Lịch sử vật lí học

ĐÀO VĂN PHÚC LỊCH SỬ VẬT LÍ HỌC (T i bàn lần I lì hai) NHÀ X U Ấ T BẢN G IÁ O DỤC Bản quyền thuộc Nhà xuất Giáo dục 11 - 0 / C X B / - 1 9/GD Mã số : K T - D A I LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình ,âLịch sử vật lí h ọ c ” biên soạn phù hợp với c tương ỉ rỉnh Bộ Giáo dục trước ban hành tháng năm ỉ 984 xuất lần đầu năm 1986, Hội đồng Thẩm định sách cảu Bộ Giáo dục giới thiệu làm sách dùng chung cho trường Đại học Sư phạm Trọng tâm giáo trình lịch sử vật lí họ: c ổ điển Lịch sử vật lí học đại năm 20 thê , kỉ XX trình bày mức độ vừa phải Cuối cùng, giáo trinh giới , thiệu vắn tắt phát triển vật lí học giai đoạn gần , năm 60 Trên sở trinh bày phân tích kiện cụ thể\ lịch sử vậì lí học cỏ nhiệm vụ rút quỵ luật phát triển vật lí thọc, nêu lên học kinh nghiệm cho việc nghiên cứu giảng idại vật lí học Đ ể tạo thuận tiện cho độc giả, chúng tơi trình bày itihỉng quy luật từ đầu giáo trình nhằm giúp độc giả định í hướng đọc cá c phần sau Trong nghiên cứu giai đoạn cụ íthé lịch sử vật lí học, độc giả nên đối chiểu lại với quy luật (đãtrình bày ỏ phẩn đẩu đ ể củng c ố thêm Tác giả trình bày lịch sử vật lí học khơng phải ỉliệi kê phát minh đăc sắc thiên tài xuất chúng Tác Ị ậ iả c ố gắng chứng minh q trình khó khăn có cqm luật, trải qua đấu tranh gian kh ổ sai, im củf tiến phản tiến bộ, đóng góp tập ỉthểcủa nhà khoa học chuyên nghiệp không chuyên, ssự nghiệp dành riêng cho s ố tài đặc Ibiệ Nếu phản tích kĩ q trình đó, người rút ìnhừig học b ổ ích cho thán Đ ể phù hợp với tình hình nay, năm 2003 sách tái thán có chỉnh lí b ổ sung theo phương hướng sau : - Phần “Mở đầu ” Vớ chương l - VII vê ịgiữ nguyên cũ có giảm bớt s ổ chi tiết không cần thiết đ ể tăng thêm việc phân tích, đánh giá phát triển vật lí học tron g giai đoạn cụ thể - Chương VIII viết lại hoàn toàn đ ể giới thiệu đầy đủ Hiơn cập nhật phát triển vật lí học th ế kỉ XX - Phần minh hoạ làm lại hoàn toàn , nhằm cung cấp tốt Hiơn nhiều tư liệu lịch sử cho người đ ọ c , điểu mà khả in ấn năm 1986 chưa cho phép làm Tác giả mong nhận ý kiến p h ê bình, nhận xét ccủa độc giả 6-2002 ĐÀO VĂN PHÚC Mỏ ĐẦU I ĐỐI TƯỢNG VÀ NHIỆM v ụ MƠN LỊCH s VẬT LÍ HỌC Nhân loại ngày đạt tới nhữns tri thức vật lí học khổng lồ số lượng chất lượng Những tri thức khơng phải những- trái thơm n s ọt sẵn có trẽn cành mà người cần hái lấy để sử dụn£ Tri thức vật lí học, tri thức khoa học k h c, khồng phải c ó ' s ẵ n , hồn chỉnh Nó hình thành bước trình lâu dài gian khổ, tương lai c ò n tiếp tục hồn chỉnh lên Sau hình thành tri thức ban đầu học, người phải trải qua hàng nghìn năm để đến định luật Niutơn m ngày học sinh trung học phổ thông biết Con người phải trải qua hai trăm năm để hiểu định luật khơng phải phổ biến, mà phải hoàn chỉnh thêm đê áp dụng c h o c c hạt vi mô c c vật chuyển động với vận tốc lớn Con người lại bắt đầu nắm hệ thống hoá quy luật cùa giới hạ nguyên tử vũ trụ rộng lớn bao la Như vật ií học, cung khoa học khác, trình tiến lên từ chưa biết đến biết, từ tri thức chưa đầy đủ chưa hoàn chỉnh đến tri thức đầy đủ hoàn chỉnh Nói c c h k h c, tri thức m ột q trình c ó tính lịch sử, khoa học c ó lịch sử Lịch sử vật lí học nghiên cứu trình hình ihành phát Iiriển khoa học vật lí, khơng phải một- lập hợp kúện riêng rẽ, rời rạc, mà tổng thể thống nhất, hiiện tượng xã hội có vị trí vai trị định đời sống củ a (Con người V ật lí học phải hiểu hộ thống tri thức bắt (đầu xuất hình thành vào giai đoạn phát triển định tcủa xã hội loài người Sự phát triến cùa vật lí học phải nghicn (.cứu trình gắn liền với lịch sử phát triển cùa xã hội llồi người V ị trí vai trị củ a vật lí học trona, xã hội lồi người khíơng phải cầí c ố định, mà nói chung c ũ n c biến đổi tuỳ theo> phát triển nhân loại Cũng lịch sử c c khoa học k h c, lịch sử vật lí học trước hết có nhiệm vụ phát trình bày lại kiện lịch sử ciách chọn lọc có hệ thống, nhằm tái tồn q trình phát t r i ể n khoa học vật lí L ịc h sử vật lí học c ó nhiệm vụ phân ttích kiện lịch sử đó, nhàm ch ứ n e minh tiến trình pthát triển khoa học vật lí tất yếu lịch sử, giải thích ssao tử xưa ch o tới nay, khoa học vật lí phát triển dã phát triển, khơng thể theo đường k hác Ciuối cùng, lịch sử vật lí học cịn có nhiệm vụ quan trọng bậc nhấit tìm quy luật tổng quát phát iriển vật lí học, nh ữ n g quy luật mà phát triển vật lí học tn theo q khứ vàt •cị n tiếp tục tuân theo tương lai Thực tốt nhiệm vụ riíày, lịch sử vật lí học xứng đáng co i khoa h ọ c , có !tác dụng hướng dẫn hành động nhân loại, k hơng, c ị n liệt kê nhạt nhẽo thành tựu to lớn trí tuệ thiên tài Những quy luật phát triển vật lí học, nhũỉng quy luật m ọi tượng xã hội k hác, c ó đặc thù khố>ng giơng quy luật cùa c c tượng tự nhiên Khi nghsiên cửu lịch sứ phát triến c ủ a vật lí học, tượng xã hội nàọ đó, hay cứa tồn thể xã hội nór chung, nhà nghiên cứu xác lập ưhững quy luật ch u n g mà phát triển đà tuân theo khứ, giả định quy luật trình phát triển tương lai Như vậy, c s nghiên cứu phát t riể n khứ, người c ó thể dự đốn phát triển tương lai c ủ a vật lí h ọ c , c ó khả điều khiển phát triển cá c h có ý thức, b ằng cá c h vận dụng quy luật mà xác lập Lẽ tất nhiên, người khơng thể tiên đốn ngày Niutơn đời, ngày Anhxtanh phát minh thuyết tương đối, người báo trước x c thời điểm cá c kì nhật thực nguyệt thực Con người khỏng điều khiên tư hoạt động sán g tạo c c nhà khoa học cách x c điều khiển hoạt động c c vệ tinh nhân tạo, cá c tàu vũ trụ Quy luật c ủ a phát triển vật lí học khơng giống định luật vật lí học c ổ điển, c h o phép x c định cách x c đơn giá hệ phải xảy cá c nguyên nhân biết rõ Các quy luật lịch sử vật lí họ c vạch xu hướng tính chất chung pháĩ triển vật lí học Tuy nhiên, chúng vản quy luật khách quan, tác động c c h khách quan vào phát triển cùa vật lí học V nắm quy luật đó, người c ó thể tiên đoán nhiều đậc điểm quan trọng phát triển tương lai, vận dụng quy luật cách chủ động để phát triển phục vụ tốt lợi ích củ a nhân loại Khái niệm quy luật phát triển cùa khoa họe nói chung Vật lí học nói riêng khái niệm rộng rãi Trước hết, quy luật tổng quát nhất, c nhất, quy định vai trò xã h ộ i kinh tế mơn k h o a học đời sống người Sau n ữ a, quy luật xác định b ải đối tượng nghiên cứu môn khoa học, đặc điếm cứa nhận thức củ a ngĩười q trình nghiên cứu đơi tượne Những quy luật ciung c ó gọi lơgic nội phát triển môn khoa hiọc T iế p theo, quy luật chi phối trình sáng tạo cúat cá nhân nhà bác học,, g ọ i quy luật tam lí học sáng ítạo khoa học Cuối cùng, nhữne quy luật tổ ch ứ c khoa hiọc, k ế hoạch hố ngh-iên cứu khoa học, thơng tin khoa h ọc, tức quy luật chi phối hoạt động tập thể củ a c c nhà khoa tíiọc q trình sáng tạo Dưới xét quy luật quy luật mỏi củ a phát triển vật ií học Sự hiểu biết lịch sử vật lí học có ý nghĩa đáng kê đối wới nhà nghiên cứu, người học người dạy vật lí học Có người ch o nhà vật lí học phải nghiên cứu phát miinh c h o tương lai, khơng nên g iờ vào việc nghiên C'ứu lịch sử vật lí h ọ c , ch ỉ nhiệm vụ c c nhà sử học Thực tra, bắt đầu g ĩrình nghiên cứu, nhà khoa h ọ c plhải điểm lại xem trước vấn đề nghiên cíứu, nghiên cứu phương pháp nào, theo tư tương cìhủ đạo riào, đạt kết Nhà khoa học cũ n g phải đáinh giá m ột cá c h phê phán tư tưởng đạo, phưưng pháíp, kết đó, rút học ch o xác định đườnig đi, đích nhằm đạt tới Như vậy, nhà khoa học cũing phải làm nhiệm vụ nhà nghiên cứu lịch sử khoa học miức độ Cũng mà nhiều nhà khoa học đích thỉân nghiên cứu lịch sử khoa h ọ c Đ Brơi nói : " nhà khoa học thiực n g h iệm tìm thấy lịch sử khoa học nhiều h ọ c , dưcớc vũ trang kinh nghiệm thân m ình, nhà khoa học íhiựe nghiệm c ó thê lí giải c c học lịch sử c c h thành t h o hết" H a ix e n b e c ch o muốn đánh giá đúmg Ệt đ ược tình hình cùa vật lí imun tứ, cần điểm lại tồn b c lịch sử phát triển siá thuyết nguyên tử từ thời cổ đại Đ ố i với việc dạy học vặ! lí, lịch sứ vật lí học c ó ý n g h ĩa to lớn L ịc h sử vật lí học, lịch sử cá c khoa học khác, n g h iên cứu trình tiến từ chưa biết đến biết, trình nhận thức thiên nhiên cùa người L í luận nhận thức chủ nghĩa vật biện chứng xây dưng; dựa c sờ thành tựu củ a c c khoa học, dựa phân tích khái qt hố q trình nhận thức thiên nhiên xà hội c ủ a người Nhiều khái niệm phạm trù nghĩa vật biện chứng xuất phát từ khái niệm có ý nghĩa vật lí : vật chất, khơng gian, thời gian, c h u y ể n đ ộ n s L ịc h sử vật lí học vạy có vai trị lớn lao việc xây dựng th ế giới quan vạt biện chứng Phương pháp truyền đạt kiến thức dựa theo đường phát triển lịc h sử nhiều có hiệu c a o Trong số* lĩnh vực, trình nhận thức củ a người lập lại trình nhận thức nhân loại, việc dẫn dắt người học lại bước lớn mà nhân loại trải qua để đạt tới Iri thức đường lô g ic , giúp ch o việc nắm kiến thức sâu sắc vững c h ắ c Q u a học lịch sử, mơn lịch sử vật lí học có tác dụng xây dựng lịng u mến kính trọng khoa h ọ c c c nhà khoa h ọ c , g iáo dục phẩm chất đạo đức co n người, mở rồng nhãn quan khoa học văn hoá, ch ống chủ nghĩa g iáo điều hình thức v iệc dạy học Như vậy, việc hiểu biết lịch sử vặt lí học giúp nâng c a o trình độ k h o a học trình độ nghiệp vụ người g iáo vicn vát lí học tương lai II QUY LUẬT C BẢN CỦA s ự PHÁT TRIỂN VẬT LÍ H í p c Ọuy luật, c phát triển vật lí h ọ c , cung Ikhoa học nói chung, c ó thể phát biếu sau : phát triển củcỉi vật lí học nhu cầu thực tiền xà hội vù trước hết sản xuất quyết'định Th ực tiễn xã hội phài xét ttrình phát triển lịch sử c ủ a xã hội, bước phát triển củ a xaỉ hội nhu cầu củ a thực tiễn xã hội lại có đặc thù riêng củ Như động lực c củ a phát triển vạt lí học sản xuấít, phát triển củ a vật lí học định bời mối quan hệ vật lí học với sản xuất với khía cạnh vật chất tinh thần khác đời sống xã hội luôn phát triển Đ ể hiểu rõ quy luật c này, xét đặc đ i ể m củ a c c mối quan hệ nói Vật lí học sản xuất Sản xuất định phát triển cùa khoa học, mối quan hệ sản xuất với ngành khoa học khống gìiống Vật lí h ọ c , c c ngành khoa học tự nhiên khác:, có mối quan hệ với sản xuất trực tiếp c c ngành khoa học xãĩ hội k hác Những kết nghiên cứu cùa vật lí học vận dụng trực tiếp sản xuất, kĩ thuật, sán xuất trực tiếp "(điều k h iển " phát triển củ a vật lí học Enghen nói : "Nếu tirong xã hội xuất nhu cấu kĩ thuật, thúc đẩy khoa học tiến lên nhiềụ c h ụ c trường đại học" Trong suốt trình phát triển lịch sử củ a vật lí h ọ c , ch ỗ rùào ta cũ n g c ó thể thấy m ối quan hệ trực tiếp vật lí học vài sản xuất Nhu cẩu c h ế tạo c c đồng hồ xác để phục vụ c c chiuyến biển đà khiến H u y g h en x xâv dựng lí thuyết c o n lắc, 'Và lí thuyết g óp phần xây dựng c học c ò điển Nhu cầu cài tiến c c m áy nước nhàm tiết kiệm nhiên liệu đă khởi điểm cùat 10 định lí Cacnỏ thúc đáy phát triển nhiệt động lực học Vật lí hạt nhân chí thực phát triển mạnh mẽ từ lượng hạt nhân đ ược ứng dụng thực tế Mối quan hệ trực tiếp vật lí học kĩ thuật biến đổi tùy t h e o phát triển sán xuất Một mặt, mối quan hệ ngày củng c ố mờ rộng hơn, mặt khác tính chất có b iến đổi Cho tới kỷ X I X , kĩ thuật luôn phát triển trước, vật lí học phát triển sau, mối quan hệ vật lí học kĩ thuật thài c ổ đại trung đại cò n lỏng lẻo, từ th ế kỉ X V I - X V I I trờ nên ngày càn g chặt chẽ Có thể lấy phát triển nhiệt động lực họ c làm thí dụ L ú c đầu, nhu cầu sản xuất, người ta phát minh máy nước kinh nghiệm kĩ thuật, cách m ày mò M áy nước thơ sơ lúc ban đáu có hiệu suất thấp Nhằm mục đích nâng cao hiệu suất cùa máy nước, C acnô phái minh c c định lí C a c n , c sờ nhiệt động lực học bắt đầu phát triển T th ế kỉ X I X trở đi, khoảng cách phát triển kĩ thuật vật lí học ngày càn g rút ngắn dắn dần vật lí học tiến lètt trước, nhiều ngành kĩ thuật xuất pháĩ triển sau có phát minh vật lí học Chẳng hạn phát minh lĩnh vực điện động lực học dẫn đến kĩ thuật sử dụng dịng điện thơng tin, sử dụng điện nãng sản xuất Tính chất mối quan hệ ngày càn g củng c ố , khơng tìm ngành kĩ thuật xuất phát triển mà khơng c ó c sở khoa học phát minh từ trước Trong giai đoạn gần đây, song song với củng c ố mối quan hệ vật lí học kĩ thuật càn g ngày lại rõ tính chất m i : tính độc lập tương đối phát triển vật lí học Càng ngày càdg c ó nhiều phát minh vật lí học khoa học nói chung khơng c ó 11 quan hệ trực tiếp với kĩ thuật (thường sọị ỉà phát minh k h o a học "thuán tuý"), thí dụ phát minh thuyết tương dối Anhxtanh vào đáu kỉ X X Thực phát minh khoa h ọ c lúc đầu "thuần tuý", tách rời sân xuất vạy, cuối cùng, sau thời gian ngắn hay dài, thiết dược ứng dụng kĩ thuật Chỉ chúng cò n g nhận chân lí khoa học qua thứ thách, phát triển cá c h mạnh m ẽ Thuyết tương đối hẹp Anhxtanh lúc đầu bị coi lí thuyết g iả tạo, khó hiếu, bị nhiều người phủ nhận, kiến thức c thiếu c c kĩ sư thuộc nhiều ngành khác Cần phải hiểu c c h đắn tính độc lập tương đối củ a phát triẽn vật lí học để khỏi m ắc phai sai lám thực dụng chủ nghĩa, đòi hòi nghiên cứu vạt lí học khoa học nói chung phải nhằm mục đích áp dụng kĩ thuật Ý nghĩa thực tiễn cuả vật lí học chủ yếu c h ỗ lúc trình độ kĩ thuật ngày nâng cao, tiến kĩ thuật phải khoa học dẫn đường, vạn dụng lí thuyết khoa học định, dựa vào kinh nghiệm , chì dùng trí thơng minh để lần mị trước vài ki khơng c ó tiến kĩ thuật Vai trò khoa học sán xuất ngày tâng cường mạch m ẽ, đến mức khoa học thưc trở thành lực lượng sản xuất trực tiếp, tiến khoa học tiến kĩ thuật thực gắn với làm một, không tách rời Vật lí học triết học Giữa vật lí học triết học c ó mồi quan hệ thiết Triết học luỏn phải dựa vào thành tựu cùa khoa học, đặc biệt vật lí học Nhiều khái niệm c bán triết học phát triển song song với khái niệm tương ứng vật lí học : vật chất, 12 c h u y ế n động, nhân quá, khỏng gian, thời gian Ngược lại, vật lí h ọ c c c khoa học khác, phái dựa vào cá c khái niệm, luận điểm mà triết học đà xay dựng : quan hệ aiữa tư tồn g iới hạn nhận thức, phương pháp nhận thức Sau ng ta chí xét đến anh hưởng triết học vật lí h ọ c , khơng xét đến ảnh hường ngược lại M ố i quan hệ triết học vật lí học biến đổi trình phát triển triết học vật lí học Ở thời cổ đại, vật lí h ọ c chưa tồn khoa học độc lập Tất tri thức người c ổ đại tự nhiên tập trung môn g ọi "triết học tự n h iê n ” Triết học tri thức tự nhiên lúc t hống làm một, triết học giữ vị trí chủ đạo, tri thức tự nhiên chí tri thức khái quát Tới kí X V I - X V I I vật lí học c c khoa học tự nhiên trờ thành c c mỏn khoa học riêng biệt, tách khỏi triết học, tới ki X V I I - X V I I I hình thành triết học Triết học khơng c ị n b ao gồm c c khoa học tự nhiên, chủ yếu nghiên cứu quy luật tổng quát củ a tồn nhận thức, quan hệ tư tồn Tuy nhiên mức độ định, tìm c c h giải vấn đề thuộc đối tượng nghiên cứu khoa học tự nhiên, : ban chất cúa vật chất, cấu trúc vật chất, tính chất vật lí khơng gian thời gian Nó tự coi "k h o a học đứng cá c khoa h ọ c " , nắm chân lí tuyệt đối, có q u y ển nói lên tiếng nói cuối chân lí khoa học, can thiệp vào nhiều vấn đề cụ thê cứa c c khoa học tự nhiên, muốn bắt thành tựu nghiên cứu khoa học tự nhiên phải phù hợp với cá c sơ đồ sán c ó củ a triết học Tới đáu th ế kỷ X I X , triết học bắt đẩu từ bỏ việc giải vấn đề cụ thê khoa học tự nhiên Thực chứng luận mà Ô g u y x t Côngtơ người sáng lập chống lại việc coi triết học 13 khoa học đứng ĩrên c c khoa học, lại phủ nhận vai trò củ a triết học xác lập quy luật ngun lí tổng qt nthất C ị n gtơ phủ nhận tồn vật chất, c h o khoa họ c chiỉ c ó nhiệm vụ mô tả c c tượng c c vật xung quanh ta, khiông thể nhận thức chất chúng, triết học chíỉ c ó nhiệm vụ tổng kết c c luận điểm c c khoa học Triết học vật biện chứng giai đắn mối qỊUan hệ triết học khoa học Duy vật biện chứng nghiên cứu ĩmối quan hệ nhận thức tồn tại, nghiên cứu quy luật vận động phát triển tổng quát thiên nhiên, xã hội nihận thức Duy vật biện chứng c sở phương pháp luận phưíơng pháp nhận thức khoa học Nó khơng tự nhận khoa học đứng c c khoa học, không giải c c vấn để cụ thể khoa học tự nhiên, khơng định thuyết vật lí hay sai Lênin nhấn mạnh : "Chủ nghĩa vật chủ nghĩa ítấm khác c c h giải hay k hác vấn để vể ngmổỉi góc nhận thức chúng ta, mối quan hệ nhận thức với th ế giới vật lí, cịn vấn đề cấu trúc cúa vật ch ấ t, c c ngun tiử cá c êlectrơn, vấn đề chi c ó liên quan đến "thế ‘giới vật lí" mà thơi" M ối quan hệ mật thiết khoa học tự nhiên triết học (duy vật biện chứng cần thiết ch o khoa học triết học Nó giúp ch o phát triển khoa học tự nhiên, cũrm cùa vật biện chứng Cần ý rầng vật lí học gắn liền với kĩ thuật, với sán xuấti, nhiệm vụ hàng đầu phục vụ việc sán xuất cải vặt chất Vì vậy, m ặc dù c ó ảnh hường to lớn, triết học khịnu thể làm thay đổi tiến trình phát triển vật lí học, chí có thẻ tthúc đẩy hoạc kìm hàm phát triển mà Những tư tườne ttriết 14 họe vé cấu trúc nguyên tử vật chất, nguyên lí nhân quá, vể bảo loàn vật chất vận động trờ thành tư tướng chí đạo c ó vai trò thúc đẩy mạnh mẽ phát triển vật lí học Trái lại, hệ thống triết học phú nhạn tổn nguyên tử phân tử (A r ix t ô t , Hêghen, M ak hơ , Ồxvan) đà có ảnh hưởng tiêu cực, làm ch ạm bước tiến vật lí học Nói chung, triết học vật có ảnh hường tích cực c c triết học tâm đâ c ó anh hưởng tiêu cực đến phát triển vạt lí học Tuy nhiên triết học vật trước M c , mang yếu tố siêu hình, có ánh hướng trái nsược vật lí hộc Lúc đấu, c h o tới kì X I X , ảnh hưởng chủ yếu tích cực Nhưng sau tư tường siẻu hình dẫn đến chủ nghĩa giáo điều, cản trờ phát triển vật lí học, làm phát sinh c u ộ c khủng hoảng vật lí học vào cuối th ế kí X I X , đầu th ế kỉ X X Ngược lại, không nên nghĩ c c triết học tâm chi c ó ảnh hưởng tiêu cực mầ thơi Trong c c triết học tâm có tư tưởng hợp lí thúc đẩy phát triển vật lí học giai đoạn định Lênin nói : "Chủ nghĩa tâm triết học lù vớ vẩn theo quan điếm chủ nghĩa vật thơ thiển, giản đơn, siêu hình Trái lại, theo quan điểm chủ nghĩa vật biện chứng , chủ nghía tâm triết học phát triển chiều , phóng đại (sự thổi phồng) nét, khía cạnh, mặt nhận thức thành tuyệt đối, tách rời khòi vật chất, khỏi tự nhiên, thần thánh hố” Bất kì nhà vật lí họ c phải dựa vào c c kiện, vào thực khách quan đế xây dựng lí thuyết V m ặc dù nhà nghiên cứu c ó tạo ch o lí thuyết màu sắc d u y tãm đó, phải chứa đựng hạt nhân hợp ỉ í định phản ánh thực tạụ đứng vững mà khơng bị đào thải Trong q trình phát triển cùa vật lí học, sắc thái tâm cản trờ phát triển lí thuyết gạt bỏ đế chí cịn giữ lại cốt lõi đắn củ a lí thuyết 15 Mối quan hệ quan điểm triết học cùa nhà khoa h ọ c với lí thuyết khoa học c c nhà khoa học khơng phải đơn giản Có trường hợp lí thuyết khoa học khơng chút dính dáng tới chù nghĩa tâm, nhà khoa học lại gán ghép c h o ý riízhĩa tâm Vì vậy, đánh giá thuyết khoa học, phai nhìn vào thực chất cúa nó, khơng thể chí vào quan điểm triết học cá ch giãi thích củ a tác giả đế đến kết luận vội vàng Vật lí học khoa hợc khác Giữa vật lí học c c khoa học khác có ảnh hưởng qua lại, thúc đẩy phát triển Đôi ảnh hưởng to lớn khồng xét đến k h n s thể hiểu nguyên nhân tính chất phát triển Thiên văn học mỏn khoa học c ó ảnh hướng trực tiếp tới vật ií học từ bước phát triển Sự nghiên cứu chuyển động cúa cá c thiên tạo bước động học gợi ý nghĩ tính tương đối ch uyển động c học Những nhu cầu thiên vãn học từ kỉ X V I I việc hoàn chỉnh kính thiên văn thúc phát triển quang hình học, bát đẩu nghiên cứu cá c định luật cá c thấu kính mỏng sau lại đẩy mạnh việc nghiên cứu chất ánh sáng Quang phổ học bắt đáu phát triển nhu cầu thiên vãn học dùng phương pháp quang phố để xác định thành phán hoá học c c sao, đế tính vận tốc tia cá c Vật lí thiên văn hình thành từ ki X I X nghiên cứu vật lí học cá c thiên thể vật chất tổn trạng thái cực nhiệt độ, áp suất, mật độ cung cấp tư liệu khoa học ch o phát triển cùa thuyết tương đối rộng, lí thuyết c c hạt bán, điện động lực học Hoá học cũ n ẹ có ánh-hướng thúc phát triển quang phổ 16 h ọc áp dụng vào c c phép phân tích hố học điều kiện Trái Đất Sự phát minh định luật tuần hoàn Menđêlêép có ý nghĩa lớn lao phát triển vật lí nsuy ên tử Cho tới ngày nay, hố học giúp cho phái triển c học lượng tử vật lí chất rắn, nhiều ngành khác vật lí học Một điều c ó vẻ bất ngờ y học đà có tác động mạnh đên vật lí học V o cuối kỉ X V I I I đáu thê kỉ X I X , người ta cho ráng phóng điện c ó tác động mạnh đến c thê người có khả nàng chữa bệnh Nhiều nhà y học nghiên cứu c c hiên tượng tĩnh điện, bác sĩ y học Ganvani đà tình c phát minh dịng điện ganvanic, tạo hước ngoạt đáng kể phát triển củ a điện học G iữ a vật lí học tốn học ln ln có mối quan hệ mật thiêt Vạt lí học sử dụng cồng cụ tốn học ln ln đặt yêu cầu mới, làm nảy sinh nhiều ngành toán học Ngược lại, phát triển vật lí học phụ thuộc đáng kể vào phát triển* tốn h ọ c , tốn học trở thành cỏng cụ mạnh mẽ việc nghiên cứu vật lí học Tốn học c ó lúc giữ vai trị c h ì đạo phát triển thuyết tương đối, c học lượng tử, nhiều ngành vật Ịí học đại Có lúc, g cụ tốn học, người ta đến kết lí thuyết mà chưa hiểu ý nghĩa vật lí, c ô n g trinh nghiên cứu thực nghiệm sau khẳng định đắn giải thích ý nghĩa vật lí cúa kết III NHỮNG QUY LUẬT NỘI TẠI CÚA s ự PHÁT TRIỂN VẬT Lí HỌC Đ ể nghiên cứu quy luật nội phát triển vật lí học, người ta tạm thời coi phát triển trình tự thân vận động, bỏ qua ảnh hường sản xuất cúa c c mặt khác 2-LSVLH-A 17 đời sống xã hội Khi rõ lên độc điểm phát triển tính chất nhận thức neười, tính chất đối tượng nghiên cứu vật lí học xác định Lẽ tất nhiên ch ỉ trừu tượng hố để thuận tiện cho việc nghiên cứu, giống ta khảo sát hệ cỏ lập co học Quy luật thứ Sự phát triển vật lí học lả mội trình luân phiên thời kì tiến hố n tĩnh vù ỉlỉời kì biến đổi cách mạng cá c lí thuyết, khái niệm, cúc nguyên lí bán Quy luật khơng tồn thể vật lí học, mà với ngành, c h í lí thuyết cùa vạt lí học * Trong thời kì tiến hố, vật lí học phát triển cách yên tĩnh, tuân theo quan điểm chung, phương pháp l.uận chung C c nguyên lí c xác lập vận dụng rộng rãi c h o vấn để cụ thể Những nghiên cứu cụ thể, phận, góp phần làm ch o c c nguyên lí c xác hồn chinh lên Nhưng đến lúc m c c nguyên lí khơng giải thích số tượng quan trọng phát hiện, thời kì tiến hố chấm dứt thời kì cá ch mạng bắt đầu Các nguyên lí cũ xụp đổ bị thay c c nguyên lí mới, quan điểm m ới, lí thuyết mới, lại bắt đầu thời kì tiến hố n tĩnh Vật lí học trước th ế kỉ X V I I phát triển chậm chạp với quan điểm triết học tự nhiên Arixtôt Tới ki X V I I , chúng bị thay quan điểm Đ ê c a c , cỉựa nguyên lí tác dụng gần Khi c học Niutơn thắng quan điếm Niutơn dựa nguyên lí tác dụng xa đẩy lùi quan điếm cua Đ ẻ c a c Nhưng tới nửa sau th ế kỉ X I X với xuất định luật bảo toàn lượng c c định luật M a c x o e n vể điện từ trường, nguyên lí tác dụng gán Đ ê c a c lại phục hồi dạng cao 18 2-LSVlH-B htơn V tới đáu ki’ X X , vật lí học lại nảy cu ộc cách m n e m i Một q trình c ó nhận thây nhiều ngành riêng biệt cúa vật lí học Những lí thuyết, quan niệm cũ khơng bao g iờ nhường chỏ c c h đơn giản c h o lí thuyết, quan điếm mới, cu ộc biến đ ổi c c h mạng vật lí học thườns kèm theo đấu tranh gay gắt v ể tư tưởiìg Thuyết tương đối Anhxtanh, thuyết lượng tử cúa P ĩ ã n s , phải trải qua hàng ch ụ c năm tranh luận, trích, thử thách thực nghiệm, đỏng đảo cá c nhà khoa học công nhận T h ậ m ch í giáo hội Cơng giáo thảng tay trừng trị người bảo vệ lí thuyết C ỏ p e c n ic , biến đấu tranh tư tưởng k h o a học thành đàn áp quyền lực Sự xuất lí thuvết trình phức tạp, kiện thực nghiệm mâu thuẫn với lí thuyết cũ L ú c đầu người ta tìm cách bổ sung lí thuyết cũ để giải thích c c kết thực ng h iệm mà giữ nguyên sờ lí thuyết cũ Nhưng c c kiện xuất ngày nhiều, mâu thuẫn ngày càn g sâu sắc, bổ sung, điều chinh lặt vặt tỏ bất lực, lí thuyết cũ bị phá vỡ, lí thuyết xuất giải thích c c h c ó hệ thống kiện thực nghiệm cũ Sự xuất lí thuyết sóng ánh sáng, thay lí thuyết hạt, thí dụ trường hơp Quy luật thứ hai Sự phát triển cùa vật lí học mang tính kê thừa, nỏ lù tịnh tiến liên tục vé plìíư trước Trong trạng thái trình phát triển, bao g iờ c ó yếu tố trạng thái cũ T ín h k ế thừa thể khơng c c thời kì tiến hố yên tĩnh, mà c ả c c thời kì biến đổi cá c h mạng Mậc dù lí thuyết c bán, quan điểm bị thay định luật cụ thể lí thuyết cũ xác lạp cịn tồn 19 lí thuyết định luật họ phận, aần đúng, áp dụng phạm vi giới hạn lí thu vết vạch T h í dụ, định luật quang hình học mà thuyết hạt ánh sáng xây dựng định luật phổ biến, công nhận thuyết sóng ánh sáng, chi áp dụng trường hợp bước sóng củ a ánh sáng nhỏ so với kích thước c c vật cản M ặ c dù luận điếm c bán lí thu vết cũ khơng phù hợp với thực tại, lí thuyết cũ vần chứa đựng hạt nhân hợp lí, phản ánh thực khách quan mức độ Chính mà định luật cụ cùa đúng, có giá trị giới hạn định Điểu ch ứ n s minh ch o luận điểm lí luận nhận thức nghĩa vật biện chứng: trình nhận thức trình tiến dần đến chân lí tuyệt đối, thịng qua chãn lí tương đối Lí thuyết cũ lí thuyết vật lí học đểu bậc thang định q trình Tính k ế thừa phát triển vật lí học thể nhiều hình thức khác Ngun lí tương ứng hình thức tính k ế thừa Trong c c côn g thức diễn tá định luật cụ thể lí thuyết mới, ta c h o thơng số tiến tới giới hạn đó, ta thu c ô n g thức c c định luật tương ứng cúa lí thuyết cũ Khi c h o bước sóng tiến tới , ta chuyển từ quang học sóng quang hình học, ch o vận tốc ánh sáng tiến tới 00, ta chuyển từ c học tương đối tính học Niutơn Tính k ế thừa cịn cà ehổ lí thuyết mượn ỡ cá c lí thuyết cũ, hoạc c c lí thuyết c c tượng vật lí khác tư tường T h í dụ điện học ỏ thời kì lí thuyết tác động xa mượn nhiều tư tưởng thuyết hấp dẫn, thuyết nguyên tử - phàn tử đại mượn nhiều tư tường nguyên tử luận cổ đại Quy luật thứ ba Trong trình phát triển , vật ìỉ học thường sử dụng phương 20 p h p ỉ trưng l ự phưdiìg phá p mỏ lù li lì, dặc hiệt xây dựng lí tliuyêĩ Những phương pháp sử dụng từ vạt lí h ọ c xuất hiện, cliíing sử dụng có hệ thống hơn, coi phương pháp hữu hiệu để đến tri thức m ới Sự tương tự giống cùa c c đói tượng, ta xét nhửng dấu hiệu, đặc tính, mối quan hệ ch ú n s Thuật ngữ "đối tượng" dùng theo nghĩa rộng để ch í vật thể (h oặc hệ vật thể) cụ thể, vật mẫu (hoặc hệ vật mẫu) trừu tượng, sơ đổ lỏgic, v.v T ro n g khoa học, người ta thường dùng tương tự để xây dựng giả thuyết nhằm giải thích tượng Người ta đến giả thuyết phương pháp sau G iả thử ta nghiên cứu đối tượng X tìm tính chất X|, x->, X3 chúng chưa đủ đế giải thích tượng H có X tham gia Khi so sánh, ta thấy X ị, Xo, X3 g iố n g hệt tính chất a Ị , a-), đối tírợng A mà ta biết c h ắ c chắn có c c tính chất a h ao, a 3, a4 , a5, a6 T r ê n c sở đó, ta giả định tương tự vậy, X phải có tính chất x giống a A Cách suy lí khơng phải phép chứng minh, chí dẫn đến giả thuyết, vạch phương hướng c h o nghiên cứu c ó thê nguồn gốc tri thức Nếu thực nghiệm chứng minh q thật X c ó tính chất x , tính chất c h o phép giải thích tượng H suy lí ta c ó giá trị, đạt hiệu tích cực Trong lịch sử phát triển cúa vật lí học, phương pháp tương tự nhiều lần giúp c h o việc xây dựng lí thuyết mới, để xuất tư tưởng Q u an g hình học xây dựng sở tương tự tia sáng chùm hạt Quang học sóng xây dựng c sở tương tự sóng ánh sáng sóng c học 21 Nhưng phương pháp lương tự lúc cũ 11 đóng vai trị tích cực Nếu tương tự c h o phép xác định tính chất x X , người ta c ó xu hướng mớ rộng rương tự sang tính chất x Sự m rộng sai, k hịne thực nghiệm xá c nhận, ta phải dừng lại Nhưng mờ rộng đúng, người ta lại tiếp tục m rộng thêm tươnc tự sang x Hiệu phương pháp tuơng tự c ó giới hạn, thường khó x c định giới hạn Chứng minh X khơng có tính chất x bao g iờ khó khăn lâu dài chứng minh c ó tính chất V thời gian đó, cách suy lí theo phép tương tự dẫn đến việc trì tư tường cũ, lí thuyết cũ khơng cịn vai trị tích cực v iệc phát triển vật lí học nữa, tạo đường mịn, thói quen cản trở hình thành tư tưởng mới, lí thuyết Sự tương tự sóng ánh sáng sóng c học, giả thuyết ête vũ trụ đóng vai trị tích cực việc hình thành quang học sóng điện động lực học M a c x o e n , vé sau biến thành trở ngại đáng kể, ngăn can phát triển thuyết tương đối Anhxtanh Cách suy lí phép tương tự thường dẩn đến việc xây dựng mỏ hình Giả sử ta cẩn nghiên cứu đối tượng z ta biết có tương tự tính chất z đối tượng B Vì khổng khảo sát trực tiếp z, khảo sát B, coi kết luận rút B áp dụng z Nếu B vật thể vật chất cụ thể, ta gọi !à mỏ hình vật chất z Nếu B đối tượng lí tướng, trừu tượng, ta gọi tnơ hình lí tưởng z Những mó hình vật chất thường dùng kĩ thuật, thí dụ mỏ hình cua tàu ngầm mà ta nghiên cứu cá c tính chất thuỷ động lực học trước c h ế tạo 22 c h iê c tàu ngầm thật Chúng ta không nghiên cứu loại mơ hình C c mỏ hình dùng vật lí học cá c mỏ hình lí tướng, ng c ó vai trò quan trọng gấp bội so với c c mó hình vật chất kĩ thuật Tính chất vai trị cá c mơ hình biến đổi tuỳ theo phát triển vật lí học Những mơ hình sử dựng đầu tiêu vật lí học mơ hình vĩ mơ Đ ó mẫu trừu tượng đơn giản hoá đối tượng vĩ mô cần nghiên cứu : chất điểm m hình ch iế c xe ch u yển động đường Trái Đất quay quanh Mặt Trời, co n lắc toán học mỏ hình lắc thật Loại mơ hình k h n g c ó ý nghĩa lớn ngun tắc, khơng có vai trị việc phát c c quy luật Chúng giúp ch o c c phép tính tốn đơn giản hơn, dể Các nhà vật lí học thời chưa c h o chúng tên gọi mỏ hình T th ế kỉ X I X , vật lí học bắt đầu sử dụng cá c h ròng rãi m ột loại mỏ hình thứ h ai, gọi mơ hình vi mơ Cơ sở c c m hình quan niệm vể tồn vật, chất quan sát trực tiếp nguyên tử, phân tử, ête, v.v Cũng từ lúc vật lí h ọ c mói có khái niệm mồ hình, m hình vị mơ c ó tác dụng rõ rệt việc xây dựng c c lí thuyết vật lí K h n g c ó m hình vể ête vũ trụ lúc khồng thể phát triến quang học sóng M a c x o e n xuất phát từ m hình truyền sóng điện từ ête vũ trụ để rút c c phương trình c củ a điện động lực học C ác nhà vật lí g nhận tác dụng lớn lao c c mỏ hình, nhấn mạnh tính gần chúng Các mồ hình ch ị phép dựng nên hình ảnh tượng cần nghiên cứu, khơng thể thay hồn tồn tượng nghiên cứu M ă c x o e n xuất phát từ m hình ête vũ trụ để xây dựng c c phương trình M ă c x o e n , c c phương trình khơng c ó số hạng đặc trưng ch o vai trò 23 ête thuvết M ă c x o e n khơng cần đến vai trị ête cá c tượng điện từ Vì bán thân M âcxoe n coi mồ hình ête "giàn g iá o " để xây dựng nhà, nhà hoàn thành ta gõ "giàn g i o ” đi, khơng cần thiết Loại mơ hình thứ ba sử dụng c c mơ hình tốn học (hay mỏ hình kí hiệu) Đ ó cách dùng kí hiệu tốn học để biếu diễn tính chất, đặc điểm đối tượng vật lí q trình vật lí Người ta biểu diển cấu trúc điện từ trường hệ c c đường sức cá c mặt đắng thế, biếu diễn trình biến đổi trạng thái khối khí đồ thị c c đườns đẳng áp đẳng tích Trong c học lượng tử, phương trình Srơđingơ viết cho ngun tử hiđrơ gọi mơ hình tốn học nguyên tử hiđrô Từ c học lượng tử phát triển, người ta cịn dùng loại mơ hình thứ tư nữa, gọi mơ hình lượng tử Nó có nhiều tương tự mơ hình loại 2, c ó nhiều điểm khác M hình vi mơ mơ 'hình đối tượng vật lí học cổ điển C ác đối tượng vật lí học lượng tử có tính chất lượng tử nên xây dựng ch o chúng mỏ hình tồn vẹn, tạo nên hình ảnh đầy đủ chúng Mỗi mơ hình lượng tử chì tạo đươc hình ảnh mặt đối tượng vi mơ T h í dụ, mơ hình êlectrơn hạt (khi xét hiệu ứng C ơm tơ n ), sóng liên tục (khi xét trạng thái êlectrôn nguyên tử) Đổ khồng đơn giản hai mơ hình khác c ủ a đối tượng, hai mơ hình vừa bổ sung vừa loại trừ So với vật lí h ọ c , lịch sử vật lí học cịn khoa học non trẻ V i ệ c phát quy luật củ a phát triển vật lí học việc mé Những quy luật trình bày vẩn tiếp t ụ c n g h i ê n cứu bổ sung, xác hoá thêm 24 ... luật mỏi củ a phát triển vật ií học Sự hiểu biết lịch sử vật lí học có ý nghĩa đáng kê đối wới nhà nghiên cứu, người học người dạy vật lí học Có người ch o nhà vật lí học phải nghiên cứu phát... hưởng triết học vật lí h ọ c , không xét đến ảnh hường ngược lại M ố i quan hệ triết học vật lí học biến đổi trình phát triển triết học vật lí học Ở thời cổ đại, vật lí h ọ c chưa tồn khoa học độc... học Sư phạm Trọng tâm giáo trình lịch sử vật lí họ: c ổ điển Lịch sử vật lí học đại năm 20 thê , kỉ XX trình bày mức độ vừa phải Cuối cùng, giáo trinh giới , thiệu vắn tắt phát triển vật lí học