1901 - 1910 Bình minh của vật lý học hiện đại

1901 – 1910 Bình minh c a v t lí h c hi n đ i Như ã lưu ý cu i ph n Gi i thi u, khám phá th p niên u tiên c a th k 20 ã làm ch n ng n n t ng c a v t lí h c Nh ng chuy n bi n l n n n khoa h c ó mang l i t cơng trình c a nhi u nhà tư tư ng cách tân, khơng có ý tư ng có s c nh hư ng nhi u ý tư ng c a m t viên ch c s c p b ng sáng ch Th y Sĩ ngư i g c c tên Albert Einstein (1879 – 1955) Năm 1905, ông ã cho công b ba báo làm thay i phương th c nhà v t lí nhìn nh n không gian th i gian, v t ch t lư ng, h t sóng Ơng gi i thích l i nh lu t Newton l n h phương trình Maxwell theo m t cách lo i tr nhu c u vi n n ê-te Ông ch r ng kh i lư ng lư ng nh ng m t khác c a m t hi n tư ng v t lí Ơng gi i thích thí nghi m ã bi t nh m ch ng minh ngun t có th t, ch khơng ơn thu n m t khái ni m h u ích dùng tìm hi u hóa h c Nh ng ý tư ng l n không h n y sinh t hư vô Cơ s cho khám phá c a u th k 20 ã thi t l p vào gi a cu i nh ng năm 1890, nhà v t lí ang nghiên c u m i liên h gi a i n h c v t ch t H bi t r ng i n t n t i dư i d ng i n tích dương âm gi ng nguyên t - nh ng lư ng i n tích nh xíu, khơng th chia c t thu c m t c nh t nh – không gi ng ch t l ng có th trích c Các nguyên t có th trung hịa i n, ho c chúng có th t n t i d ng ion tích i n Nhưng i n gì, liên quan th v i v t ch t? Nghiên c u tia catơt dư ng có kh nh t mang l i s hi u bi t sâu s c cho câu h i Tia ca-tơt nh ng chùm tia kì l xu t hi n ng th y tinh hàn kín t ó a ph n khơng khí ã c bơm Bên ng y hai i n c c – m t c c âm ca-tôt m t c c dương a-nôt – v i m t i n áp (áp su t i n) l n gi a chúng Khi ca-tơt b un nóng, phát m t chùm tia làm cho khơng khí cịn l i xung quanh lóe sáng N u chùm tia ó p vào thành ng, th y tinh lóe sáng Nh ng k t qu kì l Ngày tháng 11 năm 1895, nhà v t lí ngư i c Wilhelm Rưntgen (1845–1923) ang nghiên c u tia ca-tơt ơng phát hi n m t hi n tư ng l Ông bi t tia ca-tơt có th gây s phát sáng huỳnh quang, ơng có m t huỳnh quang phịng thí nghi m c a nghiên c u chúng Nhưng vào hôm này, ông không s d ng ó Ơng t xa ng tia ca-tơt b c gi y bìa en c ng, phịng thí nghi m t i, Rưntgen ý th y ang lóe sáng Cái có th gây hi n tư ng ó? Sau m t s thí nghi m, Rưntgen phát hi n th y tia ca-tôt ang gây m t d ng b c x chưa bi t, mà ông g i tia X, phát t a-nơt Tia X có th i xuyên qua nh ng lo i v t ch t nh t nh – ví d th y tinh c a ng tia ca-tôt – không xuyên qua nh ng ch t khác, chúng s làm en kính nh (Ngày nay, ngư i ta bi t tia X m t d ng sóng i n t lư ng cao) L ch s V t lí th k 20 ◊1 Ngay u tháng ti p sau ó, nhà v t lí ngư i Pháp Henri Becquerel (1852–1908) phát hi n m t h p ch t c a uranium t o c b c x làm en kính nh Lúc u, ơng nghĩ r ng ã tìm m t ngu n khác phát tia X, ông s m phát hi n th y “tia uranium” m t hi n tư ng hoàn toàn khác Khám phá c a Becquerel sau ó c g i s phóng x , v t lí hóa h c khác nhanh chóng nh p cu c, ó có nhà hóa h c g c Ba Lan Marie Curie (1867–1934) Pháp Gerhardt Schmidt c Làm vi c c l p v i vào năm 1898, t ng ngư i h ã phát hi n s phóng x thorium Cu i năm ó, Marie Curie ch ng c a bà, Pierre Curie (1859–1906), phát hi n hai nguyên t phóng x trư c ó chưa bi t, radium polonium, qu ng uranium S phóng x thu hút s ý c a Joseph John (“J J.”) Thomson (1856– 1940), giám c Phịng thí nghi m Cavendish n i ti ng th gi i t i trư ng i h c Cambidge Anh Ngay ông nghe nói t i khám phá c a Becquerel, ơng l p t c quy t nh nghiên c u tia bí n ó Ơng giao nhi m v cho Ernest Rutherford (1871–1937), m t sinh viên tr ng m i trư ng n t New Zealand vào mùa thu trư c ó Năm 1898, Rutherford phát hi n hai d ng phóng x khác bi t t tên cho chúng theo hai kí t u tiên b ch Hi L p Tia alpha có th ch n d ng l i b i m t vài nhơm, tia beta có tính âm xun m nh nhi u C hai u h t tích i n – tia alpha mang i n tích dương tia beta mang i n tích âm Trong ó, Thomson ang ti n hành thí nghi m th n tr ng c a riêng ông xác nh xem tia ca-tôt hi n tư ng sóng hay h t Năm 1897, ông công b k t qu c a mình: Tia ca-tơt dịng g m h t nh xíu mang i n tích âm Ơng g i h t ó ti u th , ông gi s m i ti u th mang ơn v i n tích b n c a t nhiên Các phép o c a ông gi thuy t ó ã ưa ơng n k t lu n l lùng sau ây v kích c c a h t ti u th : Kh i lư ng c a m t ti u th chưa t i m t ph n nghìn kh i lư ng c a nguyên t hydrogen, nguyên t nh nh t b ng tu n hoàn nguyên t (Các phép o ngày thi t t giá tr ó nh 1/1800) Khi nhà khoa h c tìm hi u thêm v hành tr ng c a nh ng ti u th nguyên t , chúng tr nên mang tên electron Có hai l i gi i thích kh dĩ Ho c gi thuy t c a ông v ơn v i n tích c a ti u th sai th t có 1000 ơn v i n tích âm, ho c kh i lư ng c a th t s h t s c nh M t i n tích 1000 ơn v khơng có ý nghĩa, nên Thomson v t lí khác k t lu n r ng ti u th nh ng h t nh nhi u so v i nguyên t L ch s V t lí th k 20 ◊2 Các tia bí n h t h nguyên t không ph i nh ng b t ng nh t v t lí h c th k 19 k t thúc Năm 1900, lóe sáng quen thu c c a v t b nung nóng ã ưa nhà v t lí ngư i c Max Planck (1858–1947) vào m t chi u hư ng b t ng ưa n gi i thư ng Nobel V t lí năm 1918 S d ng h c th ng kê mô t t c dao ng khác c a nguyên t c a m t v t b nung nóng, Planck ã tính c ph ánh sáng mà phát – nghĩa là, cư ng phát sáng bi n thiên th theo nh ng màu s c khác – so sánh tính tốn c a ơng v i ph o c c a g i b c x v t en c a nh ng nhi t khác Marie Curie, v i ch ng, Piere Curie, v i ngư i bà chia s gi i Nobel V t lí năm 1903 ( nh: AIP Emilio Segrè Visual Archives) L ch s V t lí th k 20 ◊3 Các phép o th t quen thu c: V t th không phát ánh sáng kh ki n ngu i tr nên m c nung nóng lên vài trăm nhi t lúc cao, phát ánh sáng chói, r i màu vàng N u có th nung nóng lên n nhi t c a M t tr i, s có màu vàng chói Các màu s c ó khơng thu n t, mà h n h p ánh sáng nh ng bư c sóng khác nhau, gi ng Isaac Newton khám phá ánh sáng m t tr i thí nghi m n i ti ng c a ơng 200 năm trư c Planck trình bày quang ph b ng th T trái sang ph i theo tr c hoành, màu s c chuy n t h ng ngo i sang , băng qua ph kh ki n chuy n n tím, ngồi ó vùng t ngo i Tr c tung bi u di n cư ng sáng Giá tr s tr c hoành t n s c a ánh sáng hay t c mà nh sóng i qua m t i m cho trư c T n s tăng t h ng ngo i sang t ngo i, i qua d i màu - n-tím kh ki n gi a M i quang ph tc c i m t t n s nh t nh i khái tương ng v i màu s c mà ngư i ta trơng th y Sau ó cư ng gi m nhanh nh ng t n s cao Ernest Rutherford J.J Thomson nhi u năm sau nghiên c u tiên phong c a h v tia ca-tơt s phóng x ( nh: AIP Emilio Segrè Visual Archive, Bainbridge Collection) Các tính tốn c a Planck mang l i tin t t l n tin x u Tin t t ph tính c phù h p v i ph o c, c bi t vùng h ng ngo i; tin x u th t b i, khơng tiên ốn c c c i Th t v y, phép tính c a ông tiên oán m t cư ng tăng mãi i v i t n s cao Cho nên Planck ã i tìm ý tư ng làm th thay i mơ hình h c th ng kê c a ơng hi u ch nh tốn t n s cao y (bài toán nh ng năm sau nhà khoa h c g i “cái ch t mi n t ngo i”) Phương pháp c a ơng có ph n i ngư c l i h phương trình Maxwell Các phương trình ó cho phép sóng n t có cư ng b t kì t r t m n r t sáng m i giá tr gi a i u ó có nghĩa lư ng ánh sáng gi ng m t ch t l ng có th o m t lư ng b t kì Thay th , Planck quy t nh xem lư ng ánh sáng gi ng nguyên t hay nh ng h t cát N u h t y nh , lư ng có th o h u L ch s V t lí th k 20 ◊4 gi ng ch t l ng, th c i u ch nh b i m t công t c sáng t i c a èn i n Nhưng nh ng h t l n t o nh ng khe tr ng k gi a m c khác c a sáng, gi ng m t bóng èn ba c c Max Planck, ngư i có nghiên c u ánh sáng phát b i v t en ưa n ý tư ng lư ng t ( nh: AIP Emilio Segrè Visual Archives) Planck ã g i m t h t lư ng m t lư ng t b o toàn s phù h p t t gi a tiên ốn c a ơng phép o vùng h ng ngo i, ông bi t c n n nh ng lư ng t nh nh ng t n s th p Nhưng lo i tr v n vư ng m c mi n t ngo i, ông c n nh ng lư ng t l n nh ng t n s cao Ông ã b t u v i cách ơn gi n nh t có th làm i u ó Ơng vi t công th c bi u di n lư ng c a m t lư ng t b ng m t b i s l n t n s c a c bi t, Planck ch n m t b i s thích h p, hình d ng ph tính c c a ơng ăn kh p v i ph o c m i t n s t h ng ngo i n t ngo i Ban u Planck nghĩ có l ơng c n m t b i s khác cho t ng nhi t , ông phát hi n th y b i s ó ho t ng t t m i nhi t Ngày nay, b i s ó c g i h ng s Planck Planck nh n th c c r ng s ó nói lên m t quan tr ng v b n ch t c a ánh sáng, ơng khơng bi t ó Ơng ã phát minh lư ng t khơng m t th thu t tính tốn khéo léo, ông v p ph i th dư ng có th t Th k 19 ã m v i thí nghi m c a Young xác l p r ng ánh sáng m t hi n tư ng sóng Gi thì, năm cu i c a th k y, lí thuy t c a Planck ang ng ý r ng sau r t ánh sáng có th m t dịng h t Hai k t qu mâu thu n v i nhau, nhà v t lí khơng th ph nh n k t qu s chúng Vi c gi i quy t mâu thu n ó s ưa v t lí h c ti n vào nh ng l trình khơng d ki n trư c c a th k 20 L ch s V t lí th k 20 ◊5 Tính tốn c a Planck v ph ánh sáng phát b i m t v t b nung nóng phù h p v i ph o c mi n h ng ngo i l i sai kh p nghiêm tr ng mi n t ngo i Ông ưa khái ni m lư ng t lo i tr s trái ngư c ó, m c dù khơng phù h p v i lí thuy t sóng c a ánh sáng Th k m i, vi n c nh m i Lúc u, vi c khám phá m t h t h nguyên t s xu t hi n tr l i c a câu h i sóng-hay-h t v b n ch t c a ánh sáng dư ng ch ng e d a b c tranh khoa h c ưa thích c a nhà v t lí u th k 20 Nó v n d a s v ng ch c c a nh lu t Newton v chuy n ng h p d n, h phương trình i n t h c Maxwell S b o toàn kh i lư ng lư ng v n hai s nguyên lí n n t ng c a Nhưng s n n t ng y s p s a lung lay N n v t lí h c ang bi n chuy n, ngư i ch u trách nhi m m t k dư ng ch ng có tên tu i vào năm 1901, Albert Einstein V a h c xong i h c t i Vi n Bách khoa Zurich m t năm trư c ó tu i 21, Einstein b t u th k m i v i vi c i tìm m t cơng vi c làm, ông ã không may m n cho l m M t s giáo sư d y c a ông nh n ông r t thông minh tài trí, ơng ngang bư ng t i m c h mi n cư ng thuê ông làm ph tá hay khun ơng i tìm vi c làm khác t t Einstein ã hai l n m ương vai trò d y h c nh t th i trư c ơng tìm c m t ch làm lâu dài, v i tư cách m t chuyên viên kĩ thu t, h ng ba, S c p b ng sáng ch Th y Sĩ, vào năm 1902 Cơng vi c ó hóa th t lí tư ng Nó khơng kh t khe cho l m, cho phép ơng có nhi u th i gian suy nghĩ v nh ng câu h i l n c a v t lí h c v a h c l y b ng ti n sĩ t trư ng i h c Zurich Năm 1905, ơng khơng nh ng hồn thành lu n án ti n sĩ c a mình, mà ơng cịn vi t ba báo công b t p san khoa h c Annalen der Physik (Biên niên V t lí h c) M i báo nói v m t tài khác nhau, m i báo m t ki t tác Lư ng t Hi u ng quang n Bài báo th nh t c a Einstein, “M t quan i m m i v s s n sinh truy n ánh sáng”, i gi i toán lư ng t Planck m t khám phá th c nghi m gây thách g i hi u ng quang i n Năm 1902, Philipp Lenard (1862–1947) phát hi n th y ánh sáng chi u lên m t i n c c kim lo i, dư i nh ng i u ki n nh t nh, có th làm cho L ch s V t lí th k 20 ◊6 electron b t M i kim lo i hành x khác nhau, t t c có m t c i m gây thách - ó m t ngư ng t n s i v i ánh sáng, dư i ngư ng ó hi u ng bi n m t Gi i h n quang i n i v i m i kim lo i khác nhau, thay i t ánh sáng lam i v i m t s kim lo i n ánh sáng t ngo i i v i m t s kim lo i khác Dư i gi i h n ó, khơng có electron phát ra, cho dù cư ng sáng m nh Trên gi i h n ó, c ánh sáng m nh t có th gi i phóng electron kh i b m t kim lo i Einstein công nh n gi i h n quang i n b ng ch ng cho lư ng t Planck, v n phát minh mang tính toán h c nhi u Chúng th t h t – bó lư ng ánh sáng – sau g i photon Ông gi i thích sau: gi i phóng m t electron kh i m t kim lo i c n m t lư ng lư ng nh t nh g i cơng H ng s Planck liên h lư ng c a m t lư ng t ánh sáng v i t n s c a i v i m t lư ng t gi i phóng m t electron kh i kim lo i, lư ng c a l n cơng thốt, nghĩa t n s c a ph i cao Trên ngư ng t n s ó, cho dù ánh sáng m bao nhiêu, m i lư ng t có lư ng gi i phóng m t electron Dư i ngư ng t n s ó, cho dù có lư ng t , v n khơng có m t lư ng t có lư ng ánh b t m t electron Albert Einstein m t viên thư kí 26 tu i t i s c p b ng phát minh Bern, Th y Sĩ, vào năm 1905, ông công b ba báo làm bi n chuy n n n v t lí h c ( nh: AIP Emilio Segrè Visual Archives) Khơng khó khăn vi c ki m tra s ph ng ốn c a Einstein Các photon có t n s ngư ng bao nhiêu, chúng có nhi u lư ng có th trao cho electron phát Khi nhà v t lí ti n hành thí nghi m xác nh s ph thu c c a lư ng vư t m c ó vào t n s , h nh n th y k t qu phù h p v i tiên oán c a Einstein Như v y, hi u ng quang i n b ng ch ng không th ch i cãi r ng ánh sáng m t dòng h t – lư ng t c a Planck Nhưng nh ng hi n tư ng khác, ví d thí nghi m giao thoa c a Young, l i ch ng minh b n ch t sóng c a ánh sáng v i s ch c ch n khơng Tình th dư ng th t khó ch u, Einstein ch n l y quan i m nh t mà m t nhà v t lí có th có: T nhiên th , m trư c khoa h c i tìm cách mơ t Th nh tho ng, nhà khoa h c c n ph i i tìm nh ng cơng c ho c t v ng m i Th nh tho ng, h ph i t nh ng câu h i khác Trong trư ng h p này, vi c L ch s V t lí th k 20 ◊7 h i m t câu ho c này, ho c v b n ch t c a ánh sáng cách khơng úng, thí nghi m cho th y c hai th Gi câu h i làm th có th v y c Einstein gi i thích m t hi n tư ng gây thách g i hi u ng quang i n b ng cách công nh n r ng ánh sáng th t g m gói lư ng Nghĩa là, lư ng t Planck ã xu t không ch ơn thu n m t s ti n l i toán h c Ngày nay, nhà v t lí g i lư ng t ánh sáng photon Chuy n đ ng Brown tính xác th c c a nguyên t Bài báo th hai c a Einstein vào năm 1905 “V chuy n ng c a h t nh lơ l ng ch t l ng cân b ng theo thuy t ng h c phân t c a nhi t”, s d ng h c th ng kê phân tích quan sát c a nh ng nhà khoa h c khác v m t hi n tư ng g i chuy n ng Brown Kho ng 80 năm trư c ó, nhà th c v t h c ngư i Scotland Robert Brown, ngư i có tên c t cho hi u ng, ã quan sát h t ph n hoa lơ l ng m t ch t l ng qua m t kính hi n vi Brown ý th y h t ph n hoa chuy n ng nhát g ng theo nh ng qu o khơng có quy t c Trong nh ng năm sau ó, nhà khoa h c khác ã ti n hành phép o xác c a chuy n ng Brown công b k t qu c a h Einstein nh n r ng nh ng l c lư khơng theo quy lu t ó k t qu c a nh ng va ch m v i phân t c a ch t l ng Ơng tính c h t chuy n ng bao xa bao nhanh gi a nh ng l n va ch m c th ng zic zăc b nh hư ng th b i L ch s V t lí th k 20 ◊8 s thay i nhi t Ông so sánh tính tốn c a v i phép o th c nghi m nh n th y chúng phù h p v i M c dù nguyên t phân t ơn l v n chưa c quan sát, nh ng tính toán c a Einstein cho th y tr c ti p r ng chúng t n t i Einstein gi i thích qu o ng u nhiên c a h t nh xíu lơ l ng ch t l ng, g i chuy n ng Brown, k t qu c a nh ng va ch m v i nguyên t hay phân t c a ch t l ng y, mang l i b ng ch ng quan sát tr c ti p u tiên c a nguyên t phân t Thuy t tương đ i đ c bi t Bài báo th ba năm 1905 c a Einstein c m i ngư i bi t t i nhi u nh t T a “V i n ng l c h c c a v t ang chuy n ng”, ã nêu lí thuy t tương i c a ông làm thay i cách th c nhà v t lí nhìn nh n khơng gian th i gian Lí thuy t y phát tri n t quan i m c a Einstein v ê-te truy n ánh sáng Ông nh n r ng ê-te, n u t n t i, khơng m t mơi trư ng ó sóng n t truy n qua Nó mang l i m t s c nh – m t h quy chi u – ó ngư i ta có th o m i chuy n ng vũ tr M t i m c bi t vũ tr có th gán cho g c t a , nơi ba tr c vng góc (nhi u tr c) g p Nh ng tr c ó có th gán x, y, z (ho c ông-tây, b c-nam, trên-dư i) M i i m b t kì vũ tr s c xác nh b i ba s , ch rõ kho ng cách c a n g c t a d c theo ba tr c y mô t ng i c a m t v t chuy n ng, ngư i ta ch c n giá tr c a ba s ó nh ng th i i m khác M i v t hay sóng b t kì có th chuy n ng so v i h quy chi u ó, ê-te t v n ng yên i u ó n cho ê-te m t h quy chi u t i Các nhà khoa h c g n li n v i qu t ch có th o chuy n ng tương i c a L ch s V t lí th k 20 ◊9 m t i v i nh ng thi t b c a h xác nh chuy n ng t i c a v t ó, h c n ph i o chuy n ng t i c a nh ng thi t b y i v i ê-te Trong nhi u năm, nhà khoa h c ã th làm th , h ln ln khơng thành cơng Ví d , h ã th phát hi n nh ng sai l ch nh gi a t c c a nh ng chùm ánh sáng truy n theo hư ng chuy n ng c a Trái t, ngư c v i hư ng ó, vng góc v i hư ng ó Nh ng thi t b r t nh y ã khơng tìm b t c s sai l ch M t s ngư i gi i thích s th t b i trư c vi c phát hi n nh ng sai l ch y b ng ch ng r ng ê-te không h t n t i Einstein ti n m t bư c xa n a Ơng nói r ng s khơng t n t i c a ê-te có nghĩa vũ tr khơng có h quy chi u t i Chuy n ng c a m t hay sóng ch có th o tương i so v i nhau, ch khơng i v i vũ tr c Quan i m v tính tương i c a Einstein m t s m r ng t nhiên c a tư tư ng khoa h c ã có trư c ó Ban u, ngư i ta ã xem Trái t trung tâm b t d ch c a m i th Sau ó, h nh n r ng Trái t m t hành tinh ang chuy n ng m t h m t tr i l n Ph n ng t nhiên c a ngư i ó t M t tr i làm trung tâm c a vũ tr Nhưng vào th i Einstein, nhà thiên văn ã có th nói c ang chuy n ng so v i H khơng cịn có lí nghĩ r ng M t tr i – hay b t kì ngơi khác – chi m gi m t v trí c bi t vũ tr T vi n c nh ó, th t ch ng khó khăn vi c t b quan ni m v m t h quy chi u t i i u ó ã ưa Einstein n phát bi u nguyên lí v t lí b n sau ây: N u hai nhà quan sát ang chuy n ng t c không i so v i nhau, khơng có h quy chi u c a nhà quan sát hai ngư i ưu tiên h quy chi u c a ngư i Khơng th th c hi n b t kì quan sát xác nh c ngư i ang chuy n ng, ngư i ng yên t i vũ tr Nguyên lí ơn gi n ó mang l i m t s h qu b t ng Như ã lưu ý ph n Gi i thi u, h phương trình Maxwell tiên oán s t n t i c a sóng n t truy n i m tt c h u h n i u ó có nghĩa hai nhà quan sát, b t ch p chuy n ng tương i c a h , ph i o c t c i v i m t chùm b c x i n t Nhưng phát bi u ó khơng phù h p v i kinh nghi m hàng ngày Gi s m t c u th ném bóng chày ang ng c a m t oàn tàu h a ang chuy n ng t c 50 d m gi (80 km/h), gi s ném m t qu bóng v i t c 100 d m gi (161 km/h) theo hư ng chuy n ng c a oàn tàu M t ngư i ng m t t s o ct c c a 100 + 50 = 150 d m gi (241 km/h) N u ném phía sau, ngư i m t t s o c t c c a 100 – 50 = 50 d m gi theo hư ng ngư c l i Nhưng m i th khác i qu bóng chày c thay th b ng m t ch p sáng Ngun lí tương i tiên ốn t c c a ánh sáng – t c c trưng b i h phương trình Maxwell – cho c ngư i quan sát m t t c u th bóng chày ồn tàu, cho dù ồn tàu ang chuy n ng bao nhanh theo hư ng l i g n hay xa hư ng ngư i c u th chi u ch p sáng ó úng k t qu mà nhà khoa h c trông th y h ã th th t b i trư c vi c phát hi n nh ng sai l ch t c ánh sáng Trái t chuy n ng 66.000 d m m i gi (106.000 km/h) qu o c a xung quanh M t tr i Thuy t tương i Einstein d n n m t s hi n tư ng x y nh ng t c tương i cao dư ng kì l ánh giá b ng kinh nghi m ngư i hàng ngày Nó bu c nhà v t lí thay i cách th c h nhìn nh n khơng gian th i gian, i u ó nh hư ng n cách hi u toán h c c a nh lu t chuy n ng c a Newton h phương trình Maxwell L ch s V t lí th k 20 ◊ 10 Thí d , vi c o chi u dài c a m t v t òi h i xác nh i m cu i c a m t cách ng th i i u ó nghĩa phép o chi u dài òi h i nhà quan sát ph i ng b hóa ng h nh ng nơi khác Các ng b có th ng b hóa b ng cách truy n m t tin nh n “bây gi m y gi ” t m t b truy n trung tâm Khi tin nh n ó, truy n i t c ánh sáng, i n m t ng h ng h t ng t l i gi theo kho ng cách c a n b truy n Nhưng có m t s r c r i: Các nhà quan sát chuy n ng nh ng h quy chi u so v i không th ng nh t c v i v s ng b hóa L y ch p sáng tàu h a làm m t thí d Gi s ngư i quan sát m t t c u th ném bóng chày có nh ng thư c o mét ng h c c kì xác, gi ng h t Trư c thí nghi m b t u, ngư i quan sát c u th ném bóng chày ng b hóa ng h c a h b ng cách bát m t ch p sáng t i gi a ồn tàu Do chuy n ng c a oàn tàu, nên ngư i quan sát ý th y ch p sáng i t i ng h phía sau xe trư c i t i ng h phía trư c Vì h quy chi u c a ngư i quan sát, ánh sáng truy n i chưa c phân n a chi u dài c a oàn tàu trư c ph n sau oàn tàu b t g p ch p sáng ã truy n i phân n a oàn tàu trư c ch p sáng g p ph n trư c oàn tàu i v i c u th ném bóng chày, ánh sáng truy n i kho ng cách b ng n hai u c a ồn tàu th i t i ó m t lúc Trong h quy chi u c a anh ta, hai ng h ng b hóa xác v i nhau, h quy chi u c a ngư i quan sát, chi c ng h phía sau ch y ch m, cịn chi c ng h phía trư c ch y nhanh Xét tình hu ng tương t t h quy chi u c a c u th ném bóng chày, th y ngư i quan sát ang chuy n ng theo hư ng ngư c l i, ng h c a ngư i quan sát không ng b i v i theo ki u gi ng h t ng h c a không ng b i v i ngư i quan sát Vì ngun lí tương i phát bi u r ng khơng có h quy chi u t t h kia, c hai ngư i u úng nh ng quan sát c a h Nói cách khác, k t lu n c a c u th ném bóng chày c a ngư i quan sát v s ng th i khác nhau, tùy thu c vào chuy n ng tương i c a h T gi s ơn gi n r ng khơng có h quy chi u t i d n n k t qu b t ng s ng th i có tính tương i! Phân tích tương t d n n nh ng k t lu n b t ng v chi u dài c a thư c mét t c ng h gõ nh p Các v t ang chuy n ng m t h quy chi u b co ng n l i theo chi u chuy n ng so v i nh ng v t gi ng v y ang ng yên Các ng h ang chuy n ng m t h quy chi u ch y nhanh nh ng ng h gi ng v y ang ng yên Ngư i quan sát c u th ném bóng chày nhìn nhau, m i ngư i ý th y ngư i có thư c o mét co ng n l i ng h ch y ch m so v i chúng ng yên Nhưng hai ngư i quan sát m t thí nghi m v i nh ng thư c o mét chi u dài khác ó nh ng ng h ng b khác ó ang ch y nh ng t c khác nhau, h ng ý v i v nh lu t c a t nhiên N u khơng m t h quy chi u s ưu tiên so v i h M t “thí nghi m tư ng tư ng”, m t nh ng kĩ thu t ưa thích c a Einstein, có th làm sáng t i u Gi s c u th ném bóng chày ng phía sau m t toa tàu chi u ánh sáng v phía trư c t i m t detector t phía trư c tàu h a, ph i o chi u dài theo micro giây ánh sáng (lms), ho c 1000 nano giây ánh sáng (lns) (Micro giây ánh sáng kho ng cách ánh sáng truy n i m t micro giây, kho ng 984 feet, hay 300 mét, tính theo ơn v hàng ngày M t nano giây ánh sáng b ng 1/1000 kho ng cách ó) Tàu h a ang chuy n ng t c b ng n a t c ánh sáng i v i m t t C c u th ném bóng chày l n ngư i quan sát u ghi th i i m v trí ánh sáng lóe lên (s ki n A) th i i m v trí ánh sáng i t i detector (s ki n B) Sau ó, h so sánh lưu ý có c L ch s V t lí th k 20 ◊ 11 C u th ném bóng chày nói ánh sáng m t m t micro giây ch m t i phía trư c ồn tàu Như gi n trang sau th hi n rõ, ngư i quan sát th y m i th r t khác Ngư i quan sát o chi u dài oàn tàu ang chuy n ng th y ng n hơn, x p x 86,6% chi u dài mà c u th ném bóng chày o c, hay 866 lns C u th ném bóng chày, t t nhiên, ý th y ch ng có b t thư ng xung quanh Theo ngư i quan sát, ó thư c o mét c a c u th ném bóng chày b co ng n l i Hai gi thuy t ơn gi n c a Einstein cho thuy t tương i c bi t (t c ánh sáng i v i m i nhà quan sát khơng có h quy chi u ưu tiên so v i h chúng chuy n ng t c không i tương i so v i nhau) ưa n m t s hi n tư ng t c cao có v kì c c phán xét b ng kinh nghi m ngư i hàng ngày ây, nhìn b i ngư i quan sát tr m xe l a ng yên so v i quy n sách này, m t oàn tàu i qua tr m t trái sang ph i n a t c ánh sáng Nó mang m t b c tư ng c a Albert Einstein c v y h t b c tư ng úng dư i tr m Ph n A th hi n m t ch p sáng ph n sau c a oàn tàu i qua rìa bên trái c a sân ga, kích ho t ng h sân ga tàu t i i m ó b t u ch s khơng Ph n B th hi n ánh sáng i t i u bên ph i c a sân ga lúc ph n trư c c a oàn tàu i t i i m ó S ki n ó kích ho t m t c p ng h khác b t u ch y v i nh ng thi t t th i gian khác Vì ngư i quan sát oàn tàu sân ga ph i o c t c ánh sáng b ng b t k chuy n ng tương i c a h , nên h không th ng ý v i v s ng b c a ng h c a h , t c ngư i chi c ng h ó gõ nh p, ho c chi u dài c a v t o theo hư ng c a chuy n ng tương i M i ngư i quan sát ý th y ng h c a ngư i ch y ch m chi u dài b co ng n l i ( ó lí b c tư ng ồn tàu c v g y hơn) Vì khơng có h quy chi u ưu tiên hơn, nên c hai ngư i u úng quan sát ó! i u c gi i thích ph n trình bày ch c a chương Chùm ánh sáng truy n i t c ánh sáng, h quy chi u c a ngư i quan sát, ph n trư c c a oàn tàu ang di chuy n v phía trư c n a t c ó Ánh sáng t s ki n A b t k p phía trư c c a ồn tàu (s ki n B) sau 1732 nano giây, th i gian ó ánh sáng ã truy n i hai l n chi u dài oàn tàu, hay 1732 lns Do s khác bi t v t c ng h , ngư i quan sát phán oán r ng ng h c a c u th ném bóng chày gõ nh p 1,5 micro giây th i gian ó, c u th ném bóng ch o c m t micro L ch s V t lí th k 20 ◊ 12 giây hai ng h ng b hóa l ch 0,5 micro giây (micro giây c a c u th ném bóng, khơng ph i c a ngư i quan sát) Khơng có s b t ng c a ngư i quan sát v i c u th ném bóng chày vi ph m nh lu t c a t nhiên Chúng ch xung t v i nh ng quan ni m c a ngư i v không gian th i gian ã phát tri n t kinh nghi m nh ng t c tương i nh nhi u so v i t c ánh sáng N u ngư i quan sát c u th ném bóng chày s ng m t th gi i ó t c tương i thư ng m t ph n k c a t c ánh sáng, kinh nghi m hàng ngày c a h s có nh ng thư c o mét có chi u dài ph thu c vào cách th c h chuy n ng, ng h ch y nh ng t c khác chuy n ng nh ng t c khác nhau, khơng có s ng th i t i Ngư i quan sát c u th ném bóng chày ng ý r ng s ki n A x y t i nơi ch p sáng lóe lên phía sau ồn tàu – m c dù hai b thi t b c a h cho nh ng giá tr o khác cho v trí th i gian Tương t , h ng ý r ng s ki n B x y t i nơi ánh sáng ch m t i detector phía trư c ồn tàu, m c dù m t l n n a v i nh ng s xác nh v trí th i gian không gi ng B t k s khác bi t gi a nh ng s o c, h ng ý v i v i u này: Chùm ánh sáng truy n i t c c tiên ốn b i h phương trình Maxwell ó m t quy lu t c a t nhiên, ph i c hai h quy chi u Tính tương i mang l i s b t ng ngư i quan sát c u th ném bóng chày gi i thích m t thí nghi m i n ơn gi n Gi s m i ngư i ang th c hi n m t thí nghi m nh ng s b trí phịng thí nghi m y h t nhau, h o l c i n gi a hai qu c u tích i n Vì m t i n tích ang chuy n ng m t dòng i n, dịng i n t o t trư ng, nên m i ngư i nhìn vào thí nghi m c a ngư i quan sát không ch l c i n, mà cịn có l c t n a Khi áp d ng nguyên lí tương i cho h phương trình Maxwell, i n trư ng t trư ng khơng cịn nh ng th c th tách bi t mà thay vào ó m t trư ng i n t có th bi u hi n tính ch t i n hay tính ch t t nhi u tùy thu c vào chuy n ng tương i gi a thi t b quan sát ngư i ang th c hi n phép o B t ng lí thú nh t c a thuy t tương i không ph i n m báo th nh t c a Einstein v tài ó, mà n m m t b n th o mang t a “Quán tính c a m t v t có phj thu c vào lư ng c a khơng?” cơng b mu n năm 1905 B n th o y ã m r ng phân tích c a báo th nh t v ý nghĩa c a kh i lư ng, i lư ng s o m c quán tính c a m t v t Năng lư ng i n t ph i truy n i t c ánh sáng, m i th có kh i lư ng khơng bao gi t ct c ó, cho dù l c tác d ng lên m nh i n a cho l c tác d ng ó t n t i T c c a v t cao h quy chi u c a m t ngư i quan sát, l c tác d ng lên ph i l n làm tăng t c ó lên thêm m t lư ng cho trư c Công th c hi n lên làm cho qn tính – hay kh i lư ng - c a tăng lên Khi Einstein nhìn vào phiên b n m i c a ông v nh lu t c a chuy n ng so sánh chúng v i nh lu t Newton, ông nh n r ng s b o tồn ng lư ng v n úng tính n s tăng kh i lư ng Nhưng s b o tồn kh i lư ng ph i s a i, i u tương t v i s b o toàn lư ng i m m u ch t c a b n th o c bi u di n b i phương trình n i ti ng E = mc2, phát bi u r ng kh i lư ng lư ng hai m t c a m t hi n tư ng Kh i lư ng lư ng có th chuy n hóa l n nhau, th khơng c n thi t ph i b o tồn c l p Tuy nhiên, chúng v n c b o toàn xét chung v i Như v y, thuy t tương i ã k t h p hai nh lu t b o tồn ó thành m t n ây, c gi có th h i v t c bi t tiêu c a ph n Lí thuy t tương i trình bày ây cho trư ng h p c bi t c a hai h quy chi u ang chuy n ng m t t c tương i không i M t lí thuy t tương i t ng quát ph i tính n s L ch s V t lí th k 20 ◊ 13 gia t c hay v n t c tương i bi n thiên Vi c ó t khó khăn, Einstein cu i ã th c hi n thành công, s trình bày chương Ngun t có th phân chia đư c Einstein không ph i nhà v t lí nh t th c hi n nh ng khám phá quan tr ng th p niên u tiên c a th k 20 D a khám phá electron năm 1897, J.J Thomson nh ng ngư i khác ang b n r n kh o sát th gi i h nguyên t Thomson ti p t c s d ng thu t ng ti u th mô t electron nhi u năm Nhưng cho dù ơng g i gì, ơng bi t r ng vi c khám phá ã m nhi u l trình nghiên c u m i v t lí h c i v i th k m i M t s nhà nghiên c u ã nghiên c u b n thân electron, nh ng ngư i khác quan tâm n vai trò c a electron v t ch t Ch ng h n, n u electron, tích i n âm, b ph n c a nguyên t trung hịa i n, ngun t ph i ch a i n tích dương Vì electron nh , v t ch t tích i n dương l i ph i mang ph n l n kh i lư ng c a nguyên t V n s m tr nên rõ ràng s nguyên t c a m t nguyên t , i lư ng c trưng cho v trí c a b ng tu n hồn, tương ng v i s electron nguyên t c a – hay tương ương, tương ng v i i n tích dương ph n mang i n dương c a nguyên t (m c n lúc y h khơng bi t b ph n tích i n dương ó trơng th nào) Kh i lư ng nguyên t c a nguyên t khác liên h v i s nguyên t , không theo m t s t l ơn gi n Hydrogen nguyên t nh nh t có s nguyên t b ng m t, m t nguyên t helium, v i s nguyên t b ng hai, có kh i lư ng g p b n l n hydrogen Các ngun t n ng, ví d chì v i s nguyên t 82 kh i lư ng nguyên t kho ng 207 l n hydrogen, vư t kh i s t l ó Khơng bi t t i l i th Các nhà khoa h c nh n r ng electron nguyên cho hành tr ng hóa h c c a nguyên t Hóa tr c a m t nguyên t m t tính ch t mơ t cách ph n ng v i nguyên t khác Hóa tr liên h v i s electron mà óng góp cho ph n ng hóa h c chi ph i nh ng k t h p nh t nh c a nguyên t hình thành nên phân t Các nguyên t m t c t c a b ng tu n hồn có hóa tr b ng M c n y h không hi u c t i sao, nhà v t lí hóa h c cơng nh n r ng a s ngun t khơng ch có electron hóa tr mà cịn có nh ng electron khác khơng tham gia vào ph n ng hóa h c Ngư i ta s m bi t rõ dòng i n ch y dây kim lo i dòng electron T i m t s ch t, thí d kim lo i, d n i n nh ng ch t khác khơng d n i n chưa c hi u rõ, rõ ràng m t s electron không liên k t ch t ch v i nguyên t hay phân t c a chúng so v i nh ng electron khác Trong s nh ng nhà v t lí vào bu i chuy n giao c a th k 20, Ernest Rutherford nhanh chóng n i lên m t nhân v t hàng u vi c tìm hi u s phóng x l n c u trúc bên c a nguyên t Năm 1898, ông tr thành giáo sư t i trư ng i h c McGill Montreal, Canada, nơi ông ti p t c nghiên c u ông ã b t u v i Thomson Anh Ơng s m tìm m t d ng phóng x th ba, cịn âm xuyên c tia beta, mà ông g i m t cách t nhiên tia gamma, v i nh ng tính ch t tương t tính ch t c a tia X Cu i năm 1900, ông h p tác v i nhà hóa h c McGill, Frederick Soddy (1877 – 1956), h ã b t u th k m i th tìm hi u m t s s hóa h c r t kì l i v i s phóng x Ch ng h n, Rutherford Soddy ã chi t tách hóa h c nguyên t phóng x thu c m t nguyên t khác kh i m t m u ch y u thorium Ch t li u cịn l i ban u phóng x nhi u, sau ó lo i nguyên t phóng x mà h ã lo i xu t hi n tr l i, c th ch ng có chuy n x y Nh ng thí nghi m khác v i nh ng ch t phóng x khác mang l i nh ng k t qu gây thách tương t L ch s V t lí th k 20 ◊ 14 Khi h phân tích m u phóng x c a mình, h thư ng tìm th y nh ng ngun t hóa h c nh ng ch t khác nhau, v i kh i lư ng nguyên t khác Ph i m t vài năm nghiên c u th n tr ng, ngư i ta m i hi u c chuy n ang x y S phóng x ã mang l i cho nhà khoa h c nh ng g i ý v c u trúc bên c a nguyên t Rutherford Soddy nh n r ng s phóng x x y ph n tích i n dương c a nguyên t - cho dù – phát th ó Các k t qu c a h xác nh n r ng m t nguyên t “b m ” phát m t h t alpha, s nguyên t c a gi m i hai; nghĩa là, bi n i, hay bi n t , thành m t nguyên t “con” n m dư i hai s nguyên t b ng tu n hoàn Ngoài ra, kh i lư ng nguyên t c a gi m i b n, ưa h n ch nghi ng r ng m t h t alpha m t ngun t helium khơng có electron c a Nghiên c u ban u c a Rutherford cho th y tia beta electron Khi ph n tích i n dương c a m t nguyên t phóng x phát m t h t beta, nguyên t thu c có nhi u i n tích dương nguyên t b m Cho nên s bi n t phát x beta mang l i m t nguyên t cao m t s nguyên t b ng tu n hoàn Kh i lư ng electron nh nên nguyên t nguyên t b m có kh i lư ng nguyên t m c dù chúng khác bi t v m t hóa h c i v i b c x alpha l n beta, nguyên t thư ng có ho t tính phóng x b m i u ó gi i thích s tăng tính phóng x mà Rutherford Soddy quan sát th y nghiên c u c a h v i thorium nh ng nguyên t phóng x khác Các k t qu c a Rutherford Soddy gi i thích nh ng kh i lư ng khác ã c ý th y v i nh ng nguyên t gi ng h t v m t hóa tính Hai nguyên t có hành tr ng hóa h c nhau, ó m t nguyên t , n u chúng có i n tích Nhưng chúng v n có th có kh i lư ng khác (Sau này, Soddy g i nh ng nguyên t ng v Năm 1913, ông nh n r ng nh ng ng v khác t n t i i v i nguyên t phi phóng x , i u ó gi i thích ph n l m t s kh i lư ng nguyên t o c, ví d chlorine 35,5 Ngày nay, bi t chlorine xu t hi n t nhiên, s nguyên t 17, có hai ng v : m t ng v ph bi n v i 35 ơn v kh i lư ng m t ng v ph bi n v i 37 ơn v kh i lư ng) Năm 1908, Rutherford c trao gi i Nobel hóa h c cho cơng trình c a ơng v s bi n t (Soddy nh n gi i mu n hơn, năm 1921, cho gi i thích c a ơng v ng v ) Trong ó, nhà v t lí ang th o lu n sôi n i v c u trúc bên c a nguyên t Ph n v t ch t tích i n dương trơng electron hịa tr n v i th t o thành nguyên t ? M t ý tư ng ph bi n mơ hình “bánh bơng lan r c nho” c a J.J Thomson, hình dung nguyên t gi ng bánh ng t yêu thích c a ngư i Anh (N u Thomson ngư i Mĩ, ơng có th g i m u bánh mì nhân nho khơ) Mơ hình y hình dung nguyên t m t bánh bơng lan v i i n tích dương c a r i u kh p, electron nh xíu, tích i n âm g n vào bên gi ng nhân m t ho c nho khơ Các nhà v t lí khác có nh ng ý tư ng khác, hình dung nguyên t nh ng qu c u nh , c ng ch c, ch ng hi u b ng cách l i ch a electron tích i n âm, tr ng lư ng nh , m t s lư ng b ng v y h t h nguyên t tích i n dương, n ng Cho dù nghĩ mơ hình t t hơn, khơng có nhà v t lí hài lịng v i mơ hình u thích c a h Vì th , h hăm h ch ón m t ó tìm m t phương th c nhìn vào bên nguyên t Rutherford, năm 1907 ã tr l i Anh làm giáo sư t i trư ng i h c Manchester, có m t ý tư ng ti n hành công vi c th K ho ch c a ông s d ng h t alpha làm n, ông s b n chúng vào nh ng kim lo i m ng B ng cách o ng i c a chúng thay i th chúng i qua, ông có th suy lo i c u trúc mà chúng ã g p ph i M u bánh bơng lan m m s có tác ng lên viên n, hư ng c a chúng s thay i Nhưng n u h t alpha g p L ch s V t lí th k 20 ◊ 15 ph i nh ng qu c u c ng, nh , ông trông hư ng ban u c a chúng i h t alpha b l ch – hay tán x - kh i Ưu tiên hàng u c a công vi c Manchester xác nh n nh ng m i ng c a ông v b n ch t c a b c x alpha Ngư i ph tá c a ông, Hans Geiger (1882 – 1945) ã phát tri n m t thi t b dị tìm s i qua c a h t tích i n lư ng cao m chúng D ng c ó, ti n thân c a máy m Geiger hi n i, dùng o cư ng phóng x , t quan tr ng i v i vi c ch ng t r ng h t alpha th t nguyên t helium khơng có electron Ernest Rutherford Frederick Soddy ã t o sơ c a nh ng chu i phân rã phóng x khác Ngày nay, nguyên t “con” c bi t nh ng nguyên t khác b ng tu n hồn hóa h c Thí d , “x khí” phóng x ch t khí radon Sau ó, năm 1909, Rutherford Geiger b t u thí nghi m tán x c a h H nhanh chóng nh n r ng h u m i h t alpha u i qua kim lo i v i góc l ch nh ho c không i hư ng chuy n ng Ki u chuy n ng ó phù h p v i mơ hình bánh bơng lan r c nho c a Thomson, h ã th n tr ng khơng i t i k t lu n ó v i Các máy dò c a Geiger r t xác, nên h có th so sánh t ng s h t alpha ch m trúng bia c ah phía s lư ng h phát hi n phía bên M t ph n r t nh h t alpha b l ch hư ng sau ch m trúng kim lo i, h c n ph i hi u ã x y v i chúng Rutherford xét m t vài kh có th x y Có l th nh tho ng m t h t alpha ch m trúng máy dị khơng c ghi l i i u ó dư ng h p lí, máy dị hồn tồn tin c y nh ng phép th khác M t kh n a m t vài h t alpha ang tán x nhi u so v i Rutherford Geiger lư ng trư c Các h t ó có l ã l ch xa L ch s V t lí th k 20 ◊ 16 kh i phía khơng có máy dị Vì s tán x góc l n v y dư ng r t khơng có kh năng, Rutherford Geiger t p trung n l c c a h vào kĩ thu t dò tìm ng th i, ơng quy t nh tìm ki m s tán x góc l n, m c dù không thành công, s th c ti n t t cho Ernest Marsden (1889–1970), m t sinh viên tr v a m i tham gia vào kĩ thu t nghiên c u c a phịng thí nghi m Trư c s ng c nhiên c a m i ngư i, Marsden không nh ng phát hi n h t alpha tán x xa kh i phía, mà th m chí cịn phát hi n m t s h t tán x ngư c v phía ngu n Rutherford sau ã mơ t k t qu ó “h u khơng th tin c, c th b n ném m t v c v phía m t t gi y m ng r i d i ngư c tr l i va trúng b n” Sau khám phá c a Marsden, th p k u tiên c a th k m i ã k t thúc v i Rutherford i nghiên c u c a ông cu c săn u i náo nhi t trư c m t bí n l n ã có ó khơng trơng i bên nh ng h t nh xíu g i nguyên t ó, h không rõ cho l m nh ng k t qu c a h ang nói lên cho h bi t i u Nh ng kĩ thu t, công ngh quan sát m i Nh ng vi n c nh m i c a th p niên u tiên c a th k 20 m th t r ng l n nhà v t lí ang thiên v m r ng gi i h n c a nh ng quan sát c a h i u ó úng i v i nh ng ngư i ng d ng khám phá khoa h c vào công ngh N n khoa h c n i b t ã lưu ý chương xu t hi n song song v i nh ng thành t u công ngh ngo n m c không S truy n thông vô n xuyên i dương u tiên xu t hi n năm 1901, năm 1903, b sông B c Carolina, hai anh em nhà ch t o xe p mang tên Wright ã trình di n chuy n bay có ngư i lái Planck khơng ph i nhà khoa h c nh t nghiên c u quang ph th k m i Khi ánh sáng c a ch t khí phát sáng tr i thành quang ph , m i ch t t o m t b v ch sáng c trưng riêng c a nh ng bư c sóng nh t nh (ph v ch ngư c l i v i ph liên t c b c x v t en) M t s nhà khoa h c ang phát hi n khuôn m u s nh ng bư c sóng ó, h khơng có tay lí thuy t gi i thích t i m u vân ó t n t i H trơng i nh ng lí thuy t ó i t s hi u bi t t t v th gi i h nguyên t h có lí trơng i s hi u bi t th xu t hi n th p niên ti p theo Hà Lan, phịng thí nghi m c a Heike Kamerlingh Onnes (1853–1926) ang d n u th gi i v nghiên c u nh ng hi n tư ng nhi t r t th p Các nhà khoa h c ó ã hóa l ng t t c ch t khí có m t khơng khí Helium có nhi t sơi th p nh t h t th y, x p x - 452°F (-269°C) hay ch 7.7°F (4.3°C) không t i, m t nhi t gi i h n mà nhi t ng l c h c nói r ng có ti n t i chưa bao gi t c Trong th p niên ti p theo, thành t u khoa h c công ngh s d n n m t khám phá b t ng : hi n tư ng siêu d n Trong ó, vào năm 1910, m t linh m c dòng Tên tên Theodor Wulf (1868– 1946) ã nghiên c u b c x khơng khí t nh tháp Eiffel tìm th y có nhi u b c x mong i Ông cho r ng s th a m c b c x không phát sinh t Trái t mà t âu ó vũ tr Ông xu t nghiên c u nh ng tia vũ tr b ng cách th nh ng qu khí c u lên nh ng cao trư c chưa t t i gác công vi c y l i cho nh ng ngư i khác th p niên ti p theo th c hi n Th p niên u tiên c a th k m i ã n k t thúc v i nh ng vi n c nh m i b t ng Nó b t u v i s mong mu n trói bu c nh ng m i n i l ng l o Nhưng gi nhà v t lí bi t r ng h s ph i tháo g m t s quan ni m cũ d t nên m t t m th m ki n th c m i c a vũ tr L ch s V t lí th k 20 ◊ 17 Nhà khoa h c c a th p niên 1900: Albert Einstein (1879–1955) “Ngư i ó m t Einstein!” Câu nói ó, dùng mơ t m t thiên tài sáng t o, m t ch ng c cho s nh hư ng lâu dài c a Albert Einstein, nhà v t lí, ngư i ã làm thay i n n khoa h c c a ông qua kh c a ơng tìm m t vi n c nh m i t ó xem xét quan sát cũ Nhưng su t th k 20 c th i nay, nh ng hình nh ph bi n miêu t Einstein k l p d Ông v giáo sư v n áo vét, i xe p, nói gi ng c, ln ám nh b i phương trình khơng thèm ph i b i ph n qu n áo c a mình, mái tóc hoa râm t nhiên c a ơng c th i lên gió Nhưng câu chuy n cu c i c a Einstein ph c t p hơn, ơng khơng ch s ng qua nh ng bi n i d d i n n văn hóa tr th gi i, mà ơng cịn có t m nh hư ng lâu dài lên chúng n a Chào i Ulm, c, vào ngày 14/03/1879, cách nhìn nh n th gi i khác thư ng c a Einstein gây r c r i cho ông trư ng h c Vì tư tư ng c a ông thư ng âu âu, nên m t s th y giáo nghĩ ông ch m ti n Trong th i niên thi u c a mình, ông ã h c m t trư ng Gymnasium (gim-NAH-zium, ti ng c nghĩa trư ng trung h c) Munich, ông ã n i lo n ch ng l i phương pháp c oán c a nhà trư ng Thái b t kính c a ơng n m t s th y giáo phát bi u r ng ơng s ch ng làm nên cơm cháo sau Khi công vi c làm ăn thua l n cha c a ông ph i d i c gia ình n Milan, Italy, chàng trai tr Albert v n l i hồn t t chương trình h c t i trư ng Gymnasium, r i ông s m i oàn t v i gia ình Ơng có th t t nghi p b ng cách ti p t c h c Italy, năm 1896, b c b i v i n n văn hóa c, ơng ã kí gi y t b tư cách cơng dân c c a v i b t c th quy n h c l y b ng c p L ch s V t lí th k 20 Di n m o khác thư ng c a Albert Einstein gương m t gây n tư ng n ông tr thành nhân v t yêu thích c a th nhi p nh su t cu c i ông ( nh: AIP Emilio Segrè Visual Archives) Tuy v y, ông ã tham gia kì thi ki m tra u vào c a Vi n Bách khoa Zurich Th y Sĩ, ơng khơng Ơng c nh n vào m t trư ng trung h c Th y Sĩ Aarau th s c tung tăng mơi trư ng tho i mái c a V i s chu n b t t hơn, ông ã i thi l i vào Vi n Bách khoa Zurich l n thi th hai Ông nh n th y khóa h c t i vi n th t h p d n, gi gi ng khơng hay chút Vì th , ơng b qua a s bu i lên l p c a t tìm c nh ng quy n sách quan tr ng Ơng vư t qua kì thi c n thi t c p b ng vào mùa thu năm 1900 Sau t t nghi p, ông mu n c thuê làm tr lí cho m t giáo sư v t lí c a ơng, cơng vi c ó khơng bao gi n v i ơng i u ó khơng có b t ng M t giáo sư v t lí ã có l n nói v i ơng, “C u m t chàng trai thông minh, Einstein, m t chàng trai r t thông minh Nhưng c u có m t khuy t i m r t l n: c u khơng cho b n thân nói lên b t c i u c ” Einstein m nh n hai công vi c gi ng d y t m th i trư c tìm c ch làm lâu dài m t chuyên viên kĩ thu t, h ng ba, Văn phòng C p b ng sáng ch Th y Sĩ, vào năm 1902 Cơng vi c y cho phép ơng có nhi u th i gian suy nghĩ v nh ng câu h i l n c a v t lí h c nghiên c u lu n án ti n sĩ c a ◊ 18 ông t i trư ng i h c Zurich Năm 1905, ơng hồn thành lu n án ti n sĩ c a cơng b ba báo n i ti ng t p san khoa h c Annalen der Physik (Biên niên V t lí h c) làm thay i t n g c r n n v t lí h c, chương ã mô t 1919, hai i nhà v t lí hai b c a i Tây Dương (ngoài khơi Tây Phi Brazil) ã quan sát m t s ngơi kì nh t th c o xác s b cong mà Einstein ã tiên oán Nh ng t báo l n ã ưa tin v khám phá ó ưa tên tu i Einstein i kh p th gi i Nh ng báo ó, c ng v i lu n án ti n sĩ c a ông c công b năm 1906, ã mang Einstein giành gi i Nobel V t lí năm 1921, n cho Einstein ti ng tăm th gi i v t khơng ph i cho lí thuy t tương i ã mang lí Ơng nh n m t lo t danh hi u giáo sư, b t tên tu i ông i kh p th gi i, mà cho cách u t i trư ng i h c Zurich năm 1909, gi i thích c a ông v hi n tư ng quang i n sau ó t i trư ng i h c Karl-Ferdinand Danh ti ng c a ông tr nên r t quan tr ng th ô Prague c a Czech, r i tr l i Vi n sau cu c i ơng Ơng sinh Bách khoa Zurich Năm 1913, Max Planck m t ngư i Do Thái, m c dù ơng thích t g i Walter Nernst (1864–1941), m t nhà v t “ngư i khơng có c tin tơn giáo” lí c hàng u khác, ã mang n cho nói khơng h có m t c Chúa cá nhân Einstein h i thi t l p lãnh o m t “h t s c khâm ph c cho c u trúc vi n v t lí Berlin Ơng b t c dĩ tr l i c a th gi i trư c khoa h c có th nư c c, v trí ó q quan tr ng tin vào nó” Vào nh ng năm 1930, nh ng nên không th t ch i c Berlin, ông ngư i thu c dòng dõi Do Thái ph i i m t s m ti n hành công trình nghiên c u mang trư c s kh ng b dư i quy n phát xít l i ti ng tăm cho ơng tồn th gi i Ông c a Adolf Hitler c, nên Einstein bi t ã m r ng lí thuy t tương i c a r ng ã n lúc ơng ph i r i b quê hương bao g m c s h p d n, ã n k t c a l n n a Ti ng tăm c a ông ã m lu n r ng tia sáng b b cong m t r ng c a cho ông lưu trú ng n h n B , trư ng h p d n Anh, California trư c ông t chân n Vi n Nghiên c u Cao c p t i trư ng Theo lí thuy t ó, m t chùm ánh sáng i i h c Princeton New Jersey qua g n M t tr i s không i th ng mà b l ch v phía M t tr i m t lư ng l n o c Trái t Nó m t tiên ốn l lùng khó ki m tra ánh sáng m nh t s không trông th y c ánh chói c a M t tr i – ngo i tr nh ng lúc nh t th c toàn ph n hi m x y Năm L ch s V t lí th k 20 Trong Th chi n th hai, Einstein ngư i ng u s nhà khoa h c thuy t ph c t ng th ng Mĩ Franklin D Roosevelt phát tri n bom nguyên t trư c phe Qu c xã có th ch t o Nhưng thiên hư ng tr c a ơng ln nghiêng v xu hư ng hịa bình Sau chi n tranh, ơng ã s d ng vinh d cá nhân c a ông tr thành m t ti ng nói y s c m nh ch ng l i s phát tri n vư t m c vũ khí h t nhân ng h cho hịa bình th gi i Ông v n Princeton cho n qua i vào hôm 17/04/1955 ◊ 19 ... g c t a , nơi ba tr c vng góc (nhi u tr c) g p Nh ng tr c ó có th gán x, y, z (ho c ông-tây, b c-nam, trên-dư i) M i i m b t kì vũ tr s c xác nh b i ba s , ch rõ kho ng cách c a n g c t a d c... hay t c mà nh sóng i qua m t i m cho trư c T n s tăng t h ng ngo i sang t ngo i, i qua d i màu - n-tím kh ki n gi a M i quang ph tc c i m t t n s nh t nh i khái tương ng v i màu s c mà ngư i ta... m i, vi n c nh m i Lúc u, vi c khám phá m t h t h nguyên t s xu t hi n tr l i c a câu h i sóng-hay-h t v b n ch t c a ánh sáng dư ng ch ng e d a b c tranh khoa h c ưa thích c a nhà v t lí u th