Khi nghiên cứu cơ học cổ điển và nhiệt động lực học, mục đích cù a ta là ttỉm một hệ cô đọng nhất, ít phương trìn h hoặc định luật n h ấ t m à vản mô t ả được (đối
tượng c àn g đấy đủ c àn g tổt. Trong cơ học ta đă tỉm được b a đ ịn h lu ậ t Nevvton vé chuyển động và các định lu ậ t k ế t hợp vé lực như định lu ậ t N e w to n vé h á p dẫn.
Trong nh iệ t động lực, ta tỉm được ba định lu ậ t đã m iêu t ả t r o n g các chương 19 20 và 2 2.
Bây giờ tro n g chương tr ì n h n g h iê n cứu điện từ học, ta đ â tới đ iể m phải b á t đấu tẠp hợp các phương trìn h cơ b à n của nd. B ảhg 37-1 là dự kiến t ậ p hợp các phương trìn h lấy từ các p h ấ n trư ớc đây của cuốn sách ; khi xem b ả n g d a n h sách n g á n ngủi này, có thê’ các bạn sẽ nghĩ là tro n g 14 chương vừa q u a c ủ a giáo trin h , các bạn dã gặp nhiẽu hơn là 4 p h ư ơ ng tr ì n h ! Đ úng là như vậy, s o n g h ấ u hết các phương trìn h ấy - như biểu thức của cường độ điện trư ờ n g ở tr ê n t r ụ c c ủa m ộ t lưỡng cực điện c h ả n g . h ạ n - chỉ áp d ụ n g cho n h ữ n g trư ờ n g hợp riên g b iệt. N d k h ô ng phải là phương trìn h cơ bản vì nó có t h ể suy r a được từ n h ữ n g phương tr ì n h cơ b ả n khác.
Bạn củ n g có t h ể hỏi : "Thế còn định lu ậ t Couĩomb và địn h l u ậ t B iot và S a v a r t thl sao ? Ta phải xem c h ú n g là n h ữ n g phương trỉn h cơ b ả n chứ !" T\iy n hien , n h ư chúng ta đã chỉ r a trước đây, các địn h lu ật này chỉ ctí th ể xem n h ư là cơ b ả n t r o n g tr ạ n g thái đ ứ n g yên hoặc ch uy ển độ ng chậm của các điện tích. T r ê n b ả n g 3 7 -1 , ta đà khái q u á t c h ú n g b ằ n g ph ươ ng tr ì n h I (với địn h lu ậ t Coulomb) v à phương trìn h IV (với định lu ậ t Biot S a v art). Các phương trỉn h I và IV vẫn đúng trong tin h huổng biến đổi n h a n h theo thời gian c ũ n g nh ư tro n g các tìn h huổng biến đổi c h ậm hoặc không biến đổi.
BÁNG 37-1 CÁC P H Ư Ơ N G TRÌN H c ơ BẢN CỦA ĐIỆN T Ừ H Ọ C DANH SÁCII D ự KIẾN
SỐ TÊN P H Ư Ơ N G T R ÌN H T H Ư M Ự C
I
I I
Đ ịn h luật G auss vé điộn học Đ ịn h luật G auss vé từ học
Sfc.</A = q!la ỷa.dA = 0
p.t. 2 5 - 8 p.l. 3 4 -4 3
III Đ ịnh luật câm ứng của Faraday p.l. 3 2 -2 1
IV Đ ịn h luật A m père ■ds - t*j p.t. 3 1 -1 6
SỐ h ạ n g còn th iế u m à t a vừa ntíi t r ê n đây khỗng phảỉ là m ột bổ sung t ẩ m thườ ng m à nó góp p h ấ n cho sự m ô t ả đẩy đủ £ ủ a ch ú n g t a vẽ điện từ học. N goài ra ntí còn xác lập q u a n g học là m ột bộ p h ận hợp th à n h của điện t ừ ầọc. Đác b iệ t n h ư ta Sẽ làm trong chương sau, nố cho phép ta chứng minh rằng tổc độ của ánh sá n g trong không gian tự do .c liên hệ với cáò đại lượng th u ẩ n túy điện và t ừ b ằ n g hệ thức : c = - p = = (tốc. độ của á n h sáng). (37-1) Ncỉ cũng d ẫ n ta tới khái niệm vé phổ sóng điện từ, là cơ sở cho p h á t m in h thực nghiệm vẽ só n g vô tuyến.
C húng t a đã th ấ y - tr o n g n h iề u trư ờ n g hợp - sự đối x ứ n g đa thâm nh ậ p vào v ậ t lí n h ư t h ế nào, và b ằ n g cách nào nd đ ã đưa t a đến n h ữ n g tiê n đ o á n và p h á t m in h mới. C h ẳn g h ạ n n ế u v ậ t A h ú t v ậ t B b ằn g lực F, th l c<5 t h ể v ậ t B sẽ hút v ậ t A bàn g lực - F (sự th ự c đ ú n g n h ư vậy). Một tl dụ kh á c là n ế u đ ã ctí êlectrôn âm , thì có t h ể củ n g cđ ê lec trô n dương (và đ ú n g là cd th ậ t) . Bây giờ t a hảy nhìn
lại bảng 37-1 theo quan điểm ấy. Trước tiên ta phải chú ỷ là khi chỉ x é t đơn th u ấ n theo quan điểm đối xứng (nghỉa là không đi vào tính toán định lượng) t a cổ thể bỏ q u a các đại lượng £Q, ỊẦQ. N h ữ n g h à n g số này có là do cách chọn hệ đ ơ n vị của ta, và không đ đ n g vai trò nào tro n g lập luận vể đối xứng cà.
Khi đã chấp n hận như vậy, ta thấy vế trái của các phương trình tro n g b à n g 37-1, từ n g đôi m ột hoàn toàn đối xứng. Các phương trỉnh I và II lẩn lượt là các tích phân m ặ t của E và B lấy trê n m ột m ật kín. Phương trin h III và IV lấn lư ợ t là các tích phân đường của E và B lấy dọc theo một chu vi kín. (Chú ý rằ n g n ế u tạ thay phương t r ỉ n h I bằng định lu ậ t Coulomb, phương trìn h IV bằng đ ịnh lu ậ t Biot và S a v a rt thỉ sự đối xứng nối trê n hoàn toàn biến mất).
Tuy vậy vế phải của các phương trinh trên hẩu như không đổi x ứ n g c h ú t nào.
Ta có th ể chi ra hai kiểu bất đổi xứng, và sẽ xem xét chúng một cách riê n g rẽ.
Sự b ấ t đ ố i xú n g th ứ n h ấ t
Sự bất đối x ứ n g này gán liền với một sự thực là tro ng tự nhiên tổn tại các tâ m tích điện cô lập như êlectrôn, prôtôn..) nhưng hình như không có các tâ m m a n g từ tính (đơn cực từ). Như vậy ta phải đoán nhận như thế nào vể việc cơ đại lượng q ỏ vế phải c ủa phương trình I n h ư ng lại không cá đại lượng từ tương ứ n g ở v ế phái của phương trìn h II. Tương tự như vậy ờ vế phải của phương trin h IV có số h ạn g M0i (= ịiQdq ịdt) nhưng ở vế phải của phương trỉn h III lại không có số h ạ n g tương
tự (tức là dòn g của các đơn cực từ).
"Sự thiếu đói xứng" này, kết hợp với sự tiên đoán chi tiẽt của vài lí th u y ế t sơ bộ vé b ản c h ấ t c ủ a các h ạ t sơ Cấp và các lực, đ ã thúc đẩy các n h à v ậ t Ịí t ỉ m k iếm m ột cách r ấ t nghiêm túc và bằng nhiểu con đường khác nhau các đơn cực từ, song không ai tlm th ấ y cả. Tuy nhiên cũng cđ một vài đáu mối, như th ể th iê n nhiên đang gợi ý và hướng dẫn các nh à vật lí trên bước đường khám phá c ủ a họ.
Sự bất đối xứng thứ haỉ
Sự bẩt đối x ứ n g này nổi cộm lên như một ngđn tay đau vậy : ở v ế phải củ a định lu ậ t F a r a d a y vễ càm ứng (phương trình III) ta thấy có số h ạ n g - d ộ ^ ld t, và t a đoán n h ậ n địn h luật này m ột cách linh hoạt như sau :
N ếu ta th a y đổi một từ trư ờ n g (d<pjịldt) ta sẽ tạo ra m ột đ iện trư ờ n g iỷE .ds) Trong p h ẩ n 32-2 , ta đà xem xét hiệu ứng này, và đã chứng tỏ r à n g n ế u t a đ ự a m ột th a n h n a m châm vào một vòng dây dẫn kín, ta sẽ làm càm ứ n g m ột điện trư ờ n g và m ộ t dòng điện tro ng vòng d â y ... ...
Từ nguyên lí đổi xứng, ta cớ quyẽn nghi rà n g phải cổ một q u a n hệ đối x ứ n g với quan hệ trê n , cụ thể là :
N ếu ta th a y đổi một đ iện trường (d<pị?ldt) ta sé tạo ra m ột từ trư ím g ($B . đs).
f.KẾt lu ậ n này chi dựa đơn th u ầ n vào lập luận đối xứng và đã tỏ r a là đ ú n g khxi ta kiểm t r a b ằ n g thực nghiệm tro ng phòng thí nghiệm - Nđ cung cấp cho chấnyg t a số h ạn g còn thiếu trong phương trình IV ỏ bàng 3 7-1, như ta ssẽ th á y troniịg p hẩn tiếp theo.