đó) Đây được coi là sự ra đời củavật lý lượng tử Wien nhận giả Nobel năm 1911 và Plank nhận ít năm sau đó, vào năm

1918 Các bằng chứng quan trọng chứng minh ánh sáng phát ra theo từng lượng tử nănglượng cũng được củng cố bằng lời giải thích của Albert Eistein về hiệu ứng quang điện (đượcHetz quan sát lần đầu tiên vào năm 1887) Hiệu ứng quang điện bao gồm phần mở rộngcủa lý thuyết Plank Einstein nhận giải Nobel vật lý năm 1921 (trao giải năm 1922) về hiệuứng quang điện và về “những đóng góp cho vật lý lý thuyết” (điều đó ám chỉ một bối cảnhkhác)

Trong các thí nghiệm sau này, James Franck và Gustav L Hertz đã chứng minh hiệuứng quang điện ngược (inverse of the photoelectric effect, tức là khi một điện tử va chạmvới một nguyên tử thì cần một năng lượng tối thiểu để sinh ra các lượng tử ánh sáng vớinăng lượng đặc trưng phát ra từ va chạm đó) và chứng minh tính đúng đắn của lý thuyếtPlank và hằng số Plank Franck và Hertz cùng nhận giải Nobel năm 1926 Cũng vào khoảngthời gian đó, Arthur H Compton (người nhận nửa giải Nobel vật lý năm 1927) nguyên cứu

sự mất mát năng lượng của quang tử (photon, lượng tử sóng điện từ) tia X khi tán xạ lêncác hạt vật chất và cho thấy rằng các lượng tử của chùm tia X có năng lượng lớn hơn nănglượng của ánh sáng nhìn thấy 10.000 lần và chúng cũng tuân theo các qui tắc lượng tử.Charles T R Wilson (xem dưới đây) nhận một nửa giải Nobel năm 1927 vì tạo ra dụng cụquan sát tán xạ năng lượng cao có thể được dùng để chứng minh tiên đoán của Compton.Với khái niệm cơ sở về lượng tử hóa năng lượng, tình hình vật lý đã thúc đẩy những cuộcphiêu lưu tiếp theo vào thế giới bí ẩn của vật lý vi mô Cũng giống như một số nhà vật lý nổitiếng trước đó, Niels H D Bohr làm việc với mô hình hành tinh nguyên tử trong đó các điện

tử quay xung quanh hạt nhân Ông thấy rằng các vạch phổ sắc nét phát ra từ các nguyên tử

có thể được giải thích bằng cách cho rằng điện tử quay xung quanh hạt nhân trên các quĩđạo tĩnh đặc trưng bởi một mô men góc bị lượng tử hóa (bằng một số nguyên lần hằng sốPlank chia cho 2*pi) Ông cũng cho thấy năng lượng phát xạ chính bằng sự khác nhau giữacác trạng thái năng lượng bị lượng tử hóa đó Giả thiết ông đưa ra có xuất phát điểm từ vật

lý cổ điển hơn là từ lý thuyết của Plank Mặc dầu giả thiết trên chỉ giải thích được một sốđặc điểm đơn giản của quang phổ và nguồn gốc của nó nhưng người ta cũng sớm chấp nhận

nó vì phương pháp của Bohr là một điểm khởi đầu đúng đắn, ông nhận giải Nobel năm1922

Hóa ra là muốn hiểu sâu hơn tính chất của bức xạ và vật chất (cho đến lúc bấy giờ người tavẫn coi đó là hai thực thể hoàn toàn riêng biệt) người ta cần thêm những tiến bộ về mô tả lýthuyết của thế giới vi mô Năm 1923, Louis-Victor P R de Broglie đã phát biểu rằng các hạtvật chất cũng có những tính chất sóng và sóng điện từ cũng thể hiện những tính chất củacác hạt dưới dạng các quang tử Ông đã phát triển các công thức toán học cho tính lưỡngtính này, trong đó có một công thức mà sau này gọi là “bước sóng de Broglie” cho các hạtchuyển động Các thí nghiệm ban đầu của Clinton J Davisson đã chỉ ra rằng thực ra cácđiện tử thể hiện tính chất phản xạ giống như các sóng khi đập vào một tinh thể và các thínghiệm này được lặp lại nhiều lần chứng minh giả thiết lưỡng tính của de Broglie Một thờigian sau George P Thomson (con trai của J J Thomson) đã đưa ra nhiều thí nghiệm đãđược cải tiến rất nhiều cho biết hiện tượng tán xạ khi các điện tử năng lượng cao đi sâu vàotrong các tấm kim loại De Broglie nhận giải Nobel năm 1929 và sau đó Davisson và

Thomson chia nhau giải Nobel năm 1937.Điều cần làm là phải đưa ra các phương trình toán học mô tả một lý thuyết mới thay thế cho

cơ học cổ điển mà lý thuyết đó giải thích đúng đắn các hiện tượng ở qui mô nguyên tử vàbức xạ của chúng Từ năm 1924 đến 1926 là khoảng thời gian phát triển cao độ trong lĩnhvực này Erwin Schrödinger phát triển thêm ý tưởng của de Broglie và viết một bài báo cơbản về “Lượng tử hóa như là một bài toán trị riêng” vào đầu năm 1926 Ông đã tạo ra mộtcái gọi là “cơ học sóng” (wave mechanics) Nhưng một năm trước đó Werner K Heisenberg

đã bắt đầu một phương pháp toán học hoàn toán khác gọi là “cơ học ma trận” (matrixmechanics) và bằng cách đó ông cũng thu được các kết quả tương tự như các kết quả màSchrödinger đưa ra sau đó Cơ học lượng tử mới của Schrodinger và Heisenberg là một sựkhởi đầu căn bản từ bức tranh cảm tính của các quĩ đạo cổ điển trong nguyên tử Nó cũngngụ ý rằng có những giới hạn tự nhiên trong việc xác định chính xác đồng thời các đại lượngvật lý (hệ thức bất định Heisenberg - Heisenberg's uncertainty relations)

Hình2:(từ trái) Lamb(1913- ), Kusch(1911-1993) Schrödinger(1887-1961), và 1984)

Dirac(1902-Hết phần 2

Các nhà bác học Vật lý

Heisenberg được trao giải Nobel năm 1932 cho việc phát triển cơ học lượng tử, trongkhi đó Schrödinger và Paul A M Dirac cùng nhận giải vào năm sau đó Cơ học lượng tử củaSchrodinger và Heisenberg đúng đối với các vận tốc và năng lượng tương đối thấp củachuyển động “quĩ đạo” (orbital) của các điện tử hóa trị trong nguyên tử Nhưng các phươngtrình đó không thỏa mãn các yêu cầu được xác định từ các nguyên lý của Eistein cho các hạtchuyển động nhanh Dirac đã sửa đổi các công thức khi tính đến lý thuyết tương đối hẹp củaEistein và cho thấy rằng một lý thuyết như vậy không chỉ bao gồm những thông số tươngứng cho sự tự quay của điện tử xung quanh mình nó gọi là spin (do đó giải thích mô men từnội tại của điện tử và cấu trúc tinh tế quan sát được trong phổ nguyên tử) mà còn tiên đoán

sự tồn tại của một loại hạt hoàn toàn mới gọi là các phản hạt (antiparticles) có khối lượngbằng khối lượng của điện tử nhưng mang điện tích dương Phản hạt đầu tiên của điện tử doCarl D Anderson (được trao một nửa giải Nobel năm 1936) phát hiện năm 1932 được gọi làpositron.Giải Nobel những năm sau đó được trao cho những người có đóng góp quan trọngkhác cho sự phát triển của cơ học lượng tử Max Born, thầy của Heisenberg vào những nămđầu của thập niên 20 có những công trình quan trọng về mô tả toán học và giải thích vật lý.Ông nhận một nửa giải nobel vào năm 1954 cho công trình của ông về ý nghĩa thống kê củahàm sóng Wolfgang Pauli đã đưa ra nguyên lý loại trừ (exclusion principle – mỗi trạng tháilượng tử chỉ có thể có một điện tử mà thôi) dựa trên cơ sở lý thuyết bán cổ điển của Bohr.Sau này, người ta cũng thấy nguyên lý Pauli liên quan đến tính đối xứng của hàm sóng của

các hạt có spin bán nguyên nói chung gọi là các hạt fermion để phân biệt với các hạt boson

có spin là một số nguyên lần của hằng số Plank chia cho 2*pi Nguyên lý loại trừ có nhiều

hệ quả quan trọng trong nhiều lĩnh vực của vật lý và Pauli nhận giải Nobel năm 1945.Việc nghiên cứu spin của điện tử tiếp tục mở ra những chân trời mới trong vật lý Cácphương pháp chính xác để xác định mô men từ của các hạt tự quay đã được phát triển vàonhững năm 30 và 40 cho nguyên tử và hạt nhân (do Stern, Rabi, Bloch và Purcell thực hiện,xem phần dưới) Năm 1947 họ đã đạt đến một độ chính xác mà Polykarp Kusch có thể phátbiểu rằng mô men từ của một điện tử không có giá trị đúng như Dirac tiên đoán mà khác đimột đại lượng rất nhỏ Vào cùng thời gian đó Willis E Lamb cũng nghiên cứu một vấn đềtượng tự về spin của điện tử tương tác với các trường điện từ bằng việc nghiên cứu cấu trúctinh tế (fine structure) của quang phổ phát ra từ nguyên tử Hidro với các phương pháp cộnghưởng tần số radio có độ phân giải rất cao Ông quan sát thấy rằng sự tách cấu trúc tinh tếluôn luôn sai khác với giá trị của Dirac một lượng đáng kể Các kết quả này làm cho người taphải xem lại các khái niệm cơ bản đằng sau những ứng dụng lý thuyết lượng tử vào các hiệntượng điện từ, một lĩnh vực đã được Dirac, Heisenberg và Pauli khởi đầu nhưng vẫn còn mộtvài khiếm khuyết Kusch và Lamb cùng nhận giải Nobel năm 1955.Trong điện động học lượng tử (quantum electrodynamics – gọi tắt là DDHLT), lý thuyếtnhiễu loạn lượng tử mô tả các hạt tích điện tương tác thông qua trao đổi các quang tử Môhình cũ của DDHLT chỉ bao gồm trao đổi quang tử riêng lẻ, nhưng Sin-Itiro Tomonaga,Julian Schwinger và Richard P Feynman nhận ra rằng tình huống lại phức tạp hơn rất nhiều

vì tán xạ điện tử-điện tử có thể bao gồm trao đổi một vài quang tử Một điện tích điểm “trầntrụi” không tồn tại trong bức tranh của họ Điện tích luôn tạo ra một đám các cặp hạt-phảnhạt ảo (virtual particle-antiparticle) ở xung quanh nó, do đó, mô men từ hiệu dụng của nóthay đổi và thế năng Coulomb cũng bị biến đổi tại các khoảng cách ngắn Các tính toán từ

mô hình này đã tái tạo lại các dữ liệu thực nghiệm của Kusch và Lamb với một độ chính xácngạc nhiên và mô hình DDHLT mới được coi là một lý thuyết chính xác nhất đã từng có.Tomonaga, Schwinger và Feynman cùng nhận giải Nobel vật lý năm 1965.Bước phát triển này của DDHLT có một tầm quan trọng vĩ đại nhất trong việc mô tả các hiệntượng vật lý năng lượng cao Khái niệm sinh cặp từ trạng thái chân không của một trườnglượng tử (quantized field) là một khái niệm cơ sở trong lý thuyết trường hiện đại của cáctương tác mạnh và của sắc động học lượng tử (quantum chromodynamics).Khía cạnh cơ bản khác của cơ học lượng tử và lý thuyết trường lượng tử là tính đối xứng củacác hàm sóng và các trường Các tính chất đối xứng tương ứng với trao đổi hạt đồng nhấtthì dựa trên nguyên lý loại trừ Pauli nói ở trên, nhưng các đối xứng tương ứng với các biếnđổi không gian cũng trở nên quan trọng không kém Năm 1956, Lý Chính Đạo (Tsung-DaoLee) và Dương Chấn Ninh (Chen Ning Yang) đã chỉ ra rằng các tương tác vật lý có thể khôngtuân theo đối xứng gương (tức là, chúng có thể khác nhau khi hệ tọa độ quay trái hoặc quayphải) Điều này có nghĩa là tính chất “chẵn lẻ” của hàm sóng, kí hiệu là “P” không được bảotoàn khi hệ chịu một tương tác như vậy và tính chất đối xứng gương có thể bị thay đổi.Công trình của hai ông là điểm khởi đầu cho một nghiên cứu chuyên sâu về các hiệu ứngnhư vậy và ngay sau đó người ta thấy rằng phân rã của hạt betta và pi thành hạt muy dotương tác yếu gây ra không bảo toàn tính chẵn lẻ (xem thêm phần dưới) Lý và Dương cùngnhận giải Nobel năm 1957 (*Bổ sung: các định luật bảo toàn đều được rút ra từ các tínhchất đối xứng Tính đối xứng và đồng nhất của không gian và thời gian làm cho năng lượng,xung lượng, mô men xung lượng được bảo toàn Do đó, tính đối xứng và bảo toàn liên hệ

Các tính chất đối xứng khác của cơ học lượng tử có liên hệ với sự thay thế của các hạt bằngcác phản hạt (gọi là giao hoán điện tích – charge conjugation, kí hiệu là “C”) Trong cáctrường hợp chuyển đổi phóng xạ mà Lý và Dương nghiên cứu, người ta thấy rằng mặc dùtính chẵn lẻ không được bảo toàn, nhưng vẫn tồn tại một đối xứng trong đó các hạt và phảnhạt phá vỡ tính chẵn lẻ theo các cách trái ngược nhau hoàn toàn và do đó toán tử tổ hợpC*P bảo toàn tính đối xứng Nhưng nguyên lý bảo toàn C*P đó kéo dài không được bao lâucho đến khi James W Cronin và Val L Fitch phát hiện sự phân rã của hạt “meson K” viphạm nguyên lý trên, mặc dù sự vi phạm đó trong một qui mô rất nhỏ Cronin và Fitch đưa

ra phát hiện này vào năm 1964 và họ cùng nhau nhận giải Nobel năm 1980 Hệ quả củaphát hiện trên (bao gồm các câu hỏi về tính đối xứng của các quá trình tự nhiên khi đảongược thời gian – gọi là đối xứng T) vẫn được thảo luận cho đến ngày nay và đã chạm đếnnhững nền tảng sâu nhất của vật lý lý thuyết bởi vì đối xứng P*C*T luôn được coi là bảotoàn

Người ta biết rằng trường điện từ có tính chất gọi là “đối xứng chuẩn” (gauge symmetry),tức là các phương trình trường giữ nguyên dạng ngay cả khi các thế năng điện từ được nhânlên với các hằng số pha cơ học lượng tử nhất định Người ta không biết tương tác yếu (weakinteraction) có tính chất như thế cho đến những năm 1960, khi Sheldon L Glashow, AbdusSalam, và Steven Weinberg đưa ra lý thuyết thống nhất tương tác yếu và tương tác điện từ

Họ cùng nhau chia giải Nobel năm 1979 về lý thuyết thống nhất này và đặc biệt là tiên đoáncủa họ về một loại tương tác yếu đặc biệt được điều hòa bởi “dòng neutron – neutroncurrent” đã được thực nghiệm kiểm chứng mới gần đây Giải Nobel vật lý cuối cùng của thế

kỉ 20 được trao cho Gerhardus 't Hooft và Martinus J G Veltman Họ đã tìm ra cách để táichuẩn hóa lý thuyết “điện-yếu” (electro-weak), và loại bỏ các điểm kì dị trong các tính toánlượng tử (giống như DDHLT đã giải quyết bài toán với tương tác Coulomb) Công trình của

họ cho phép tính toán chi tiết đóng góp của tương tác yếu vào tương tác của các hạt nóichung, chứng minh tính hiệu quả của các lý thuyết dựa trên bất biến chuẩn cho tất cả các

Phần trước “Từ vật lý cổ điến đến vật lý lượng tử” đã đưa chúng ta đi từ các hiện tượng củathế 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 chochúng ta hiểu biết sâu sắc hơn thế giới hạ nguyên tử (subatomic) và các thành phần nhỏ bé

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 củanhững cấu trúc lớn hơn của vũ trụ - thế giới vĩ mô Tại thời điểm hiện tại, vật lý, vật lý thiênvăn và vũ trụ học liên hệ với nhau rất chặt chẽ, dưới đây sẽ trình bày một vài ví dụ.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 lầnđầu tiên vào năm 1905 (special theory of relativity) với phương trình cho biết mối liên hệgiữa khối lượng và năng lượng E=mc2 Và vào thập kỉ tiếp theo, ông tiếp tục đưa ra lýthuyết tương đối rộng (general theory of relativity) liên hệ lực hấp dẫn với cấu trúc củakhông gian và thời gian Tất cả các tính toán khối lượng hiệu dụng của các hạt năng lượngcao, 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 đốirộng là cơ sở cho các tính toán chuyển động trên thang vĩ mô của vũ trụ, kể cả giả thiết vềtính chất của hố đen Eistein nhận giải Nobel vào năm 1922 lại do công trình về hiệu ứngquang điện thể hiện bản chất hạt của ánh sáng (*Có lẽ ủy ban trao giải thưởng đã quá thậntrọng khi không trao giải Nobel cho ông về lý thuyết tương đối Họ sợ rằng, một lý thuyếtquan trọng như vậy, nếu sai có thể để lại một hậu quả rất lớn, chính vì thế Eistein được traogiải vì hiệu ứng quang điện, một vấn đề kém quan trọng hơn nhiều so với thuyết tương đối -ND*)

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 vàgamma trong khoảng thời gian rất dài mà một vài người trong số họ đã quan sát được? hạtanpha 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 vậtlý) đã có câu trả lời từ lý thuyết biến tố (transmutation theory) của Rutherford và FrederickSoddy (Nobel hóa học 1921) Họ đã theo dõi rất chi tiết một chuỗi các phân rã phóng xạkhác nhau và so sánh năng lượng phát ra với sự thay đổi về khối lượng của hạt nhân mẹ vàhạt nhân con Họ tìm thấy rằng hạt nhân thuộc một nguyên tố hóa học có thể có các khốilượng khác nhau gọi là các “đồng vị” (isotope) Một giải Nobel cũng được trao vào năm 1922cho Francis W Aston về việc tách phổ-khối lượng (mass-spectroscopic) của một số lớn cácđồng vị của các nguyên tố không phóng xạ Cùng lúc đó Marie Curie cũng nhận giải Nobellần thứ hai (lần này về hóa học) về phát hiện ra các nguyên tố hóa học radium và polonium.Khối lượng của các đồng vị đều là một số nguyên lần khối lượng của proton, proton doRutherford 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 hóahọc chỉ có một giá trị tổng điện tích hạt nhân Thông thường các proton chỉ chiếm khôngđến một nửa khối lượng hạt nhân, điều đó có nghĩa là một số thành phần không mang điệncũng 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 giảiNoebel vật lý năm 1935

Ngay sau phát hiện của Chadwick, Enrico Fermi và một số người khác cũng bắt tay vàonghiên cứu neutron như là một phương pháp để tạo ra các phản ứng hạt nhân mà có thểgây 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 làmchậm 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 giảiNobel vật lý năm 1938.

Một nhánh của vật lý gọi là “vật lý hạt nhân” đã được hình thành dựa trên giả thiết hạt nhânđược tạo thành từ các proton và neutron và một vài thành tựu quan trọng đã được ghi nhậnbằng các giải Nobel Ernest O Lawrence, người nhận giải Nobel vật lý năm 1939 đã xâymáy gia tốc đầu tiên trong đó các hạt được gia tốc dần dần bằng việc gia tăng năng lượngcho hạt sau mỗi vòng quay trong từ trường Bằng các máy gia tốc này ông có thể gia tốccác 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 đãgia tốc các hạt bằng việc tác động trực tiếp một điện thế rất cao và các ông cũng được traogiải vào năm 1951 cho công trình nghiên cứu về biến tố (*nguyên tố mẹ biến đổi thànhnguyên tố con thông qua phóng xạ*)

Otto Stern nhận giải Nobel vật lý năm 1943 cho các phương pháp thực nghiệm của ông đểnghiên 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 kĩthuật cộng hưởng tần số radio, và do đó, ông nhận giải Nobel vật lý năm 1944 Các tínhchất từ của hạt nhân cung cấp các thông tin quan trọng để hiểu chi tiết proton và neutrontạo nên hạt nhân như thế nào Sau đó, vào nửa cuối của thế kỉ một vài nhà vật lý lý thuyếtđược 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 vàonăm 1975 Chúng ta sẽ trở lại những công trình này trong phần “Từ đơn giản đến phức tạp”.Ngay từ năm 1912 Victor F Hess (giải Nobel năm 1936 cùng với Carl D Anderson) thấyrằng các bức xạ có khả năng đi sâu vào vật chất có thể đến với chúng ta từ khoảng khôngngoài vũ trụ “Bức xạ vũ trụ” này được ghi nhận bằng các buồng ion hóa và sau này làbuồng mây (cloud chamber) Wilson (người được nhắc đến ở phần trước) Các tính chất củacác hạt có thể phỏng đoán từ các vạch cong của các hạt để lại trong buồng ion hóa dưới tácdụng 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-phảnđiện 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 cácphát minh mà công đã thực hiện đển làm việc đó

Mặc dù sau này, các máy gia tốc được phát triển nhiều, bức xạ vũ trụ vẫn là nguồn các hạtnăng lượng cao chủ yếu trong vài thập kỉ (và hạt từ bức xạ vũ trụ có năng lượng lớn hơnnăng lượng của các hạt tạo ra từ các máy gia tốc lớn nhất trên trái đất, mặc dù cường độcủa bức xạ vũ trụ rất nhỏ) và nó đã cung cấp những hình ảnh ban đầu của một thế giới hạhạt nhân mà lúc bấy giờ con người hoàn toàn chưa biết Một loại hạt mới gọi là meson đượcphát 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 cónhiều hơn một loại hạt như vậy tồn tại Một trong số đó có tên là “meson pi” phân rã thànhmột hạt khác gọi là “meson muy” Powell nhận giải Nobel vật lý năm 1950.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 thểđược truyền bằng các hạt trao đổi (*có hai loại hạt: hạt thực có spin bán nguyên và hạttruyền tương tác hay còn gọi là hạt trao đổi, hạt có spin nguyên, ví dụ hạt gravion là hạttruyền tương tác hấp dẫn – ND*), giống như lực điện từ được giả thiết được truyền thôngqua trao đổi các quang tử ảo trong lý thuyết trường lượng tử Yukawa cho rằng một hạt nhưvậy phải có khối lượng khoảng 200 lần khối lượng của điện tử để giải thích tầm tác dụngngắn của lực tương tác mạnh mà thực nghiệm tìm ra Hạt meson pi mà Powell tìm ra có cáctính chất phù hợp để có thể là “hạt Yukawa” Ngược lại, hạt meson muy lại có các tính chấthoàn toàn khác (và tên của nó sau này được đổi thành “muon”) Yukawa nhận giải thưởngNobel vật lý năm 1949 Mặc dù các nghiên cứu sau này chỉ ra rằng cơ chế của lực tương tácmạnh phức tạp hơn bức tranh của Yukawa rất nhiều nhưng ông vẫn được coi là người tiênphong trong nhiên cứu các hạt truyền tương tác mạnh.

Hết phần 4

Hồi âm: Các nhà bác học Vật lý

« Trả lời #5 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:49:16 PM »

Có thêm các hạt mới được phát hiện vào những năm 1950, từ bức xạ vũ trụ cũngnhư từ các va chạm của các hạt được gia tốc Vào cuối những năm 50, các máy gia tốc cóthể đạt năng lượng vài tỉ eV (electron-volt), tức là các cặp hạt với khối lượng bằng khốilượng của proton có thể được tạo ra từ chuyển đổi năng lượng-khối lượng Phương pháp nàyđược nhóm nghiên cứu của Owen Chamberlain và Emilio Segrè sử dụng khi lần đầu tiên họ

đã xác định và nghiên cứu phản proton vào năm 1955 (họ chia nhau giải Nobel năm 1959).Các máy gia tốc năng lượng cao cũng cho phép cũng cho phép nghiên cứu cấu trúc củaproton và neutron chi tiết hơn trước đó rất nhiều và Robert Hofstadter có thể phân biệt chitiết cấu trúc điện từ của các nucleon nhờ quan sát tán xạ của chúng lên các điện tử nănglượng cao Ông nhận nửa giải Nobel vật lý năm 1961.Hạt này kế tiếp hạt kia, các hạt mesonmới và các phản hạt tương ứng của chúng đã xuất hiện nhờ các vết trên các phim chụp hoặccác máy thu hạt tích điện Sự tồn tại của hạt neutrino tiên đoán từ lý thuyết của Pauli vàonhững năm 30 cũng đã được ghi nhận Các bằng chứng trực tiếp thực nghiệm đầu tiên vềhạt neutrino được C L Cowan và Frederick Reines cung cấp vào năm 1957 nhưng mãi đếnnăm 1995, công trình đó mới được trao một nửa giải Nobel (lúc đó Cowan đã chết, ông chếtnăm 1984) Neutrino cũng có mặt trong các quá trình liên quan đến tương tác “yếu” (như làphân rã của hạt betha và hạt meson pi thành hạt muon) và khi cường độc chùm hạt tănglên, các máy gia tốc có thể tạo ra các chùm neutrino thứ cấp Leon M Lederman, MelvinSchwartz và Jack Steinberger đã phát triển phương pháp này vào những năm 60 và chứngminh rằng hạt neutrino đi kèm trong phân rã meson pi thành muon không đồng nhất với cácneutrino liên quan đến các điện tử trong phân rã hạt betha, chúng là hai hạt riêng biệt gọi là

Bây giờ, các nhà vật lý có thể bắt đầu phân biệt một số thứ tự trong các hạt: hạt điện tử(e), hạt muon (muy), neutrino điện tử (nuy e), neutrino muon (nuy muy) và các phản hạtcủa chúng đã được tìm thấy và chúng thuộc cùng một lớp gọi là “lepton” Các hạt trênkhông tương tác bởi lực tương tác mạnh, ngược lại, các hạt proton, neutron, meson vàhyperon (tập hợp các hạt có khối lượng lớn hơn khối lượng của proton) lại được xác định bởi

lực tương tác mạnh Các hạt lepton được mở rộng khi Martin L Perl và nhóm nghiên cứu củaông đã phát hiện ra hạt lepton “tau” có khối lượng lớn hơn điện tử và muon Perl chia giải

Tất cả các lepton vẫn được coi là các hạt cơ bản, tức là chúng giống như các điểm và không

có cấu trúc nội, nhưng đối với proton,… thì lại không phải vậy Murray Gell-Mann và nhữngngười khác cố gắng phân loại các hạt tương tác rất mạnh (gọi là các “hardron”) thành cácnhóm có các liên hệ và kiểu tương tác giống nhau Gell-Mann nhận giải Nobel năm 1969 Hệthống của ông dựa trên giả thiết rằng tất cả các hạt đều được tạo thành từ các hạt nguyên

tố gọi là các hạt “quark” Bằng chứng thực về việc các nucleon được tạo thành từ các hạtgiống như quark đến từ công trình của Jerome I Friedman, Henry W Kendall và Richard E.Taylor Họ “nhìn thấy” các hạt cứng bên trong các lepton khi nghiên cứu tán xạ không đànhồi của các điện tử (các điện tử có năng lượng lớn hơn năng lượng mà Hofstadter có thểdùng trước đó) lên các lepton Do đó, họ cùng nhau chia giải Nobel năm 1990.Người ta hiểu rằng tất cả các hạt tương tác mạnh đều được tạo thành từ các quark Vàogiữa những năm 70, một hạt có thời gian sống rất ngắn được phát hiện một cách độc lập bởinhóm của Burton Richter và Samuel C C Ting Đó là một loại hạt quark chưa được biết vàolúc đó và được đặt tên là “đẹp” (charm) Hạt quark này không có mối liên hệ nào đến hệthống các hạt cơ bản và Burton và Ting chia nhau giải Nobel năm 1976 Mô hình chuẩntrong vật lý hạt phân chia các hạt thành 3 họ, họ thứ nhất gồm: 2 quark (và các phảnquark) và hai lepton, trong mỗi lepton đều có các quark “thuận” (up) và “nghịch” (down),điện tử và neutrino điện tử; họ thứ hai gồm: quark “lạ” (strange) và quark “đẹp”, muon vàneutrino muon; họ thứ ba gồm: quark thuận, quark ngược, tau và tau neutrino Các hạttruyền tương tác trong tương tác điện yếu là các quang tử, hạt Z và hạt boson W và trong

Năm 1983, Carlo Rubbia và nhóm nghiên cứu của ông đã chứng minh sự tồn tại của các hạt

W và Z bằng buồng va chạm proton-phản proton với năng lượng đủ cao để tạo ra các hạtrất nặng đó Rubbia chia giải năm 1984 với Simon van der Meer, người có những phát minhquan trọng trong việc xây dựng buồng va chạm đó Họ cũng suy đoán rằng có các hạt khác

có thể được tạo ra tại các năng lượng cao hơn năng lượng của các máy gia tốc hiện thời,nhưng đến giờ không có bằng chứng thực nghiệm nào về điều đó

Vũ trụ học là một ngành khoa học nghiên cứu về cấu trúc và tiến hóa của vũ trụ chúng ta

và các đối tượng trên nấc thang vĩ mô trong đó Các mô hình được xây dụng trên các tínhchất của các hạt cơ bản đã biết và các tương tác của chúng cũng như tính chất của không-thời gian và hấp dẫn Mô hình vụ nổ lớn mô tả một kịch bản có thể cho sự tiến hóa của vũtrụ tại những thời điểm đầu tiên Một trong những tiên đoán của mô hình đó là sự tồn tạicủa nền bức xạ vũ trụ mà đã được Arno A Penzias và Robert W Wilson tìm ra vào năm

1960 Họ cùng nhận giải Nobel vật lý năm 1978 Bức xạ này là tàn dư của các quá trình vachạm được giả thiết xuất hiện vào các giai đoạn rất sớm sau vụ nổ lớn Nhiệt độ cân bằngtại thời kì hiện tại của vũ trụ là 3 độ Kenvin Nhiệt đó đó gần như đồng nhất theo tất cả cáchướng quan sát khác nhau; các sai khác nhỏ khỏi giá trị đồng nhất đang được nghiên cứu

và sẽ nói cho chúng ta biết nhiều hơn về lịch sử sớm nhất của vũ trụ của chúng ta.Khoảng không vũ trụ được ví như một đấu trường lớn cho các hạt tương tác với nhau vì ở đócác điều kiện đặc biệt (mà không thể tạo ra trong một phòng thí nghiệm trên trái đất) cóthể được tạo ra một cách tự phát Các hạt có thể được gia tốc tới các năng lượng cao hơnbất kì máy gia tốc nào trên trái đất, các phản ứng hạt nhân xảy ra bên trong các ngôi sao,

và lực hấp dẫn có thể nén các hạt đến mật độ cực cao Hans A Bethe lần đầu tiên mô tả

chu kì Hydro và các-bon trong đó năng lượng được giải phóng trong các ngôi sao bởi sự kếthợp của proton thành hạt nhân Hê-li Vì đóng góp này, ông nhận giải Nobel vật lý vào năm1967.

Subramanyan Chandrasekhar đã tính toán lý thuyết quá trình tiến hóa của các ngôi sao, đặcbiệt là các ngôi sao sẽ kết thúc cuộc đời của mình ở một trạng thái gọi là “sao lùn trắng”(white dwarf) Dưới một số điều kiện đặc biệt, sản phẩm cuối cùng có thể là “sao neutron”,một vật thể cực đặc trong đó tất cả các proton biến thành neutron Trong các vụ nổ siêu sao(supernova), các nguyên tố nặng được tạo ra trong quá trình tiến hóa của các sao sẽ bayvào trong khoảng không vũ trụ William A Fowler đã làm sáng tỏ rất chi tiết cả về mặt lýthuyết và thực nghiệm (sử dụng các máy gia tốc) các phản ứng hạt nhân quan trọng nhấttrong các ngôi sao và sự hình thành các nguyên tố nặng Fowler và Chandrasekhar cùng

Ánh sáng nhìn thấy và bức xạ vũ trụ không phải là các sóng điện từ duy nhất mà có thể đếnvới chúng ta từ khoảng không vũ trụ Tại các bước sóng dài hơn, thiên văn vô tuyến cungcấp các thông tin về các vật thể vũ trụ mà chúng ta không thể quan sát được bằng phổquang học Ngài Martin Ryle đã phát triển một phương pháp trong đó các tín hiệu từ vàikính thiên văn đặt cách xa nhau có thể kết hợp với nhau để làm tăng độ phân giải của bản

đồ nguồn sóng radio từ bầu trời Antony Hewish và nhóm nghiên cứu của ông đã thực hiệnmột phát minh rất ngẫu nhiên vào năm 1964 khi sử dụng kính thiên văn của Ryle: các vậtthể không xác định gọi là pulsar phát ra các xung tần số sóng radio với tốc độ lặp lại rất xácđịnh Những vật thể này ngay sau đó được xác định là các sao neutron, hoạt động như cácngọn hải đăng quay rất nhanh phát ra sóng radio bởi vì chúng là những cục nam châm rấtmạnh Ryle và Hewish chia giải Nobel vật lý năm 1974.Năm 1974 cuộc tìm kiếm pulsar là đối tượng chính của các nhà thiên văn vô tuyến, nhưngmột bất ngờ khác đã đến vào mùa hè năm đó khi Russell A Hulse và Joseph H Taylor, Jr

đã chú ý đến sự điều biến chu kì của tần số các xung của một pulsar mới được phát hiện gọi

là PSR 1913+16 Đó chính là pulsar đôi đầu tiên được ghi nhận, nó được đặt tên như vậy bởi

vì sao neutron phát ra sóng radio là một thành phần trong một hệ sao đôi có kích thước gầnbằng nhau Các quan sát trên 20 năm về hệ sao này cho thấy bằng chứng của sóng hấpdẫn Sự suy giảm của tần số quay rất phù hợp với các tính toán dựa trên lý thuyết củaEinstein về mất mát năng lượng gây ra do phát ra sóng hấp dẫn Hulse và Taylor chia nhaugiải Nobel vật lý vào năm 1993 Tuy vậy việc thu trực tiếp sóng hấp dẫn trên trái đất vẫn

| learning to fly |

Hồi âm: Các nhà bác học Vật lý

« Trả lời #6 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:50:23 PM »

Từ đơn giản đến phức tạpNếu tất cả các tính chất của các hạt cơ bản cũng như cáclực 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 kiếmcác mô tả lý thuyết tương tác giữa chúng (ở tầm vĩ mô cũng như vi mô) đã được khuyếnkhích một phần bởi một học thuyết giản hóa luận (reductionistic) Tất cả các nhà khoa họckhông cho rằng có tồn tại một phương pháp tổng hợp ngay cả về mặt nguyên lý Nhưngthậm chí nếu nó đúng thì các tính toán tính chất của hệ phức cũng nhanh chóng trở thànhbất khả thi khi số hạt và tương tác trong hệ tăng lên Do đó người ta mô tả hệ nhiều hạtphức bằng các mô hình đơn giản hóa, trong đó, chỉ các đặc điểm quan trọng nhất của cácthành phần các hạt và tương tác được dùng như là các điểm khởi đầu Người ta thườngxuyên thấy rằng các hệ phức thể hiện các đặc điểm được gọi là các “tính chất chung” màkhông thể đoán được từ các tương tác cơ bản giữa các thành phần của chúng

Các hệ phức đầu tiên từ quan điểm của các nhà giản hóa luận là thành phần cấu thành hạtnhân, tức là các neutron và proton được tạo thành từ các quark và gluon Hệ thứ hai là cáchạt 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 Mayer và Johannes D Jensen đưa ra vào cuối những năm 40, họ nhận thấy rằng ít nhất đốivới các hạt nhân với hình gần như hình cầu thì các nucleon bên ngoài cùng cũng lấp đầy cácmức năng lượng giống như các điện tử trong nguyên tử Tuy vậy, trật tự của các nucleon lạikhác với các điện tử và được xác định bởi một thế năng chung và bởi sự kết cặp spin-quĩđạo rất mạnh của các lực hạt nhân Mô hình của họ giải thích tại sao hạt nhân lại đặc biệt

Goeppert-ổn định với một số xác định (magic number – con số kì diệu) các proton Họ chia nhau giảiNobel vật lý năm 1963 cùng với Eugene Wigner, người đã công thức hóa các nguyên lý đốixứng cơ bản rất quan trọng trong vật lý hạt nhân và vật lý hạt.Hạt nhân có số nucleon khác với con số kì diệu thì lại không phải là hình cầu Niels Bohr đãtừng nghiên cứu mô hình giọt chất lỏng áp dụng cho các hạt nhân bị biến dạng như vậy (cóthể có dạng hình e-líp), và vào năm 1939 người ta thấy rằng nếu kích thích các hạt nhân bịbiến dạng mạnh có thể dẫn đến sự phân chia hạt nhân, tức là hạt nhân bị phá vỡ thành haimảnh 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 độngtập thể của các hạt nhân James Rainwater, Aage Bohr (con trai của Niels Bohr) và BenMottelson đã phát triển các mô hình mô tả các kích thích hạt nhân và họ cùng nhận giải

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 traogiải Nobel về hóa học vào năm 1934 Fermi, Lawrence, Cockcroft, và Walton đã được nhắcđến 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 rộngbảng 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 hợpcho phép những người nghiên cứu quang phổ có thể lựa chọn các chuỗi bức xạ hạt nhân cóliên quan từ phân rã hạt nhân Phương pháp này lại hóa ra rất quan trọng, đặc biệt là trongnghiên cứu các trạng thái kích thích của hạt nhân và tính chất điện từ của chúng

Khi xem xét các hệ nhiều hạt, việc nghiên cứu các lớp điện tử của các nguyên tử dễ hơn củahạt nhân (hạt nhân thực ra không chỉ bao gồm các proton và neutron mà còn nhiều thànhphần 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 họclượng 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 bàitoán có từ lâu vẫn chưa được giải quyết, tức là các vấn đề toán học liên quan đến các tươngtác lẫn nhau giữa các điện tử sau khi tính đến lực hút của các hạt nhân mang điện tíchdương Một khía cạnh của vấn đề này đã được đế cập bởi một trong những người đạt giảiNobel hóa học mới đây (1998), đó là Walter Kohn Ông đã phát triển phương pháp “hàmmật độ” (density functional method) có thể áp dụng vào các nguyên tử tự do cũng như ápdụng cho các điện tử trong các phân tử và trong chất rắn.Vào đầu thế kỉ 20, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học vẫn chưa hoàn thiện Lịch sử banđầu 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 cácmẫu ô-xi và ni-tơ được tách trực tiếp từ không khí quanh ta với mẫu được tách từ các thànhphần hóa học Ông kết luận rằng khí quyển phải có chứa thành phần chưa biết, đó lànguyên tố argon có khối lượng nguyên tử là 20 Ông nhận giải Nobel vật lý năm 1904, cùngnăm với ngài William Ramsay nhận giải Nobel hóa học vì đã tách được nguyên tố Hê-li.Trong nửa cuối của thế kỉ 20, đã có một sự phát triển vượt bậc về phổ và độ chính xácnguyên 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 tửtrong các nguyên tử có thể được đặt vào các trạng thái kích thích lọc lựa bằng cách sử dụngánh sáng phân cực Sau phân rã phóng xạ, ánh sáng phân cực cũng có thể làm cho spin củacác nguyên tử ở trạng thái cơ bản định hướng Cảm ứng dịch chuyển tần số radio đã mở racác khả năng đo các tính chất của các trạng thái bị lượng tử hóa của các điện tử trongnguyên tử một cách chính xác hơn trước rất nhiều Một hướng phát triển song song đã dẫnđến việc phát hiện ra maser và laser dựa trên “khuyếch đại phát xạ kích thích sóng vôtuyến” (amplification of stimulated emission of radiation) trong các trường điện từ ở vùng visóng và khả kiến (ánh sáng) – các hiệu ứng mà về mặt nguyên lý đã được tiên đoán từ cácphương trình của Einstein vào năm 1917 nhưng đã không được quan tâm đặc biệt cho đến

Charles H Townes đã phát triển maser đầu tiên vào năm 1958 Nikolay G Basov vàAleksandr 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 visóng 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 kĩthuật, 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.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 côngtrình nghiên cứu về phổ laser chính xác của các nguyên tử và phân tử Một nửa giải củanăm đó được trao cho Kai M Siegbahn (con trai của Manne Siegbahn), người đã phát triểnmột phương pháp có độ chính xác cao để xác định phổ nguyên tử và phân tử dựa vào cácđiện tử phát ra từ các lớp điện tử bên trong khi bị tác động của chùm tia X có năng lượngxác định Phổ điện tử của ông được sử dụng làm công cụ phân tích trong rất nhiều ngành

Sự tác động có điều khiển giữa các điện tử của nguyên tử và các trường điện từ tiếp tụccung cấp những thông tin chi tiết hơn về cấu trúc của các trạng thái của điện tử trongnguyên tử Norman F Ramsey đã phát triển các phương pháp chính xác dựa trên sự hưởngứng của các điện tử tự do trong chùm nguyên tử với trường điện từ tần số radio, WolfgangPaul đã phát minh ra các “bẫy” nguyên tử tạo thành từ các điện trường và từ trường tácđộng lên toàn bộ thể tích mẫu Nhóm nghiên cứu của Hans G Dehmelt là những người đầutiên cách li được các hạt riêng lẻ (trong trường hợp này là các phản điện tử) cũng như là cácnguyên tử riêng lẻ trong các bẫy như vậy Lần đầu tiên, các nhà thực nghiệm có “thể giaotiếp” được với các nguyên tử riêng biệt bằng các tín hiệu vi sóng và laser Điều này chophép nghiên cứu các khía cạnh mới của tính chất cơ học lượng tử và làm tăng độ chính xáchơn nữa trong việc xác định tính chất nguyên tử và chuẩn hóa thời gian Paul và Dehmeltnhận một nửa giải Nobel năm 1989 và một nửa giải còn lại được trao cho Ramsey.Bước cuối cùng trong tiến bộ này là làm cho các nguyên tử trong các bẫy như vậy chuyểnđộng chậm đến mức, ở trạng thái cân bằng nhiệt trong môi trường khí, chúng có thể tươngứng với nhiệt độ chỉ vài micro Kenvin Điều đó được thực hiện bằng cách cho chúng vào đểlàm nguội bằng laser thông qua một tập hợp các hệ thống được thiết kế rất thông minh doSteven Chu, Claude Cohen-Tannoudji và William D Phillips thực hiện khi nhóm này nghiêncứu thao tác lên các nguyên tử thông qua quá trình va chạm với các quang tử laser Côngtrình của họ được nhìn nhận bằng giải Nobel năm 1997, hứa hẹn những ứng dụng quantrọng trong kĩ thuật đo lường bổ sung thêm tính chính xác trong việc xác định định lượng

Hình3:(từ trái) Kohn(1923-), Kastler(1902-1984), Townes(1915-?), và Raman(1888-1970)

Hết phần 6

Logged

« Trả lời #7 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:51:19 PM »

Phân tử và plasmaCác phân tử tạo thành từ các nguyên tử Chúng tạo ra mức phức

tạp tiếp theo khi nghiên cứu các hệ nhiều hạt Nhưng các nghiên cứu phân tử thường đượccoi như một nhánh của hóa học (ví dụ như giải Nobel hóa học năm 1936 được trao choPetrus J W Debye), và hiếm khi được trao giải Nobel về vật lý Chỉ có một ngoại lệ đó làcông trình của Johannes Diderik van der Waals, ông đã đưa ra các phương trình trạng tháicủa các phân tử cho chất khí khi tính đến tương tác lẫn nhau giữa các phân tử và sự giảmthể tích tự do gây ra bởi kích thước hữu hạn của chúng Các phương trình van der Waals lànhững điểm rất quan trọng trong việc mô tả quá trình ngưng tụ của các chất khí thành chấtlỏng Ông nhận giải Nobel vật lý năm 1910 Jean B Perrin nghiên cứu chuyển động của cáchạt nhỏ lơ lửng trong nước và nhận giải Nobel năm 1926 Nghiên cứu của ông cho phépkhẳng định lý thuyết thống kê của Einstein về chuyển động Brown cũng như các định luậtđiều khiển quá trình cân bằng của các hạt lơ lửng trong chất lỏng khi chịu tác dụng của

Năm 1930, ngài Sir C Venkata Raman nhận giải Nobel vật lý cho các quan sát của ôngchứng tỏ rằng ánh sáng tán xạ từ các phân tử bao gồm các thành phần có tần số bị dịchchuyển tương ứng với ánh sáng đơn sắc Sự dịch chuyển này gây bởi sự tăng hoặc giảmnăng lượng đặc trưng của phân tử khi chúng thay đổi chuyển động quay hoặc dao động PhổRaman nhanh chóng trơ thành nguồn thông tin quan trọng cung về cấu trúc và động học

Plasma là trạng thái khí của vật chất trong đó các nguyên tử hoặc phân tử bị ion hóa rấtmạnh Lực điện từ giữa các ion dương và giữa các ion và điện tử đóng một vai trò nổi trộiđiều này làm tăng tính phức tạp khi nghiên cứu plasma so với nguyên tử hoặc phân tử trungtính Năm 1940, Hannes Alfvén đã chứng minh rằng một loại chuyển động tập thể mới, gọi

là “sóng từ-thủy động lực học” (magneto-hydrodynamical wave) có thể được sinh ra trongcác hệ plasma Các sóng này đóng một vai tròn quan trọng việc xác định tính chất củaplasma, trong phòng thí nghiệm cũng như trong khí quyển trái đất và trong vũ trụ Alfvén

Vật lý chất rắn

Các tinh thể được đặc trưng bởi sự xắp xếp đều đặn của các nguyên tử Sau khi phát hiện ratia X không lâu, Max von Laue nhận thấy rằng, các tia X bị tán xạ khi đi qua các tinh thểchất rắn giống như ánh sáng đi qua một cách tử quang học (optical grating) Có hiện tượngnày là do bước sóng của tia X thông thường trùng với khoảng cách giữa các nguyên tử trongchất rắn Ngài William Henry Bragg (cha) and William Lawrence Bragg (con) lần đầu tiêndùng tia X để đo khoảng cách giữa các nguyên tử và phân tích sự sắp xếp hình học của cácnguyên tử trong các tinh thể đơn giản Vì các công trình tiên phong trong việc nghiên cứutinh thể học bằng tia X (mà sau này được phát triển đến trình độ rất cao), họ được trao giảiNobel vật lý, Laue năm 1914 và cha con Bragg năm 1915.Cấu trúc của tinh thể là trạng thái ổn định nhất trong nhiều trạng thái rắn mà nguyên tử cóthể được xắp xếp tại nhiệt độ và áp suất thông thường Vào những năm 30, Percy W.Bridgman đã phát minh ra các dụng cụ mà nhờ đó có thể nghiên cứu sự thay đổi cấu trúctinh thể, tính chất điện, từ, nhiệt của chất rắn dưới áp suất cao Rất nhiều tinh thể thể hiệncác chuyển pha dưới các điều kiện đặc biệt như vậy Sự sắp xếp hình học của các nguyên tử

bị thay đổi đột ngột tại áp suất nhất định Bridgman nhận giải Nobel vật lý năm 1946 chocác phát minh trong lĩnh vực vật lý áp suất cao.Vào những năm 40, nhờ sự phát triển của các máy phản ứng phân rã hạt nhân, các nhàthực nghiệm có thể thu được các neutron năng lượng thấp Người ta cũng thấy rằng, giốngnhư tia X, các neutron cũng rất hiệu quả trong việc xác định cấu trúc tinh thể bởi vì bướcsóng de Broglie của hạt nhân cũng cỡ khoảng cách giữa các nguyên tử trong chất rắn.Clifford G Shull đã có nhiều đóng góp cho sự phát triển kĩ thuật nhiễu xạ neutron trong việcxác định cấu trúc tinh thể, và cũng cho biết rằng, sự sắp xếp của các mô men từ nguyên tửtrong các vật liệu có trật tự từ có thể làm tăng nhiễu xạ neutron, cung cấp một công cụ rất

Shull nhận giải Nobel vật lý năm 1994 cùng với Bertram N Brockhouse, chuyên gia về mộtkhía cạnh khác của tán xạ neutron trên chất rắn: khi các neutron kích thích kiểu dao độngphonon trong tinh thể gây ra suy giảm năng lượng Do đó, Brockhouse đã phát triển máyphổ neutron 3 chiều, nhờ đó có thể thu được toàn vẹn các đường cong tán sắc (năng lượngcủa phonon là một hàm của véc-tơ sóng) Các đường cong tương tự có thể thu được đổi với

John H Van Vleck có đóng góp đặc biệt cho lý thuyết từ học trong chất rắn vào những nămsau khi ra đời cơ học lượng tử Ông đã tính toán các ảnh hưởng của liên kết hóa học lên cácnguyên tử thuận từ và giải thích sự phụ thuộc vào nhiệt độ và từ trường ngoài của tính chất

từ Đặc biệt ông đã phát triển lý thuyết trường tinh thể của các hợp chất của các kim loạichuyển tiếp, đó là điều vô cùng quan trọng trong việc tìm hiểu các tâm hoạt động trong cáchợp chất dùng cho vật lý laser cũng như sinh học phân tử Ông cùng nhận giải Nobel vật lývới Philip W Anderson và ngài Nevill F Mott (xem dưới đây).Các nguyên tử từ tính có thể có các mô men từ sắp xếp theo cùng một phương trong mộtthể tích nhất định (vật liệu như vậy được gọi là vật liệu sắt từ), hoặc các mô men có cùng

độ lớn nhưng lại sắp xếp đan xen “thuận” rồi đến “nghịch” (vật liệu phản sắt từ), hoặc sắpxếp đan xen nhưng độ lớn lại khác nhau (vật liệu ferri từ,…) Louis E F Néel đã đưa ra các

mô hình cơ bản mô tả các vật liệu phản sắt từ và ferri từ, đó là các thành phần quan trọngtrong nhiều dụng cụ chất rắn Các vật liệu đó được nghiên cứu rất nhiều bằng kĩ thuật nhiễu

xạ neutron đã nói trên đây Néel nhận một nửa giải Nobel vật lý năm 1970.Trật tự của các nguyên tử trong tinh thể chất rắn cũng như rất nhiều loại trật tự từ khác

nhau là những ví dụ của các hiện tượng trật tự nói chung trong tự nhiên khi các hệ sắp xếpsao cho có lợi về mặt năng lượng bằng cách chọn những trạng thái đối xứng nhất định Cáchiện tượng tới hạn, là các hiện tượng mà tính đối xứng sắp bị thay đổi (ví dụ khi nhiệt độthay đổi chẳng hạn), có tính phổ quát cao cho các loại chuyển pha khác nhau, mà trong đóbao gồm cả chuyển pha từ Kenneth G Wilson, người nhận giải Nobel vật lý năm 1982, đãphát triển một lý thuyết gọi là lý thuyết tái chuẩn hóa (renormalization theory) cho các hiệntượng tới hạn liên hệ với các chuyển pha, một lý thuyết còn được ứng dụng trong lý thuyết

Các tinh thể lỏng tạo ra một lớp vật liệu đặc biệt có rất nhiều đặc tính lý thú, trên cả quanđiểm tương tác cơ bản trong chất rắn cũng như các ứng dụng kĩ thuật Pierre-Gilles deGennes đã phát triển lý thuyết cho tinh thể lỏng và sự chuyển giữa các pha có độ trật tựkhác nhau Ông cũng sử dụng cơ học thống kê để mô tả sự sắp xếp và động lực học của cácchuỗi polymer, và bằng cách đó cho thấy rằng, các phương pháp được phát triển cho cáchiện tượng trật tự trong các hệ đơn giản có thể được khái quát hóa cho các hệ phức tạp cómặt trong “chất rắn mềm” Vì đóng góp đó, ông nhận giải Nobel vật lý năm 1991.Một dạng chất lỏng đặc biệt đã được quan tâm nghiên cứu đó là chất lỏng hê-li Tại áp suấtthông thường, hê-li là chất hóa lỏng ở nhiệt độ thấp nhất Hê-li cũng có hiệu ứng đồng vịmạnh nhất, từ hê-li (4) hóa rắn ở nhiệt độ 4.2 độ Kenvin, cho đến hê-li (3) hóa rắn ở nhiệt

độ 3.2 độ Kenvin Heike Kamerlingh-Onnes là người đầu tiên hóa lỏng hê-li vào năm 1909.Ông nhận giải Nobel vật lý năm 1913 cho các kết quả của hê-li lỏng và cho các nghiên cứucủa ông về tính chất của vật chất tại nhiệt độ thấp Lev D Landau đã đưa ra các khái niệm

cơ bản (ví dụ như chất lỏng Landau) liên quan đến các hệ nhiều hạt trong chất rắn và ápdụng các khái niệm đó vào lý thuyết hê-li lỏng để giải thích các hiện tượng đặc biệt của hê-li(4) như là hiện tượng siêu chảy (xem dưới đây), kích thích “roton”, và các hiện tượng âm

Vào những năm 20 và 30, Pyotr L Kapitsa đã phát triển một số kĩ thuật thực nghiệm

để thực hiện và nghiên cứu các hiện tượng ở nhiệt độ thấp Ông nghiên cứu nhiều khía cạnhcủa hê-li (4) lỏng và cho thấy rằng hê-li lỏng có tính siêu chảy (tức là chảy không có masát) khi nhiệt độ thấp hơn 2.2 độ Kenvin Sau này hiện tượng siêu chảy được hiểu là sự thểhiện của mối liên hệ lượng tử giữa hiện tượng ngưng tụ Bose-Einstein (được tiên đoán bằng

lý thuyết vào năm 1920) và nhiều tính chất giống như trạng thái siêu dẫn của điện tử trongmột số chất dẫn điện đặc biệt Kapitsa được trao một nửa giải Nobel vật lý năm 1978.Hê-li(3) thì lại thể hiện các hiện tượng đặc biệt, vì mỗi hạt nhân hê-li có spin khác không chứkhông giống như hê-li (4) Do đó, nó giống như là các hạt fermion và không bị ngưng tụBose-Einstein như các hạt boson Tuy vậy, giống như các vật liệu siêu dẫn (xem dưới đây),các cặp hạt có spin bán nguyên có thể tạo thành các hạt “giả boson” và có thể bị ngưng tụgây nên trạng thái siêu chảy Hiện tượng siêu chảy của hê-li (3) xảy ra tại nhiệt độ thấp hơncủa hê-li (4) hàng ngàn lần và đã được David M Lee, Douglas D Osheroff và Robert C.Richardson phát hiện ra, họ nhận giải Nobel vật lý năm 1996 Họ đã quan sát thấy các phasiêu chảy khác nhau cho thấy cấu trúc xoáy phức tạp và các hiện tượng lượng tử rất thú vị.Các điện tử trong chất rắn có thể bị định xứ ở xung quanh các nguyên tử của chúng trongcác chất cách điện, hoặc chúng có thể chuyển động qua lại giữa các vị trí của các nguyên tửtrong các chất dẫn điện hoặc chất bán dẫn Vào đầu thế kỉ 20, người ta biết rằng các kimloại có thể phát ra các điện tử khi bị nung nóng, nhưng người ta không biết điện tử phát ra

là do bị kích thích nhiệt hay là do các tương tác hóa học với môi trường khí xung quanh.Bằng các thực nghiệm tiến hành trong môi trường có chân không cao, cuối cùng, Owen W.Richardson đã xác định rằng sự phát xạ của điện tử là do hiệu ứng nhiệt và ông cũng thiếtlập định luật phân bố của của các điện tử theo vận tốc Và do đó, Richardson nhận giải

Cấu trúc điện tử xác định các tính chất điện, từ và quang của chất rắn và nó còn có vai tròquan trọng đến tính chất cơ và nhiệt nữa Một trong những nhiệm vụ quan trọng của cácnhà vật lý thế kỉ 20 là đo trạng thái và động học của các điện tử và mô hình hóa các tínhchất của chúng để hiểu các tổ chức của các điện tử trong các loại chất rắn khác nhau Điềurất tự nhiên là các hiện tượng khác thường đã thu hút mạnh mẽ các nhà vật lý chất rắn.Điều đó được phản ánh trong giải Nobel vật lý: vài giải đã được trao các các phát hiện liênquan đến siêu dẫn và các hiện tượng đặc biệt thể hiện trong một số chất bán dẫn.Siêu dẫn lần đầu tiên được phát hiện từ rất sớm, từ năm 1911 Kamerlingh-Onnes đã thấyrằng điện trở của thủy ngân giảm xuống nhỏ hơn một phần tỉ giá trị bình thường khi bị làmlạnh thấp hơn một nhiệt độ chuyển pha Tc khoảng 4 độ Kenvin Như được nhắc ở phần trên,ông đã nhận giải Nobel năm 1913 Tuy vậy, một thời gian dài người ta không hiểu tại saocác điện tử có thể chuyển động mà không bị cản trở trong các chất siêu dẫn tại nhiệt độthấp Nhưng vào đầu những năm 60, Leon N Cooper, John Bardeen và J Robert Schrieffer

đã đưa ra lý thuyết dựa trên ý tưởng là các cặp điện tử (có spin và hướng chuyển độngngược nhau) có thể giảm một lượng năng lượng Eg bằng cách chia xẻ một cách chính xáccùng một độ biến dạng của mạng tinh thể khi chúng chuyển động Các cặp Cooper nàyhành động giống như các hạt boson Sự tạo cặp này cho phép chúng chuyển động như mộtchất lỏng liên kết, không bị ảnh hưởng khi các kích thích nhiệt (có năng lượng là kT) nhỏhơn năng lượng tạo thành khi kết cặp (Eg) Lý thuyết BCS này được trao giải Nobel vật lý

Đột phá trong việc hiểu cơ sở cơ học lượng tử này dẫn đến các tiến bộ trong các mạch siêudẫn: Brian D Josephson đã phân tích sự dịch chuyển của các hạt tải điện giữa hai kim loạisiêu dẫn được ngăn cách bởi một lớp vật liệu dẫn điện thường rất mỏng Ông tìm thấy rằngpha lượng tử xác định tính chất dịch chuyển là một hàm dao động của điện thế bên ngoàiđặt lên chuyển tiếp này Hiệu ứng Josephson có các ứng dụng quan trọng trong các phép đochính xác vì nó thiết lập mối liên hệ giữa điện thế và tần số Josephson nhận một nửa giảiNobel vật lý năm 1973 Ivar Giaever, người đã phát minh và nghiên cứu các tính chất chitiết của “chuyển tiếp đường ngầm” (tunnel junction) (một hệ thống điện tử dựa trên chấtsiêu dẫn) chia nhau một nửa giải còn lại với Leo Esaki cho công trình nghiên cứu về hiệuứng đường ngầm trong chất bán dẫn (xem dưới đây).Mặc dầu có khá nhiều các hợp kim và hợp chất siêu dẫn được phát hiện trong khoảng 75năm sau phát hiện của Kamerlingh-Onnes, hiện tượng siêu dẫn mãi được xem như là hiệntượng chỉ xảy ra tại nhiệt độ thấp, với nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn thấp hơn 20 độ Kenvin.Cho nên khi J Georg Bednorz và K Alexander Müller cho thấy rằng Ô-xít Lanthan-đồng cópha thêm Ba-rri có nhiệt độ chuyển pha là 35 độ Kenvin thì mọi người rất ngạc nhiên Vàngay sau đó, các phòng thí nghiệm khác công bố các hợp chất có cấu trúc tương tự như thế

có tính siêu dẫn ở nhiệt độ khoảng 100 độ Kenvin Phát hiện về “siêu dẫn nhiệt độ cao” nàykhởi động một làn sóng trong vật lý hiện đại: tìm hiểu cơ chế cơ bản cho tính siêu dẫn củacác vật liệu đặc biệt này Bednorz và Müller nhận giải Nobel năm 1987.Chuyển động của các điện tử trong kim loại ở trạng thái dẫn điện bình thường đã được môhình hóa về lý thuyết đến một độ phức tạp chưa từng có từ khi có mặt của cơ học lượng tử.Một trong những bước tiến lớn ban đầu là việc đưa vào khái niệm sóng Bloch, hàm sóngđược lấy tên của nhà vật lý Felix Bloch (người nhận nửa giải Nobel vật lý năm 1952 chocông trình nghiên cứu về cộng hưởng từ) Một khái niệm quan trọng nữa là “chất lỏng điệntử” (electron fluid) trong các chất dẫn điện do Lev Landau (xem phần hê-li lỏng) Philip W.Anderson đã có những đóng góp quan trọng vào lý thuyết cấu trúc điện tử của các kim loại,đặc biệt là các bất đồng nhất trong các hợp kim và các nguyên tử từ tạp chất trong các kimloại Nevill F Mott đã nghiên cứu các điều kiện chung cho tính dẫn điện của điện tử trongchất rắn và đưa ra các công thức xác định các điểm mà một chất bán dẫn biến thành mộtchất dẫn điện (chuyển pha Mott) khi thành phần hoặc các thông số bên ngoài bị thay đổi.Anderson và Mott chia nhau một nửa giải Nobel năm 1977 và một nửa giải được trao choJohn H Van Vleck cho các nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc điện tử của các hệ từ và mất

Một giải Nobel vật lý trước đây (1920) đã được trao cho Charles E Guillaume cho phát hiệncho thấy rằng giãn nở nhiệt của một số thép ni-ken (hợp kim được gọi là invar) bằng không.Giải Nobel này được trao chủ yếu bởi tầm quan trọng của các hợp kim invar trong các phép

đo chính xác được dùng trong vật lý, ngành đo đạc và đặc biệt là thước mét chuẩn được đặt

ở Paris Các hợp kim này được dùng rất rộng rãi trong các dụng cụ có độ chính xác cao như

là đồng hồ, … Các cơ sở lý thuyết về sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ giãn nở chỉ mới đượcgiải thích gần đây Và mới đây (1998), Walter Kohn nhận giải Nobel hóa học cho các phươngpháp của ông khi xử lý các tương quan trao đổi lượng tử , mà nhờ đó người ta có thể vượtqua các giới hạn trong tính toán cấu trúc điện tử trong chất rắn và các phân tử.Trong các chất bán dẫn, độ linh động của các điện tử bị giảm đi rất mạnh do có sự tồn tạicủa vùng cấm năng lượng đối với các điện tử gọi là các khe năng lượng Sau khi người tahiểu được vai trò cơ bản của các tạp chất cho điện tử và nhận điện tử trong si-líc siêu sạch(và sau này còn có các vật liệu khác), các chất bán dẫn được sử dụng làm các bộ phận

trong điện kĩ thuật William B Shockley, John Bardeen (xem thêm lý thuyết BCS) và Walter

H Brattain đã tiến hành các nghiên cứu cơ bản về siêu dẫn và đã phát triển transistor loạimột Đó là bình minh của kỉ nguyên “linh kiện điện tử” Họ cùng nhận giải Nobel năm 1956.Sau này Leo Esaki đã phát triển đi-ốt đường ngầm, một linh kiện điện tử có điện trở vi phân

âm, đó là một tính chất kĩ thuật rất thú vị Nó tạo thành từ hai chất bán dẫn pha tạp loại “n”

và loại “p”, có một đầu dư điện tử và một đầu khác thiếu điện tử Hiệu ứng đường ngầmxuất hiện khi điện thế dịch lớn hơn khe năng lượng trong các chất bán dẫn Ông chia giải

« Trả lời #9 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:53:08 PM »

Với kĩ thuật hiện đại, người ta có thể tạo các màng mỏng cấu trúc xác định từ các vậtliệu bán dẫn và chúng thể tiếp xúc trực tiếp với nhau Với cấu trúc không đồng nhất nhưvậy, con người không bị giới hạn vào các khe năng lượng trong các chất bán dẫn như si-lichoặc germani nữa Herbert Kroemer đã phân tích lý thuyết về độ linh động của các điện tử

và lỗ trống trong các chuyển tiếp không đồng nhất Lý thuyết của ông dẫn đến việc tạo racác transistor với các đặc trưng được cải tiến rất nhiều mà sau này gọi là HEMT (highelectron mobility transistors – transistor có độ linh động điện tử cao), các HEMT rất quantrọng đối với các linh kiện điện tử tốc độ cao ngày nay Kroemer cũng giả thiết rằng các cấutrúc không đồng nhất kép có thể tạo điều kiện cho hoạt động của laser, cùng khoảng thờigian với Zhores I Alferov đưa ra ý tưởng như thế Sau này Alferov đã tạo ra laser bán dẫnxung đầu tiên vào năm 1970 Sự kiện này là điểm khởi đầu của kỉ nguyên các dụng cụquang điện hiện nay đang dùng trong các đi-ốt laser, đầu đọc đĩa CD, đầu đọc mã vạch vàcáp quang viễn thông Và gần đây, Alferov và Kroemer chia nhau một nửa giải Nobel vật lýnăm 2000, một nửa giải còn lại về tay Jack S Kilby, đồng phát minh mạch điện tử tích hợp(xem phần sau Vật lý và Kĩ thuật).Khi áp một thế điện cực lên các hệ cấu trúc không đồng

nhất, người ta có thể tạo ra “các màng ngược” (inversion layers), trong đó các hạt tải điệnchỉ chuyển động trong không gian hai chiều Các màng như vậy lại hóa ra có các tính chấtrất thú vị và kì lạ Năm 1982, Klaus von Klitzing phát hiện ra hiệu ứng Hall lượng tử Khimột từ trường mạnh đặt vuông góc với mặt phẳng của màng giả hai chiều, thì các điều kiệnlượng tử lại không tăng một cách tuyến tính với sự tăng của từ trường mà lại tăng một cáchnhảy bậc ở biên của mẫu Điện trở Hall giữa các bậc này có giái trị h/ie2 trong đó i là các sốnguyên tương ứng với các quĩ đạo điện tử bị lượng tử hóa Hiệu ứng này cho phép có thể đo

tỉ số giữa các hằng số cơ bản rất chính xác, nó có hệ quả quan trọng trong kĩ thuật đolường, von Klitzing nhận giải Nobel vật lý năm 1985.Một ngạc nhiên nữa đến ngay sau khi Daniel C Tsui và Horst L Störmer thực hiện cácnghiên cứu kĩ hơn về hiệu ứng Hall lượng tử sử dụng các màng ngược trong các vật liệu siêusạch Trạng thái ổn định xuất hiện trong hiệu ứng Hall không chỉ đối với từ trường tươngứng với sự lấp đầy của các quĩ đạo bởi một, hai, ba v.v giá trị điện tích của điện tử mà cònđối với các điện tích không nguyên! Điều này chỉ có thể hiểu được dựa vào một khái niệm

về chất lỏng lượng tử (quantum fluid) mà ở đó chuyển động của các điện tử độc lập có điệntích e được thay thế bởi các kích thích trong một hệ nhiều hạt mà hệ này cư xử (trong một

từ trường mạnh) như thể các điện tích có giá trị e/3, e/5,… tham gia vào Robert B Laughlinphát triển lý thuyết mô tả trạng thái mới của vật chất này và chia giải Nobel vật lý năm

Đôi khi các phát hiện trong một lĩnh vực của vật lý hóa ra lại có các ứng dụng quan trọngtrong các lĩnh vực vật lý khác Một ví dụ liên quan đến vật lý chất rắn đó là quan sát củaRudolf L Mössbauer vào cuối những năm 50 Hạt nhân của nguyên từ hấp thụ có thể bị kíchthích cộng hưởng bởi các tia gamma phát ra từ các nguyên tử phát xạ được chọn một cáchhợp lý khi các nguyên tử trong cả hai trường hợp được bắn ra sao cho sự giật lùi của chúngloại trừ nhau Năng lượng bị lượng tử hóa của hạt nhân trong điện từ trượng nội của chấtrắn đó có thể được xác định vì năng lượng đó tương ứng với các vị trí khác nhau của sự cộnghưởng mà sự cộng hưởng này rất sắc nét Phát hiện này trở nên quan trọng trong việc xácđịnh cấu trúc điện từ của nhiều vật liệu và Mössbauer nhận một nửa giải Nobel vật lý năm

dễ thấy là công trình của Shockley, Bardeen, và Brattain mà dẫn đến transitor và khởi đầucuộc cách mạng điện tử; các nghiên cứu cơ bản của Townes, Basov, và Prokhorov dẫn đếnviệc phát triển maser và laser Cũng nên nhắc lại rằng các máy gia tốc hạt hiện nay là cáccông cụ rất quan trọng trong một vài lĩnh vực khoa học vật liệu và y học Các công trìnhkhác được vinh danh bằng giải Nobel ngày càng có thiên hướng về mặt kĩ thuật hoặc chúng

có tầm quan trọng đặc biệt trong việc xây dựng các linh kiện để phát triển ngành liên lạc và

Một giải Nobel cách đây khá lâu (1912) đã được trao cho Nils Gustaf Dalén cho phát minh

về “van mặt trời” (sun-valve) tự động được dùng rộng rãi trong các cột mốc và phao trongngành hàng hải Phát minh đó dựa trên sự khác nhau về bức xạ nhiệt từ các vật có độ phản

xạ ánh sáng khác nhau: một trong số ba thanh song song trong dụng cụ của ông có màuđen, điều này làm tăng sự sai khác trong việc hấp thụ nhiệt và dãn nở nhiệt của các thanhtrong thời gian mặt trời chiếu vào Hiệu ứng này được dùng để ngắt nguồn cấp khí tự độngvào ban ngày và làm giảm nhiều nhu cầu bảo dưỡng trên biển.Các dụng cụ và kĩ thuật quang là những chủ đề cho vài giải Nobel Khoảng đầu thế kỉ 20,Gabriel Lippmann đã phát triển một phương pháp chụp ảnh màu sử dụng hiệu ứng giao thoaánh sáng Một chiếc gương được đặt tiếp xúc với một thể nhũ tương nhạy quang phủ trênmột tấm kim loại sao cho khi chúng bị chiếu sáng, ánh sáng phản xạ trong chiếc gương sẽlàm tăng sóng đứng trong thể nhũ tương đó Việc tráng ảnh làm cho các hạt bạc (trong thểnhũ tương đó) bị phân tầng khi gương chiếu sáng lên tấm kim loại và ảnh tạo thành có màusắc tự nhiên như thật Giải Nobel năm 1908 được trao cho Lippmann Không may, phươngpháp của Lippmann mất nhiều thời gian phơi sáng Sau này phương pháp đó bị thay thếbằng các kĩ thuật nhiếp ảnh khác nhưng nó lại có nhiều ứng dụng trong kĩ thuật tạo ảnh ba

Trong hiển vi quang học, Frits Zernike cho thấy rằng thậm chí các vật hấp thụ bức xạ rấtyếu (trong suốt khi nhìn bằng mắt thường) có thể nhìn thấy được nếu chúng tạo thành từnhững vùng có hệ số khúc xạ ánh sáng khác nhau Trong kính “hiển vi nhạy pha” (phase-contrast microscope) của Zernike, người ta có thể phân biệt các vệt sáng có pha bị thay đổikhi đi qua các vùng không đồng nhất Kính hiển vi loại này có tầm quan trọng đặc biệt trongviệc quan sát các mẫu sinh học Zernike nhận giải Nobel vật lý năm 1953 Vào những năm

40, Dennis Gabor đề ra nguyên lý ảnh ba chiều Ông tiên đoán rằng nếu tia sáng tới có thểgiao thoa với tia phản xạ từ một mảng hai chiều thì có thể tạo được một ảnh ba chiều củavật thể Tuy vậy, việc thực hiện ý tưởng này phải đợi đến khi laser được phát hiện Laser cóthể cung cấp ánh sáng cố kết cần thiết cho quan sát hiện tượng giao thoa nói ở trên Gabor

Hiển vi điện tử có ảnh hưởng sâu rộng trên nhiều lĩnh vực khoa học tự nhiên Ngay sau khi

C J Davisson and G P Thomson phát hiện ta bản chất sóng của điện tử, người ta nhậnthấy rằng bước sóng ngắn của điện tử năng lượng cao có thể làm tăng độ phân giải so vớihiển vi quang học Ernst Ruska tiến hành các nghiên cứu cơ bản về quang điện tử và thiết

kế kính hiển vi điện tử đầu tiên họat động vào những năm đầu của thập niên 30 Nhưngcũng phải mất hơn 50 sau ông mới nhận giải Nobel vật lý.Ruska nhận một nửa giải Nobel vật lý vào năm 1986, nửa giải còn lại được chia đều choGerd Binnig và Heinrich Rohrer, hai người đã phát triển một phương pháp khác hẳn để thuđược các bức ảnh với độ phân giải cực cao Phương pháp của họ được ứng dụng trongnghiên cứu bề mặt chất rắn và dựa trên hiệu ứng đường ngầm của các điện tử Các điện tửcủa các nguyên tử ở một đầu kim loại rất nhọn có thể chui sang các nguyên tử từ trên bềmặt chất rắn khi đầu nhọn kim loại đó được di chuyển đến rất gần bề mặt (khoảng 1 nm).Bằng cách giữ cho dòng điện tử chui ngầm đó cố định và di chuyển đầu nhọn theo bề mặtchất rắn, người ta có thể có được bức ảnh ba chiều của bề mặt chất rắn cần nghiên cứu.Bằng phương pháp này, ta có thể nhìn thấy từng nguyên tử trên bề mặt

Hết phần 9

« Trả lời #10 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:53:56 PM »

Viễn thông là một trong những thành tựu kĩ thuật vĩ đại của thế kỉ 20 Vào nhữngnăm 90 thế kỉ 19, Guglielmo Marconi đã làm thí nghiệm với sóng điện từ của Hetz mới đượcphát hiện vào lúc đó Ông là người đầu tiên liên lạc một trong những trạm phát sóng trênmặt đất với một “ăng-ten” đặt trên cao có vai trò tương tự như một trạm thu sóng Trongkhi các thí nghiệm đầu tiên của Hetz được tiến hành trong phạm vi phòng thí nghiệm thìMarconi đã mở rộng khoảng cách truyền tín hiệu đến vài km Carl Ferdinand Braun (cha đẻcủa ống Braunian, dao động kế chùm ca-tốt đầu tiên – cathode ray oscilloscope) đã thựchiện một cải tiến, ông đưa mạch cộng hưởng vào các máy phát dao động của Hetz Độ hòa

âm và khả năng tạo các dao động mạnh không bị chặn làm tăng dải truyền sóng, và vàonăm 1901, Marconi đã thành công trong việc thu phát sóng vô tuyết vượt Đại Tây Dương.Marconi và Braun cùng nhận giải Nobel vật lý năm 1909 Vào thời điểm này, người ta vẫnkhông hiểu làm thế nào mà sóng vô tuyến có thể truyền với những khoảng cách xa (thực tế,chúng có thể truyền đến bên kia trái đất), nhớ rằng mọi người đều biết sóng vô tuyến cóbản chất giống ánh sáng, chúng truyền theo đường thẳng trong không gian Cuối cùng thìngài Edward V Appleton đã chứng minh bằng thực nghiệm cho thấy một giả thiết trước đócủa Heaviside và Kennelly về sóng vô tuyến bị phản xạ giữa các lớp không khí có độ dẫnkhác nhau trong khí quyển là đúng Appleton đã đo giao thoa của sóng trực tiếp và sóngphản xạ với các bước sóng khác nhau và có thể xác định độ cao của các lớp Heaviside, hơnnữa ông còn tìm ra một lớp nữa cao hơn lớp Heaviside gọi là các lớp Appleton Appletonnhận giải Nobel vật lý năm 1947.Các tiến bộ trong vật lý hạt nhân và vật lý hạt phụ thuộcrất nhiều vào kĩ thuật cao (và đôi khi lại thúc đẩy kĩ thuật phát triển) Điều này được minhhọa bằng các công trình của Cockcroft và Walton cho việc phát triển máy gia tốc tĩnh điệntuyến tính (linear electrostatic accelerator) và các công trình của Lawrence cho phát triểncyclotron tĩnh điện tuyến tính Việc ghi nhận các hạt năng lượng cao cũng là một thử thách

kĩ thuật, thành công trong vấn đề đó đã được ghi nhận bằng vài giải Nobel

Giải Nobel vật lý năm 1958 được chia cho Pavel A Cherenkov, Il'ja M Frank và Igor Y.Tamm cho các phát hiện và giải thích của họ về hiệu ứng Cherenkov Đó là sự phát xạ ánhsáng trong một nón có góc mở đặc biệt xung quanh hướng của hạt mang điện, khi vận tốccủa nó vượt vận tốc ánh sáng trong môi trường mà nó chuyển động Vì góc nón này có thểđược sử dụng để xác định vận tốc của hạt, công trình của các nhà vật lý này nhanh chóngtrở thành cơ sở cho sự phát triển các đầu thu rất hiệu quả.Việc nhìn thấy đường đi của các hạt trong các phản ứng là cần thiết để giải thích các sự kiệnxảy ra khi năng lượng cao Các thí nghiệm ban đầu với năng lượng tương đối thấp sử dụngcác vết để lại trên giấy ảnh Charles T R Wilson đã phát triển một buồng, trong đó người ta

có thể nhìn thấy các hạt vì chúng để lại các vết do ion hóa khí Trong buồng Wilson, khí cóthể dãn nở rất nhanh, điều này làm giảm nhiệt độ và dẫn đến hóa đặc hơi xung quanh cácđiểm bị ion hóa, các hạt này có thể nhìn thấy khi chiếu sáng mạnh Wilson nhận nửa giải

Các bước tiến tiếp theo trên cùng hướng nghiên cứu nói trên đã được thực hiện khi Donald

A Glaser phát minh ra “buồng bọt” (bubble chamber) Vào những năm 50, các máy gia tốc

đã đạt năng lượng từ 20 – 30 tỉ eV và các phương pháp thu hạt trước đó không còn phù hợpnữa; độ dài của các vết khí đã quá dài đối với buồng Wilson Các hạt nhân nguyên tử trongbuồng bọt (thường chứa hidro lỏng) được dùng như cái bia, và vết do hạt tạo thành có thểđược theo dõi Tại nhiệt độ hoạt động, chất lỏng bị quá nóng và bất kì một hiện tượng giánđoạn nào, như vùng ion hóa, ngay lập tức hình thành các bọt nhỏ Luis W Alvarez đã tiếnhành các cải tiến quan trọng đặc biệt là các cải tiến liên quan đến kĩ thuật ghi và phân tích

dữ liệu Công trình của ông đã đóng góp vào việc mở rộng số các hạt cơ bản, đặc biệt là các

“cộng hưởng”, cái sau này được hiểu là các trạng thái kích thích của các hệ gồm các quark

và gluon Glaser nhận giải Nobel vật lý năm 1960 và Alvarez năm 1968.Cho đến tận cuối những năm 80, các buồng bọt vẫn là các con ngựa sắt cho các phòng thínghiệm vật lý năng lượng cao nhưng sau đó chúng bị thay thế bởi các hệ đầu thu điện tử.Bước phát triển mới nhất về đầu thu các hạt này được nhìn nhận bằng một giải Nobel(1992) là công trình của Georges Charpak Ông đã nghiên cứu chi tiết quá trình ion hóatrong chất khí và đã sáng tạo ra “buồng dây” (wire chamber), một đầu thu chứa khí trong

đó các dây được bố trí dày đặc để thu các tín hiệu điện gần các điểm ion hóa, nhờ đó có thểquan sát được đường đi của hạt Buồng dây và các biến thể của nó, buồng chiếu thời gian

và một số tổ hợp tạo thành từ buồng dây/phát xung ánh sáng/Cherenkov tạo thành các hệthống phức tạp cho phép tiến hành các nghiên cứu chọn lọc cho các hiện tượng cực hiếm(như việc hình thành các quark nặng), tín hiệu của các hiện tượng này thường bị lẫn trong

Giải Nobel đầu tiên của thiên niên kỉ mới (2000) được trao cho Jack S Kilby vì các thành tựuđặt nền tảng cho công nghệ thông tin hiện nay Vào năm 1958, ông đã chế tạo mạch tíchhợp đầu tiên mà trong đó các chi tiết điện tử được xây dựng trong một thực thể duy nhấttạo thành từ vật liệu bán dẫn, sau này gọi là các “chip” Điều này mở ra con đường thu nhỏkích thước và sản xuất hàng loạt các mạch điện tử Kết hợp với việc phát triển các linh kiệndựa trên các cấu trúc không đồng nhất mô tả trước đây (nhờ đó mà Alferov và Kroemerđược nhận một nửa giải Nobel), mạch tích hợp dẫn đến cuộc “cách mạng công nghệ thôngtin” đã thay đổi rất nhiều xã hội của chúng ta ngày nay

Khi đọc bài tóm tắt này, bạn đọc nên nhớ rằng số giải Nobel bị giới hạn (theo qui định hiệnnay, nhiều nhất là 3 người có thể cùng nhận giải hàng năm) Cho đến năm 2000, 163 người

đã nhận giải thưởng cho các thành tựu trong vật lý Thông thường, trong quá trình chọn lọc,

ủy ban trao giải phải loại bớt một số các đóng góp quan trọng “gần Nobel” khác Vì các lý do

dễ nhận thấy, bản tóm tắt này không thể nhắc đến các đóng góp này Tuy vậy, một điều rấtthật là một bản kê khai tương đối chặt chẽ sự phát triển của vật lý có thể được nêu lên và

có thể được coi như là một sự chứng nhận cho thấy rằng các giải Nobel vật lý đã đề cập đếnphần lớn các phát hiện quan trọng trong chuyến thám hiểm hấp dẫn tới một sự hiểu biết vềthế giới chúng ta đang sống dựa trên các ý tưởng và thực nghiệm do những người được giải

về một trạng thái mới của vật chất được chứng minh bằng thực nghiệm Năm 1924, nhà vật

lý Bose đã thực hiện một tính toán quan trọng về các hạt ánh sáng Ông gửi các kết quả nàycho Eistein và Einstein đã mở rộng lý thuyết này cho một số loại nguyên tử nhất định.Eistein tiên đoán rằng, nếu khí tạo thành từ các nguyên tử như vậy bị làm lạnh đến mộtnhiệt độ rất thấp thì các nguyên tử đột ngột tập hợp lại trong trạng thái có năng lượng cựctiểu giống như các chất khí bình thường ngưng tụ thành các chất lỏng Do đó, hiện tượngnày gọi là hiện tượng ngưng tụ Bose-Einstein Và 70 năm sau, Cornell và Wieman đã quansát hiện tượng này khi làm lạnh 2000 nguyên tử ru-bi đến nhiệt độ chỉ bằng 2 phần tỉ độtrên nhiệt độ không tuyệt đối Độc lập với hai nhà vật lý trên, Ketterle đã thực hiện các thínghiệm với nguyên tử Na và ông đã tiến hành với một số nguyên tử lớn hơn và thu đượcnhiều kết quả hơn Ông chứng minh rằng hai trạng thái ngưng tụ có thể lan truyền vàonhau và do đó giao thoa với nhau giống như giao thoa của sóng nước khi chúng ta ném haihòn đá giống nhau xuống nước cùng một lúc Ketterle tạo ra một luồng các hạt ngưng tụ cótính chất giống laser nhưng khác ở chỗ laser loại này được tạo thành từ hạt vật chất chứ

Giải Nobel vật lý năm 2002 được trao cho Riccardo Giacconi (một nửa giải), MasatoshiKoshiba (1/4) và Raymond Davis Jr (1/4) Giải Nobel năm 2002 được trao cho những người

có công tóm được các hạt neutrino để cho chúng ta hiểu rõ hơn những vật thể cực lớn nhưcác vì sao, các thiên hà,… Giacconi được nhận giải Nobel, vì ông đã có những cống hiến lớncho ngành vật lý thiên văn Từ những năm 1960, Giacconi đã thiết kế chiếc kính thiên vănchụp tia X đầu tiên Sau này, kính thiên văn vệ tinh Chandra đã kế thừa nền tảng nghiêncứu của ông Koshiba đã phát minh ra chiếc máy dò neutrino khổng lồ đặt dưới lòng đất Hệthống đó đã cung cấp những kiến thức mới về hạt neutrino, hạt nó có thể đi qua cơ thểchúng ta mà không để lại dấu vết gì Tiến sĩ Raymond Davis - người được xem là bậc tiềnbối số một của vật lý hạt Davis đã chứng minh được sự tồn tại của các hạt neutrino từnhững năm 1960, nhờ việc tạo ra các thiết bị dò hạt nằm sâu 1,5 kilomét dưới lòng đất.Giải Nobel vật lý năm 2003 được trao cho Abrikosov, Ginzburg, và Leggett, vì có nhữngcống hiến to lớn để cải thiện hiểu biết của con người về hiện tượng siêu dẫn và siêu lỏng.Tính chất siêu dẫn cho phép vật liệu dẫn điện ở nhiệt độ cực thấp mà không bị cản trở Lýthuyết về loại vật liệu này đã đặt nền tảng cho sự ra đời của kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng

từ (MRI), một phương pháp chẩn đoán không đau giúp các bác sĩ nhìn sâu vào cơ thể người

bệnh, được sử dụng cho hàng triệu bệnh nhân mỗi năm Vật liệu siêu lỏng cũng tồn tại ởnhiệt độ cực thấp, ngay trên độ không tuyệt đối Khi đó, nó mất tất cả đặc tính nhớt Nhữnghiểu biết về loại vật liệu này có thể giúp chúng ta nhìn sâu vào phản ứng của vật chất ở

David J Gross, H David Politzer và Frank Wilczeck là chủ nhân của giải Nobel Vật lý năm

2004 với những khám phá về lực hạt nhân mạnh - loại lực giúp liên kết các hạt nằm trongnhân nguyên tử Họ đã có những phát hiện quan trọng về mặt lý thuyết "liên quan tới lựchạt nhân mạnh", loại lực chủ yếu ở cấp độ nhân nguyên tử Các proton và nơtron khôngphải là thành phần nhỏ nhất cấu tạo nên nguyên tử Thay vì thế, chính chúng lại được cấuthành từ ba hạt nhỏ hơn, đó là các hạt quark Lực hạt nhân mạnh chính là lực giúp cácquark “dính” với nhau ở bên trong các proton và nơtron, cũng như giữ chặt chính các hạtnày với nhau bên trong hạt nhân nguyên tử Nghiên cứu của ba nhà khoa học chỉ ra rằngkhông giống như các lực khác, chẳng hạn lực điện từ hay lực hấp dẫn (mạnh lên khi hai hạttiến lại gần nhau), lực hạt nhân mạnh lại suy yếu đi khi hai quark tiến về một chỗ Hiệntượng đó giống như thể các hạt được nối với nhau bằng một dải cao su, mà lực kéo giữachúng càng mạnh khi chúng càng ở xa nhau Phát hiện của ba nhà nghiên cứu, công bố năm

1973, "đã dẫn đến lý thuyết sắc động học lượng tử - lý thuyết góp phần quan trọng cho sự

ra đời của Mô hình Chuẩn" Mô hình chuẩn là lý thuyết về các hạt cơ bản và cách thức chúngtương tác với nhau Nó mô tả tất cả các hiện tượng vật lý có liên quan đến lực điện từ(tương tác giữa các hạt tích điện), lực hạt nhân yếu (chi phối quá trình phân rã phóng xạ)

1 André-Marie AmpèreBách khoa toàn thư mở Wikipedia

Andre-Marie Ampère (20 tháng 1, 1775 - 10 tháng 6, 1836), là nhà vật lý người Pháp và làmột trong những nhà phát minh ra điện từ trường Đơn vị đo cường độ dòng điện được

Ông sinh ra ở Lyon, gần với Poleymieux - quê của cha ông Ông có tính tò mò và lòng say

mê theo đuổi kiến thức từ khi còn rất nhỏ, người ta nói rằng ông đã đưa ra lời giải cho cáctổng số học lớn bằng cách sử dụng các viên sỏi và mẩu bánh bích quy trước khi biết con số.Cha ông dạy ông tiếng Latinh, nhưng sau đó đã bỏ khi nhận thấy khả năng và khuynhhướng nghiên cứu toán học của con trai Tuy vậy chàng thanh niên trẻ tuổi Ampère sau này

đã học lại tiếng Latinh để giúp ông hiểu được các tác phẩm của Euler và Bernoulli Cuối đờiông đã nói rằng ông biết nhiều nhất về toán học khi ông 18 tuổi, tuy vậy ông cũng đọc rấtnhiều sách vở của các lĩnh vực khác như lịch sử, các ghi chép trong các chuyến du hành, thơ

Khi Lyon bị rơi vào tay quân đội cách mạng năm 1793, cha của Ampère, người giữ chức vụjuge de paix, đã chống lại một cách kiên quyết cuộc cách mạng này, do đó đã bị bỏ tù vàsau đó đã chết trên đoạn đầu đài Sự kiện này gây ấn tượng sâu sắc đối với tâm hồn nhạycảm của Andre-Marie, trong vài năm sau đó ông đã chìm trong sự lãnh cảm Sau đó sở thíchcủa ông đã được đánh thức bởi một số bức thư về thực vật học khi chúng đến tay ông, và từthực vật học ông đã chuyển sang nghiên cứu thơ ca cổ điển, và tự mình viết những bài thơ.Năm 1796 ông gặp Julie Carron, và họ đã gắn bó với nhau, quá trình gặp gỡ của hai người

đã được ông ghi chép lại rất chất phác trong tạp chí (Amorum) Năm 1799 họ cưới nhau.Vào khoảng năm 1796 Ampère giảng dạy toán học, hóa học và ngoại ngữ tại Lyon; năm

1801 ông chuyển tới Bourg, làm giáo sư môn vật lý và hóa học, để lại người vợ ốm đau vàcon nhỏ (là Jean Jacques Ampère) ở Lyon Vợ ông mất năm 1804, ông đã không bao giờ lấylại được thăng bằng vì mất mát này Cùng năm này ông được bổ nhiệm làm giáo sư môn

Bài báo nhỏ của ông Considérations sur la théorie mathématique du jeu, trong đó mô tảnhững khả năng thắng bạc thay vì chơi may rủi, được xuất bản năm 1802 và đã giành được

sự chú ý của Jean Baptiste Joseph Delambre, là người đã giới thiệu ông làm giáo sư ở Lyon,

và sau đó một thời gian (năm 1804) là vị trí trợ giảng ở trường Bách khoa Paris, ở đó ôngđược bầu là giáo sư toán năm 1809 Tại đây ông tiếp tục theo đuổi các nghiên cứu khoa học

và các nghiên cứu đa ngành với một sự chuyên cần không suy giảm Ông được kết nạp làm

Ông đã thiết lập mối quan hệ giữa điện trường và từ trường, và trong phát triển khoa học vềđiện từ trường, hay như ông gọi đó là điện động lực học, là lĩnh vực tên tuổi của Ampère đãđược công nhận Vào ngày 11 tháng 9 năm 1820 ông được biết về phát minh của HansChristian Ørsted rằng kim nam châm chịu tác động của dòng điện Vào ngày 18 tháng 9cùng năm ông gửi một báo cáo tới Viện hàn lâm, báo cáo này chứa đựng những bình luận

Toàn bộ lĩnh vực này đã được mở ra khi ông khảo sát và phát biểu công thức toán họckhông những để giải thích hiện tượng điện từ trường mà còn dự đoán nhiều sự kiện và hiện

Các bài báo gốc của ông về đề tài này có thể tìm thấy trong Ann Chim Phys trong khoảng

từ năm 1820 đến năm 1828 Sau đó ông đã viết bài Essai sur la philosophie des sciences rất

có giá trị Ngoài ra, ông đã viết một loạt các luận văn và bài báo, trong đó có hai bài về tích

phân của các phương trình vi phân (Jour École Polytechn x., xi.).Ông mất ở Marseille và được hỏa táng ở Cimetière de Montmartre, Paris Sự hào hiệp vàtính cách đơn giản của ông được thể hiện trong cuốn sách của ông Journal etcorrespondance (Paris, 1872) Bốn mươi lăm năm sau, các nhà toán học đã công nhận ông.

Là một nhà toán học hàng đầu, ông đã chỉ ra cách sử dụng ngành khoa học này như thếnào Ông coi toán học là một ngành của triết học, là cơ sở để đưa các phát minh trong vật lýtrở thành các công thức định lượng Vai trò của toán học là nâng cao tính chính xác, cũngnhư một phương tiện thực nghiệm của vật lý hiện đại

Là một nhà tiên đoán vĩ đại, ông đã đưa các tư tưởng khoa học, từ đó đã mở ra các hướngnghiên cứu và ứng dụng khoa học rộng lớn Tên tuổi của ông được xếp ngang hàng với các

Ampere có nhiều đóng góp trong lĩnh vực toán học, vật lý, hóa học, triết học Trong toánhọc ông nghiên cứu lý thuyết xác suất, giải tích và ứng dụng toán học vào vật lý.Công trình của Ampère trong vật lý đạt được hàng loạt các thành tựu vĩ đại Dựa vào pháthiện của Ørsted năm 1820 về tác dụng của dòng địện lên kim nam châm, ông đã nghiêncứu bằng thực nghiệm, tìm ra lực điện từ và phát biểu thành định luật mang tên ông (Xemđịnh luật Ampere) Lực điện từ là một trong các lực cơ bản của tự nhiên, cơ sở của điệnđộng lực học Định luật Ampère cho phép xác định chiều và trị số của lực điện từ, là cơ sởchế tạo động cơ điện Công thức Ampère và định luật Faraday là hai cơ sở chính để JamesClerk Maxwell xây dựng nên lý thuyết trường điện từ.Ampère đã phát biểu qui tắc xác định từ trường của dòng điện (qui tắc vặn nút chai), tiênđoán dòng điện phân tử để giải thích bản chất từ của vật liệu sắt từ Sau Ampère, vật liệu

Trong hoá học, ông đã tìm ra định luật sau này gọi là định luật Avogadro-Ampère Ông còn

là một nhà thực nghiệm tài ba Ông đã thiết kế và tự làm nhiều thiết bị phục vụ cho các thínghiệm của mình Những thiết bị này đã trở thành nền tảng cho các dụng cụ đo điện (nhưampe kế, vôn kế, điện trở kế ) Ông còn là cha đẻ của phần tử vô hướng, của từ xuyến vàcủa nam châm điện

Hồi âm: Các nhà bác học Vật lý

« Trả lời #12 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:55:45 PM »

2 Albert EinsteinBách khoa toàn thư mở Wikipedia

Albert Einstein (14 tháng 3 năm 1879 - 18 tháng 4 năm 1955) là nhà vật lý người Mỹ gốcĐức - Do Thái, người đã công bố vào năm 1905 ba bài viết gây nên ảnh hưởng có tính cáchmạng đến sự phát triển của vật lý hiện đại Trong một bài viết, ông đã đề xuất thuyết tươngđối hẹp mô tả chính xác hơn các hạt vật chất chuyển động với vận tốc cao Tiên đề cơ bảncủa thuyết tương đối hẹp là vận tốc ánh sáng cũng như mọi định luật vật lý là như nhautrong mọi hệ quy chiếu quán tính Einstein biết rõ về kết quả thí nghiệm âm tính củaMichelson-Morley, nhưng chưa quen biết với công trình của Hendrik Lorentz sau năm 1895,nên ông đã tự sáng tạo ra biến đổi Lorentz cho mình (Pais 1982, p 133).Thuyết tương đối hẹp đòi hỏi nhiều sự thay đổi đối với các định luật cơ học, tuy nhiên cácphương trình điện từ của James Clerk Maxwell được phát hiện là thoả mãn hoàn toàn thuyếtnày mà không cần sự thay đổi gì Sử dụng thuyết tương đối hẹp, Einstein đã tìm ra được sựtương đương giữa khối lượng nghỉ m0 và năng lượng E của vật chất, mô tả bởi , với c là vậntốc ánh sáng và p là động lượng (tương đối tính) Khi khối lượng tổng cộng (tương đối tính)

m = γm0 được dùng (ở đây ), phương trình đơn giản hoá thành phương trình nổi tiếng E =mc2

Trong một bài báo khác cùng xuất bản vào năm 1905, Einstein đã giải thích được hiệu ứngquang điện bằng cách giả thiết rằng ánh sáng là các hạt chuyển động (gọi là photon) vớinăng lượng E = hν, ở đây h là hằng số Planck (gọi tên theo nhà vật lý Max Planck) và ν làtần số của hạt photon Đây là một mở rộng của lý thuyết lượng tử ánh sáng của Planck.Phương trình mà Einstein tiên đoán từ lý thuyết này đã được kiểm chứng bằng thí nghiệm

Cũng vào năm 1905 ấy, Einstein đã giải thích chuyển động Brown bằng lý thuyết động học,với lập luận cơ bản là chuyển động của các hạt Brown là do sự va đập hỗn loạn của cácphân tử Einstein đã tiếp tục phát triển lý thuyết này đến một phương trình cho thấy các hạt

lơ lửng trong không trung trên mặt đất sẽ dần dần tự sắp xếp theo mật độ giảm dần theohàm mũ tự nhiên từ thấp lên cao Sử dụng phương trình của Einstein cho chuyển độngBrown và phân bố của các hạt, Jean Perrin đã đo được hằng số Boltzmann bằng thí nghiệm.Einstein sau đó tiếp tục phát triển thuyết tương đối rộng, dựa trên tiên đề là gia tốc đềutương đương với trọng trường hấp dẫn Tiên đề này thường được biết đến với tên gọinguyên lý tương đương của trọng trường Nó mô tả trọng trường như là độ cong của khôngthời gian Lý thuyết tương đối rộng sử dụng rất nhiều tính toán tensor Ricci-Curbastro.Einstein cũng đã nghiên cứu mô hình vũ trụ, và thấy là lý thuyết tương đối rộng không thỏamãn điều kiện đồng nhất, đẳng hướng và cân bằng của vũ trụ, trừ phi thêm vào lý thuyết

Trong phần lớn cuộc đời còn lại của mình, Einstein đã có những cố gắng không thành côngtrong việc tạo ra một lý thuyết thống nhất có thể mô tả tất cả mọi loại lực của tự nhiên như

là các dạng khác nhau của một lực cơ bản nhất Các lý thuyết của Einstein thường gây nhiềutranh cãi, ngay cả rất nhiều năm sau khi ông công bố chúng Trong một bản tiến cử Einsteinvào Viện Hàn lâm Khoa học Đức, người ta đã viết "Tóm lại, ta có thể nói là hầu như không

có một vấn đề lớn nào của vật lý hiện đại mà Einstein không thực hiện những đóng gópquan trọng Một vài dự đoán nhầm của ông, ví dụ như giả thuyết về các hạt ánh sáng, cũngkhông thể đem ra để phản bác lại ông được, vì rằng sẽ không thể đưa ra những ý tưởngmới, ngay cả với những môn khoa học chính xác nhất, mà không thỉnh thoảng sẵn sàng

Một nghiên cứu gần đây về bộ não của Einstein, đã được bảo quản cho đến nay (chi tiết cóthể xem Regis 1991), người ta thấy khu vực bên trong của não, phần liên quan đến tư duytoán học, rộng hơn bình thường đến 15% (Witelson và các tác giả khác 1999) Ngoài ra, cácđường viền não, bình thường chạy từ sau ra trước, không phát triển đối với não củaEinstein Tuy nhiên, chưa thể khẳng định được sự ảnh hưởng của các yếu tố sinh lý bấtthường này đến sự sáng tạo khoa học của Einstein

Hình chụp ngày 14 tháng 3, 1951 bởi một nhiếp ảnh gia của UPI (United Press

Albert Einstein, cha đẻ của lý thuyết tương đối, năm 1948

Do có gốc gác Do Thái, Einstein đã bị công kích bởi một số người bài Do Thái Khi một truyền đơn được phân phát dưới tiêu đề 100 tác giả chống lại Einstein, Einstein đã viết "Nếu tôi thực sự sai, chỉ cần một người chống lại là đủ" Một số câu nói nổi tiếng về Chúa của Einstein được liệt kê dưới đây:

"Bất cứ ai cho mình quyền phán xét thế nào là Sự thật và Tri thức đều trở

"Tôi muốn biết Chúa đã sinh ra thế giới như nào Tôi không quan tâm đến hiện tượng cụ thể này nọ, trong bối cảnh nọ kia Tôi muốn biết Chúa đã nghĩ như thế nào, tất cả phần còn lại chỉ là chi tiết."

"Chúa rất khó hiểu, nhưng không ma mãnh."

"Chúa không chơi trò may rủi với thế giới này."

"Khoa học mà thiếu tôn giáo thì khập khiễng Tôn giáo mà không có khoa học thì mù quáng" (Science without religion is lame Religion without science is blind).

Einstein cũng đã có nhiều câu nói sâu sắc về khám phá khoa học.

"Sự sáng tạo không phải là sản phẩm của suy luận lô-gic, dù rằng sản phẩm cuối cùng gắn liền với một cấu trúc lô-gic."

"Tự nhiên chỉ cho chúng ta thấy cái đuôi của con sư tử Nhưng tôi không nghi ngờ rằng con sư tử là chủ nhân của cái đuôi ấy dù nó không thể xuất đầu lộ diện với tầm vóc khổng lồ của nó." (Pais 1982, p 235)

"Từ trên cao, Tự nhiên mỉm cười nhìn xuống, người đã trao cho chúng ta một

lòng khao khát khám phá, nhiều hơn là khả năng trí tuệ để làm việc ấy."

"Đừng lo lắng về khó khăn của bạn trong toán học, tôi đảm bảo với bạn rằng những khó khăn toán học của tôi còn gấp bội." Khi con ông hỏi vì sao ông nổi tiếng, Einstein đã giải thích công lao của ông

"Khi con bọ dừa bò theo một cành cây nó không nhận thấy là cành cây bị cong Cha đã có may mắn nhận thấy cái mà con bọ dừa không nhận thấy con ạ."

Trong những năm tháng cuối đời, Albert Einstein đã cố gắng làm khuây khỏa con vẹt rầu rĩ của mình bằng cách nói với nó những câu hài hước tục tĩu và giả vờ ốm để tránh mặt khách đến thăm Một cuốn nhật ký mới được tìm thấy của một người phụ nữ tiết lộ điều đó.[/SIZE] Người phụ nữ này là bạn gái cuối cùng của Einstein Ngoài những lời tự bạch

về sự khổ nhọc trong những công trình vật lý, hầu hết cuốn nhật ký của Johanna Fantova hồi tưởng những quan điểm của Einstein về chính trị thế giới

Tài liệu này là "một phác họa chân thực về những nỗ lực đấu tranh dũng cảm của Einstein trước đủ loại phiền hà của bệnh tật và tuổi tác", Freeman Dyson, một nhà toán học tại Viện nghiên cứu khoa học tiên tiến ở Princeton, bang

Cuốn nhật ký 62 trang, ra đời ở Đức, được khám phá vào tháng 2 vừa qua trong hồ sơ của Fantova tại Thư viện Firestone, Đại học Princeton, nơi bà từng làm việc với tư cách người phụ trách "Điều ngạc nhiên là vật lý được đề cập quá ít trong cuốn nhật ký", Donald Skemer, người quản lý bản thảo tại Thư

Fantova viết rằng bà ghi lại thời gian ở bên nhà vật lý lừng danh để "làm sáng

tỏ vài điều chưa biết của chúng ta về Einstein, không phải như một người đàn ông vĩ đại trở thành huyền thoại trong thời đại mình, cũng không phải như một nhà bác học danh tiếng mà là một Einstein đời thường" Fantova trẻ hơn Einstein 22 tuổi Và mặc dù hai người dành thời gian đáng kể cho nhau bắt đầu từ những năm 1940, nhật ký của bà chỉ ghi lại mối quan hệ của họ từ tháng 10/1953 cho đến khi ông mất vào tháng 4/1955, ở tuổi 76.

Cuốn nhật ký thuật lại quan điểm của Einstein về chính trị thời kỳ đó, mô tả ông chỉ trích những lời nói của Adlai Stevenson, cuộc chạy đua vũ trang hạt nhân và cuộc tấn công chống cộng do Thượng nghị sĩ Joshep McCarthy thực hiện với nhà khoa học J Robert Oppenheimer.

"Sự đàn áp chính trị đối người bạn đồng liêu của ông là một nguyên nhân khiến ông vỡ mộng", Fantova viết Ngoài chính trị, Fantova còn viết về sự cởi

mở của Einstein và nỗ lực của ông để trả lời thư những người lạ mặt, một số trong đó cố gắng biến ông thành người theo đạo Cơ Đốc Ông nói: "Tất cả những người điên trên thế giới đều viết thư cho tôi".

Cuốn nhận ký cũng ghi lại vào lần sinh nhật thứ 75 của mình, Einstein nhận được một quà tặng là một con vẹt Sau khi nhận thấy nó trở nên u sầu, nhà bác học đã cố gắng thay đổi tâm trạng của nó bằng những câu đùa tục tĩu Vào thời gian này, Einstein thường giả bộ ốm nặng để tránh khách tới thăm

và muốn chụp ảnh ông, và tự tìm cách giải trí ngay cả khi ốm đau thật.

"Sức khỏe của Einstein bắt đầu sa sút nhưng ông vẫn tiếp tục tự buông thả theo những sở thích của mình như đi thuyền Hiếm khi tôi thấy ông vui vẻ và rạng rỡ như trên con thuyền bé nhỏ cổ xưa kỳ lạ ấy", Fantova viết Einstein còn gửi thư cho Fantova, mà một số trong đó được bà ghi lại vào nhật ký Thư viện Princeton hiện cũng giữ một bộ sưu tầm các bài thơ, thư tay và ảnh mà

Einstein và người vợ thứ hai Elsa, đến Princeton năm 1933, khi Viện Nghiên cứu khoa học tiên tiến mới được thành lập Elsa qua đời 3 năm sau đó Fantova gặp nhà bác học vào năm 1929 ở Berlin Bà đến Mỹ một mình năm

1939 và với sự thúc giục của Einstein, đã xin vào làm ở thư viện Đại học Bắc Carolina.

sau khi chị bà qua đời, mẹ bà cũng qua đời Marie rất chăm chỉ học tập, có khi bỏ cả ăn vàngủ để học Sau khi học xong trung học, Marie bị suy nhược thần kinh một năm Vì là phụ

nữ, Marie không được nhận vào trường đại học nào ở Nga hay Ba Lan cho nên bà đã làmngười dạy trẻ trong vài năm Cuối cùng, với sự tài trợ của một bà chị, Marie đến Paris đểhọc hóa học và vật lý tại trường Sorbonne, nơi mà sau này bà trở thành giảng viên phụ nữ

Tại trường Sorbonne bà gặp và kết hôn với Pierre Curie, một giảng viên khác Họ cùng nhaunghiên cứu các vật chất phóng xạ, đặc biệt là quặng urani uraninit, có tính chất kỳ lạ làphóng xạ hơn chất urani được chiết ra Đến 1898 họ đã có giải thích hợp lý: uraninit có mộtchất phóng xạ hơn urani; ngày 26 tháng 12 Marie Curie tuyên bố sự hiện hữu của chất này.Sau nhiều năm nghiên cứu họ đã tinh chế vài tấn uraninit, ngày càng tập trung các phầnphóng xạ, và cuối cùng tách ra được chất muối clorua (radium chloride) và hai nguyên tốmới Nguyên tố thứ nhất họ đặt tên là polonium theo tên quê hương của Marie (Polognetheo tiếng Pháp, Polska theo tiếng Ba Lan), và nguyên tố kia tên radium vì khả năng phóng

Năm 1903 bà được nhận giải Nobel vật lý cùng với chồng Pierre Curie và Henri Becquerelcho các nghiên cứu về bức xạ Bà là người phụ nữ đầu tiên nhận giải này.Tám năm sau, bà nhận giải Nobel hóa học trong năm 1911 cho việc khám phá ra hainguyên tố hóa học radium và polonium Bà cố ý không lấy bằng sáng chế tiến trình táchradium, mà để các nhà nghiên cứu tự do sử dụng nó

Bà là người đầu tiên đoạt, hay chia cùng người khác, hai giải Nobel Bà là một trong haingười duy nhất đoạt hai giải Nobel trong hai lĩnh vực khác nhau (người kia là Linus Pauling).Sau khi chồng bà qua đời, bà có một cuộc tình với nhà vật lý Paul Langevin, một người đã

có vợ và bỏ vợ, gây ra một cuộc xì căng đan Tuy bà là một nhà bác học được coi trọng tạiPháp, dư luận Pháp có phần bài ngoại vì bà là một người nước ngoài, từ một nơi ít người biếtđến (lúc ấy Ba Lan là một phần của Nga) và có nhiều người gốc Do Thái (Marie là một người

vô thần lớn lên trong một gia đình Công giáo, nhưng việc đó không ảnh hưởng đến dư luận).Hơn nữa, Pháp lúc đó hãy còn rung động về vụ Dreyfus Điều ngẫu nhiên là sau này cháutrai của Paul Langevin là Michel đã kết hôn với cháu gái của Marie Curie là Hélène Langevin-Joliot

Trong Đệ nhất thế chiến, bà vận động để có các máy chụp tia X di động để có thể điều trịcác thương binh Những máy này được cung cấp lực từ xạ khí radium, một khí không màu,phóng xạ từ radium, sau này được nhận ra là radon Marie đã lấy khí này từ radium bà đãtinh chế Ngay sau khi chiến tranh bắt đầu, bà đã bán giải Nobel làm bằng vàng của mình

Năm 1921, bà đã đến Hoa Kỳ để gây quỹ trong cuộc nghiên cứu radium Bà được đón tiếp