10 Khám phá kỳ diệu nhất của khoa học

356

Điều gì sẽ xảy ra nếu thế giới không có khoa học? Chúng ta không có kiến thức về sự thay đổi của môi trường xung quanh. Chúng ta sẽ không thể giải thích thế giới xung quanh mình.

Nhưng khoa học cho phép chúng ta giải thích các sự kiện khác nhau trong vũ trụ. Nó đem lại nhiều suy nghĩ, tư tưởng, tất cả đều nhằm tìm ra câu trả lời chính xác nhất cho những thắc mắc của con người về thế giới xung quanh. Dưới đây là danh sách 10 khám phá kỳ diệu của khoa học.

1. Trọng lực – Gravity

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Gravity

Trọng lực được biết đến như là một sức mạnh. Người phát hiện ra nó đầu tiên là Newton. Câu chuyện huyền thoại kể rằng Isaac Newton đã từng ngồi dưới gốc cây táo và có một quả táo rơi trúng đầu ông. Nó khiến ông băn khoăn rằng lực kéo trái táo rơi xuống mặt đất là gì. Do đó, các khái niệm về trọng lực được sinh ra. Sau đó, một nhà vật lý tên là Albert Einstein đã sử dụng lực hấp dẫn để giải thích tại sao các hành tinh quay quanh mặt trời. Điều này dẫn đến việc phát hiện ra rất nhiều giả thuyết khác nhau như vật chất tối và sức hút định lượng.

2. Hạt photon – Photons

Trong vật lý, photon là một hạt cơ bản, đồng thời là hạt lượng tử của trường điện từ và ánh sáng cũng như mọi dạng bức xạ điện từ khác. Nó cũng là hạt tải lực của lực điện từ. Các hiệu ứng của lực điện từ có thể dễ dàng quan sát ở cả thang vi mô và vĩ mô do photon không có khối lượng nghỉ; và điều này cũng cho phép các tương tác cơ bản xảy ra được ở những khoảng cách rất lớn. Cũng giống như mọi hạt cơ bản khác, photon được miêu tả bởi cơ học lượng tử và biểu hiện lưỡng tính sóng hạt — chúng thể hiện các tính chất giống như của cả sóng và hạt. Ví dụ, một hạt photon có thể bị khúc xạ bởi một thấu kính hoặc thể hiện sựgiao thoa giữa các sóng, nhưng nó cũng biểu hiện như một hạt khi chúng ta thực hiện phép đo định lượng về động lượng của nó.

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Photons

Khái niệm hiện đại về photon đã được phát triển dần dần bởi Albert Einstein để giải thích các quan sát thực nghiệm mà không thể được giải thích thỏa đáng bởi mô hình sóng cổ điển của ánh sáng. Đặc biệt, mô hình photon đưa ra sự phụ thuộc của năng lượng ánh sáng vào tần số, và giải thích khả năng của vật chất và bức xạ đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt động. Mô hình cũng đưa ra sự giải thích cho một số quan sát khác thường, bao gồm tính chất của bức xạ vật đen, mà một số nhà vật lý, điển hình nhất là Max Planck, đã từng giải thích bằng cách sử dụng các mô hình bán cổ điển, theo đó ánh sáng vẫn được miêu tả bằng cácphương trình Maxwell, nhưng ánh sáng phát ra hoặc hấp thụ từ vật thể bị lượng tử hóa. Mặc dù những mô hình bán cổ điển này đóng góp vào sự phát triển của cơ học lượng tử, những thí nghiệm sau này đã công nhận giả thiết của Einstein rằng chính ánh sáng bị lượng tử hóa; và lượng tử của ánh sáng là các hạt photon.

Trong Mô hình chuẩn hiện đại của vật lý hạt, photon được miêu tả như là một hệ quả cần thiết của các định luật vật lý với tính đối xứng tại mỗi điểm trong không thời gian. Các tính chất nội tại của photon như điện tích, khối lượng và spin được xác định bởi tính chất của đối xứng gauge. Lý thuyết neutrino về ánh sáng với cố gắng miêu tả photon có cấu trúc thành phần, vẫn chưa có được một thành công nào đáng kể.

Khái niệm photon đã dẫn đến những phát triển vượt bậc trong vật lý lý thuyết cũng như thực nghiệm, như laser, ngưng tụ Bose–Einstein, lý thuyết trường lượng tử, và cách giải thích theo xác suất của cơ học lượng tử. Nó đã được áp dụng cho các lĩnh vực như quang hóa học (photochemistry), kính hiển vi có độ phân giải cao và các phép đo khoảng cách giữa các phân tử. Hiện nay, photon được nghiên cứu như một trong những phần tử của các máy tính lượng tử và cho những ứng dụng phức tạp trong thông tin quang như mật mã lượng tử (quantum cryptograpy).(wikipedia)

3. Các hạt quark – Quarks

Quark là một hạt cơ bản sơ cấp và là một thành phần cơ bản của vật chất. Các quark kết hợp với nhau tạo nên các hạt tổ hợp còn gọi là các hadron, với những hạt ổn định nhất là proton và neutron – những hạt thành phần của hạt nhân nguyên tử. Do một hiệu ứng gọi là sự giam hãm màu, các quark không bao giờ được tìm thấy đứng riêng rẽ; chúng chỉ có thể tìm thấy bên trong các hadron.  Với lý do này, rất nhiều điều về các quark được biết đến đã được dẫn ra từ các hadron chúng tổ hợp lên.

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Quarks

Mô hình quark đã được các nhà vật lý Murray Gell-Mann và George Zweig đề xuất độc lập nhau năm 1964. Các quark được đưa ra như là một phần trong biểu đồ sắp xếp cho các hadron, và có rất ít chứng cứ về sự tồn tại của chúng cho đến tận năm 1968.  Cả 6 quark đều đã được quan sát trong các máy gia tốc thực nghiệm; quark cuối cùng được khám phá là quark đỉnh (t) được quan sát tại Fermilab năm 1995.

4. Bảo toàn khối lượng – Conservation of Mass

Antoine Lavoisier là người đầu tiên khám phá ra định luật bảo toàn khối lượng. Theo định luật này, khối lượng không thể được tạo ra hoặc phá hủy và vẫn không đổi. Phát hiện này đã dẫn tới nhiều khám phá trong thế kỷ 19. Tuy nhiên, khối lượng tương đối tổng quát và là một lĩnh vực cần nghiên cứu rộng hơn nữa.

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Conservation-of-Mass

Định luật bảo toàn khối lượng được hai nhà khoa học Mikhail Vasilyevich Lomonosov và Antoine Lavoisier khám phá độc lập với nhau qua những thí nghiệm được cân đo chính xác, từ đó phát hiện ra định luật bảo toàn khối lượng.

  • Năm 1748, nhà hóa học người Nga Mikhail Vasilyevich Lomonosov đặt ra định đề.
  • Năm 1789, nhà hóa học người Pháp Antoine Lavoisier phát biểu định luật này.

Khi cân những bình nút kín đựng bột kim loại trước và sau khi nung, M.V.Lomonosov nhận thấy rằng khối lượng của chúng không thay đổi, mặc dù những chuyển hoá hoá học đã xảy ra với kim loại trong bình. Khi áp dụng các phương pháp định lượng nghiên cứu phản ứng hoá học, năm 1748 Lomonosov đã tìm định luật quan trọng này. Lomonosov trình bày định luật như sau: “Tất cả những biến đổi xảy ra trong tự nhiên thực chất là nếu lấy đi bao nhiêu ở vật thể này, thì có bấy nhiêu được thêm vào ở vật thể khác. Như vậy, nếu ở đây giảm đi bao nhiêu vật chất, thì sẽ có từng ấy vật chất tăng lên ở chỗ khác”.

5. Sự phóng xạ – Radioactivity

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Radioactivity

Đồng vị là các nguyên tử của cùng một nguyên tố nhưng có số nơtron khác nhau. Khi các đồng vị không cân chúng có tính phóng xạ. Phóng xạ là một trong những khám phá kỳ diệu của khoa học. Khi các hạt được giải phóng từ các hạt nhân nguyên tử không ổn định nó là phóng xạ. Không phải tất cả các hạt phóng xạ đều có hại. Một số là khá hữu ích và cần thiết.

6. Mô hình Bohr – Bohr Model

Trong vật lý nguyên tử, Mô hình nguyên tử của Bohr mô tả nguyên tử gồm một hạt nhân nhỏ, mang điện tích dương có các electron di chuyển xung quanh trên các quỹ đạo tròn – tương tự cấu trúc của hệ mặt trời nhưng lực hấp dẫn được thay bằng lực tĩnh điện. Đây là mô hình cải tiến của mô hình Plum-pudding (1904) và mô hình Rutherford (1911). Nhiều tài liệu còn gọi mô hình Bohr là mô hình Rutherford-Bohr.

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Bohr-Model

Mô hình này được đề xuất bởi Niels Bohr năm 1913. Mô hình này đã giải thích rất thành công công thức Rydberg về cácvạch quang phổ của nguyên tử hydrô.

7. Thuyết tương đối – General Relativity

Thuyết tương đối rộng hay thuyết tương đối tổng quát là lý thuyết hình học của lực hấp dẫn do nhà vật lý Albert Einstein công bố vào năm 1916 và hiện tại được coi là lý thuyết miêu tả hấp dẫn thành công của vật lý hiện đại. Thuyết tương đối tổng quát thống nhất thuyết tương đối hẹp và định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, đồng thời nó miêu tả lực hấp dẫn (trường hấp dẫn) như là một tính chất hình học của không gian và thời gian, hoặc không thời gian. Đặc biệt, độ cong của không thời gian có liên hệ chặt chẽ trực tiếp với năng lượng và động lượng của vật chất và bức xạ. Liên hệ này được xác định bằng phương trình trường Einstein, một hệ phương trình đạo hàm riêng phi tuyến.

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-General-Relativity

Nhiều tiên đoán và hệ quả của thuyết tương đối rộng khác biệt hẳn so với kết quả của vật lý cổ điển, đặc biệt khi đề cập đến sự trôi đi của thời gian, hình học của không gian, chuyển động của vật thể khi rơi tự do và sự lan truyền của ánh sáng. Những sự khác biệt như vậy bao gồm sự giãn thời gian do hấp dẫn, thấu kính hấp dẫn, dịch chuyển đỏ do hấp dẫn của ánh sáng, và sự trễ thời gian do hấp dẫn. Mọi quan sát và thí nghiệm đều xác nhận các hiệu ứng này cho tới nay. Mặc dù có một số lý thuyết khác về lực hấp dẫn cũng được nêu ra, nhưng lý thuyết tương đối tổng quát là một lý thuyết đơn giản nhất phù hợp các dữ liệu thực nghiệm. Tuy thế, vẫn còn tồn tại những câu hỏi mở, căn bản nhất như các nhà vật lý chưa biết làm thế nào kết hợp thuyết tương đối rộng với các định luật của vật lý lượng tử nhằm tạo ra một lý thuyết đầy đủ và nhất quán là thuyết hấp dẫn lượng tử.

Lý thuyết của Einstein có nhiều ứng dụng quan trọng trong vật lý thiên văn. Nó chỉ ra trực tiếp sự tồn tại của lỗ đen – những vùng của không thời gian trong đó không gian và thời gian bị uốn cong đến mức ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra được – một trạng thái cuối cùng của các ngôi sao khối lượng lớn. Có rất nhiều nguồn bức xạ mạnh phát ra từ một vài loại thiên thể cố định dựa trên sự tồn tại của lỗ đen; ví dụ, các hệ sao đôi tia X và nhân các thiên hà hoạt động thể hiện sự có mặt của tương ứng lỗ đen khối lượng sao và lỗ đen có khối lượng khổng lồ. Sự lệch của tia sáng do trường hấp dẫn làm xuất hiện hiệu ứng thấu kính hấp dẫn, trong đó nhiều hình ảnh của cùng một thiên hà hiện lên qua ảnh chụp. Thuyết tương đối tổng quát miêu tả các tính chất của sóng hấp dẫn mà đã được xác nhận một cách trực tiếp bởi nhóm Advanced LIGO. Hơn nữa, thuyết tương đối rộng còn là cơ sở cho các mô hình vũ trụ học hiện tại về sự đang giãn nở không ngừng của vũ trụ ( wikipedia )

8. Phản vật chất – Antimatter

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Antimatter

Phản vật chất là gần giống như khoa học viễn tưởng. Nó được tạo thành từ các phản proton, phản neutron, positron. Mặc dù, phản vật chất ổn định không tồn tại. Khi kết hợp với lượng tương đương các vật chất khác nó sẽ chuyển đổi thành năng lượng. Năng lượng này là nguy hiểm và chết người. Positron đối nghịch lại với các electron. Phản vật chất được nghiên cứu rất nhiều bởi các nhà vật lý.

9. Các định luật chuyển động của Newton

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Newton’s

Các định luật của Newton về chuyển động là tập hợp ba định luật cơ học phát biểu bởi nhà bác học người Anh Isaac Newton, đặt nền tảng cho cơ học cổ điển. Các định luật Newton được công bố lần đầu tiên năm 1687 trong cuốn Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Ba định luật cơ bản này cùng với một định luật nổi tiếng khác của Newton, định luật vạn vật hấp dẫn, lần đầu tiên giải thích khá thuyết phục các quan sát của Kepler về chuyển động của các hành tinh.

Ba định luật của Newton về chuyển động được phát biểu (lần đầu tiên) như sau:

  • Định luật 1 Newton: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.
  • Định luật 2 Newton: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
  • Định luật 3 Newton: Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá trị, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.

Trải qua mấy thế kỷ, mặc dù ba định luật của Newton được phát biểu theo nhiều hình thức khác nhau nhưng bản chất không có gì thay đổi.

10. Hạt của chúa – Higgs Boson

top-10-kham-pha-khoa-hoc-ky-dieu-nhat-Higgs-Boson

Khám phá mới nhất trong ngành vật lí là Higgs Boson vào năm 2013. Nó còn được gọi là “hạt của chúa” bởi rất khó để tìm loại hạt này và cực kỳ hiếm. Hạt Higgs Boson là một hạt trong trường Higgs. Giả thuyết lần đầu tiên được công bố vào năm 1964 bởi Peter Higgs và Francois Englert. Các trường Higgs là một lĩnh vực đầy năng lượng để truyền tin đại chúng cho mọi thứ. Họ dự đoán rằng đây là cách mọi thứ trong vũ trụ có khối lượng. Trong CERN đã có một máy va chạm hadron lớn bắn proton vào nhau. Và khi chúng va chạm chúng phá vỡ thành các hạt hạ nguyên tử và hạt Higgs Boson là một trong những hạt này.

Save