Các nhà vật lý đang suy nghĩ về điều gì

60

“Đó là một đêm mà nỗi buồn ngự trị trong phòng thí nghiệm. Trong nỗ lực thu nhận và nhận diện nguyên tố 101 — mắt xích tiếp theo trong chuỗi các nguyên tố hóa học sau urani được con người chế tạo nhân tạo — chúng tôi đã tiến hành nhiều thí nghiệm cẩn thận, nhưng tất cả đều kết thúc thất bại. Giờ đây chúng tôi đang hoàn tất thí nghiệm cuối cùng, mà triển vọng thành công, tuy vậy, dường như không mấy thuyết phục. Mẫu vật liệu do chúng tôi điều chế, dù trong trường hợp tốt nhất, cũng chỉ có thể chứa một hoặc hai nguyên tử của nguyên tố 101 khó nắm bắt…

Chúng tôi chăm chú theo dõi việc ghi các xung liên quan đến việc sử dụng buồng đo. Một giờ trôi qua. Trời sắp sáng. Sự chờ đợi dường như vô tận. Cuối cùng khoảnh khắc ấy đã đến! Ngòi bút của bộ máy tự ghi vọt lên đến giữa thang đo rồi rơi xuống, để lại một nét đỏ rõ ràng: đó là một xung ion hóa lớn… Khoảng một giờ sau, một xung thứ hai giống xung thứ nhất được ghi nhận. Giờ đây chúng tôi tin chắc rằng mình đã chứng kiến sự phân rã của hai nguyên tử nguyên tố 101 và, như vậy, đã bổ sung cho gia đình hóa học một nguyên tố mới.”**

Câu chuyện của các nhà vật lý Mỹ Glenn Seaborg và Albert Ghiorso về việc tạo ra các nguyên tố hóa học mới bắt đầu như thế. Bản dịch tiếng Nga của nó được đăng trong tập đầu tiên của tuyển tập “Các nhà vật lý đang nghĩ gì”, xuất bản năm 1962. Từ đó đến nay, loạt tuyển tập khoa học phổ thông này đã có thêm năm tập nữa. Hai tập đầu được xuất bản tại Nhà xuất bản Văn học Vật lý-Toán học Quốc gia, các tập còn lại — tại Nhà xuất bản “Nauka”. Đây là tên các tập ấy:

Tập 1. Vật lý hạt nhân nguyên tử (năm 1962, giá 23 cô-pếch).
Tập 2. Các hạt sơ cấp (năm 1963, giá 25 cô-pếch).
Tập 3. Các hạt sơ cấp (năm 1965, giá 43 cô-pếch).
Tập 4. Vật lý hạt nhân nguyên tử (năm 1965, giá 29 cô-pếch).
Tập 5. Vật lý vĩ mô lượng tử (năm 1967, giá 62 cô-pếch).
Tập 6. Vật lý thiên văn (năm 1967, giá 1 rúp 06 cô-pếch).
Tất cả những cuốn sách này đều ở tuyến đầu của khoa học. Vì thế chúng được gọi là “Các nhà vật lý đang nghĩ gì”. Quả thật, chúng kể về những điều các nhà khoa học đang làm trong thời đại chúng ta, và đôi khi cả về những điều họ mới chỉ dự định làm. Không phải ngẫu nhiên mà nhiều bài viết kết thúc gần giống như bài “Lực hạt nhân” của Robert Marshak, đăng trong tập thứ tư:

“Có thể nói gì về giấc mơ tha thiết của các nhà vật lý — sự hiểu biết lý thuyết thực sự về lực hạt nhân? Tất cả những gì chúng ta có thể làm vào lúc này là bày tỏ hy vọng rằng chúng ta đang đi đúng đường… Tuy nhiên, chúng ta tin rằng một ngày nào đó chúng ta sẽ có thể viết ra những phương trình đúng”

61

và tìm được cách giải chúng. Cho đến khi đó, dường như chúng ta không còn lựa chọn nào khác ngoài việc tiến lên bằng những phép gần đúng thực nghiệm được mô tả trong bài viết này.”
Ngày nay khoa học phát triển cực kỳ nhanh, và các sách giáo khoa, một cách tự nhiên, không kịp theo sự phát triển ấy. Nếu chỉ làm quen với một khoa học hiện đại nào đó qua sách giáo khoa, thì có thể tưởng rằng trong đó mọi việc đã được làm xong, mọi vấn đề đã được giải quyết, mỏ, nói vậy, đã khai thác hết, quặng đã lấy sạch và phần dành cho bạn chỉ còn đá thải. Thậm chí còn thấy hơi tủi thân vì đã sinh ra quá muộn. Mọi đất nước đã được khám phá và trên bản đồ Trái Đất không còn vùng trắng nào, mọi định luật đã được tìm ra — Newton, Coulomb, Ampère, Joule — Lenz v.v., thuyết tương đối và cơ học lượng tử đã được xây dựng. Tưởng chừng còn gì nữa? Nhưng thực tế không phải vậy, và vật lý ngày nay đứng trước vô số vấn đề chưa được giải quyết.

Các hạt cơ bản (electron, neutron, proton v.v.) được cấu tạo từ chất gì và cấu trúc của chúng ra sao? Có thể chúng là những khối đồng nhất của một thứ vật chất chưa biết, mà cũng có thể, như nhà thơ Nga nổi tiếng Valery Bryusov từng viết,

“những electron ấy là Những Thế giới, nơi có năm lục địa, Nghệ thuật, tri thức, chiến tranh, ngai vàng Và ký ức của bốn mươi thế kỷ!”

Bản chất của lực hấp dẫn là gì, và chúng đã xuất hiện như thế nào? Lực hạt nhân là gì? Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố kết thúc ở đâu và còn có thể bổ sung những nguyên tử nào vào đó? Liệu ở đâu đó trong những vực sâu vô tận của vũ trụ có dù chỉ một phản thế giới được xây dựng từ phản vật chất hay không? Tự nhiên có bao nhiêu hạt cơ bản và các tính chất của chúng là gì?

Những vấn đề như vậy được nói tới trong tuyển tập “Các nhà vật lý đang suy nghĩ về điều gì”. Hơn nữa, thường là từ chính những người trực tiếp nghiên cứu, những nhà khoa học lớn tự tiến hành các công trình ấy. Vì vậy, khi đọc bài viết, ta như bước vào phòng thí nghiệm của họ, biết được nhiều chi tiết thú vị và bắt đầu hiểu rõ hơn khoa học được làm ra như thế nào.

Mặc dù trong các tuyển tập này luôn bàn về những vấn đề mới nhất của vật lý, nói chung rất khó hiểu, chúng vẫn luôn hoàn toàn dễ tiếp cận đối với học sinh cuối cấp. Các tác giả vận dụng rất thành thạo toàn bộ kho phương tiện của sự phổ biến khoa học chân chính: họ đưa ra những ví dụ và phân tích đơn giản, sử dụng các mô hình rõ ràng về những quá trình vật lý khác nhau, trên thực tế hoàn toàn không dùng đến bộ máy toán học phức tạp. Các bài viết được viết rất hấp dẫn, bằng ngôn ngữ sinh động, giàu hình ảnh và đôi khi được đọc như những tác phẩm văn học, tuy chứa đựng ý nghĩa vật lý sâu sắc.

Dưới đây là đặc điểm ngắn gọn về nội dung chính của các tuyển tập này.

Hai tập (tập thứ nhất và thứ tư) nói về việc nghiên cứu hạt nhân nguyên tử. Trước hết là về các phương tiện nghiên cứu — máy gia tốc hạt mang điện, buồng tia lửa, các bản ảnh đặc biệt có độ nhạy cao, máy quang phổ. Những bài khác xem xét các kết quả nghiên cứu cấu trúc hạt nhân nguyên tử và bản chất của lực hạt nhân. Các công trình về việc tạo ra các nguyên tố siêu urani cũng được mô tả chi tiết.

Trong tập thứ hai và thứ ba, tập hợp các bài viết về hạt cơ bản. Ngoài ra còn nói về nhiều loại hạt riêng biệt — pion, neutrino, phản proton, phản neutron,

meson K, hyperon, cộng hưởng, sự phát hiện, tính chất và vị trí mà chúng chiếm trong vi thế giới.

Tập thứ năm tập hợp các bài viết về những hiệu ứng và hiện tượng vĩ mô, mà bản chất mang tính lượng tử về nguyên tắc. Trước hết đó là điện tử học lượng tử, đã tạo ra các máy phát phân tử và các bộ khuếch đại những bức xạ khác nhau, các đồng hồ nguyên tử siêu chính xác. Cũng thuộc vào đây là những hiện tượng lượng tử mới được phát hiện, liên quan với tính siêu dẫn và siêu chảy, cũng như hiệu ứng Messbauer nổi tiếng.

Tập thứ sáu hoàn toàn dành cho các vấn đề của thiên văn học hiện đại. Trong đó kể về những ngành mới của thiên văn học — thiên văn hồng ngoại, tia X, neutrino, gamma và vô tuyến — và những thông tin đáng kinh ngạc do chúng thu được. Chẳng hạn, điều gì buộc những thế giới khổng lồ — các Thiên hà — phải bùng nổ? Vì sao các ngôi sao dao động? Tinh vân Orion bao nhiêu tuổi? Những quá trình vật lý nào diễn ra trong Đám mây Magellan Lớn? Đó là một số vấn đề được xem xét trong cuốn sách này.

Đáng tiếc là trong số các tác giả của các tuyển tập có rất nhiều nhà khoa học Xô viết, nhiều người trong số họ đã có đóng góp xứng đáng vào sự phát triển của vật lý hiện đại. Trong một số bài báo, đóng góp này thậm chí không được nhắc đến không chỉ trong văn bản chính mà cả trong các chú thích của biên tập viên.

Phần lớn các tuyển tập này đều có thể tìm thấy. Chúng được xuất bản với số lượng tương đối nhỏ, và nay chỉ có thể tìm thấy trong các thư viện. Nhưng mỗi người chịu khó đọc ít nhất một trong những cuốn sách này sẽ cảm nhận được hơi thở mạnh mẽ của khoa học hiện đại với những vấn đề cực kỳ thú vị, đã được giải quyết và chưa được giải quyết.

V. A. Leshkovtse

62

Về bài “Câu chuyện về lượng tử”
(tr. 6—15)

1. 9,8·10⁻⁷ ∂x/cm³.
2. 2,3·10⁻¹² ∂p ≈ 1,5 electron-vôn.
   Số lượng tử cực đại: 1,7·10⁻¹² ∂p ≈ 1 electron-vôn.
3. 4,4·10¹² lượng tử trong một xentimét khối.
4. Năng lượng của lượng tử: 9,6 kiloelectron-vôn, năng lượng của electron: 0,1 kiloelectron-vôn.

Về bài “Phân số liên tục”
(tr. 16—26)

1. λ = 5216,5.
2. [0; 1, 2, 3, 4, 5].
3. $\frac{5777}{1875}$.
4. a) [1; 1212⋯],

6. [2; 444⋯],
   b) [2; 2424⋯].

5. 6. $\frac{\sqrt{ab(ab-4)}-ab}{2a}$*.

Về bài “Hàm số là gì”
(tr. 27—36)

1. Miền xác định tự nhiên:
   a) x ≠ 0; 6) x ≤ -1; x ≥ 1.
2. a) 9; 6) 8; b) 6.
3. a) 8; 6) 6; b) 9; г) 0.
4. 10⁷; 4⁷.
5. nⁿ.
6. f₁ và f₃ khả nghịch.
   13 và 14. Ánh xạ trùng với ánh xạ ngược của nó.
7. a) 1680; 6) 9240; b) 18 150=3⁹-3·2⁹+3
8. Aₙⁿ=n (n−1) … (n−m+1), nếu m≤n; Aₙⁿ=0, nếu m>n.
9. $\frac{28!}{(7!)^4}$.

*) Đây là nghiệm dương của phương trình
$$x = \frac{1}{a + \frac{1}{b+x}}.$$

Về bài “Ma sát khô”
(tr. 37—43)

1. Phân tích lực ma sát tác dụng lên các bánh trước của ô tô thành hai thành phần: F₁, nằm trong mặt phẳng các bánh xe, và F₂, vuông góc với các bánh xe (xem hình). Các lực F₁ làm các bánh xe quay, còn các lực F₂ làm ô tô quay hướng.

2. Nếu trọng tâm của thanh không nằm giữa hai ngón tay, thì áp lực của thanh lên các ngón tay khác nhau. Các lực ma sát tác dụng lên thanh từ phía các ngón tay cũng khác nhau. Thanh dịch chuyển về phía mà ma sát nhỏ hơn.

3. Chừng nào khối chưa trượt trên mặt phẳng, lực ma sát bằng về độ lớn với hình chiếu của trọng lượng khối lên mặt phẳng nghiêng F_TP = P sin α. Khối bắt đầu trượt khi lực ma sát đạt giá trị cực đại của ma sát nghỉ F_TP = kN = kP cos α. Khi đó điều kiện kP cos α = P sin α được thỏa mãn. Vì vậy khối bắt đầu trượt ở góc nghiêng của mặt phẳng đối với phương ngang α = arctg k. Sau đó lực ma sát sẽ bằng F_TP = kN = kP cos α.

Góc α = arctg k, tại đó khối bắt đầu trượt, được gọi là góc ma sát. Nó còn có một ý nghĩa hình học khác: nếu tác dụng lên khối nằm trên mặt phẳng ngang một lực tạo với phương thẳng đứng một góc nhỏ hơn góc ma sát, thì không thể dịch chuyển khối khỏi chỗ, dù lực tác dụng lớn đến đâu. Có thể chứng minh điều này như sau. Đặt một người quan sát trên mặt phẳng nghiêng, trên đó có một khối

63

và tăng góc nghiêng của mặt phẳng đối với phương ngang. Người quan sát sẽ nói rằng trong hệ tọa độ của mình, lên vật nằm trên mặt phẳng mà anh ta coi là nằm ngang, tác dụng một lực tạo với đường vuông góc với mặt phẳng góc α. Nếu tgα < k (tức là α < arctg k), thì khối không trượt trên mặt phẳng, dù lực tác dụng lớn đến đâu.
4. Đáp án được chỉ ra trên hình.

Bản vẽ đặt vào khe sẽ được viên bi ép vào tấm ván. Nếu góc α, do mặt nghiêng của ống lót tạo với phương thẳng đứng, sao cho tg2α < k (trong đó k — hệ số ma sát giữa viên bi và bản vẽ), thì bản vẽ sẽ được giữ lại bởi lực ma sát với viên bi, dù trọng lượng của bản vẽ lớn đến đâu và ma sát nhỏ đến đâu

5. Dây tác dụng lên các thanh những lực F1 và F2, độ lớn của chúng phụ thuộc vào trọng lượng của ống. Chẳng hạn, nếu các thanh tạo với đường vuông góc với bề mặt ống một góc nhỏ hơn α = arctg k (k — hệ số ma sát của các thanh với ống), thì các thanh sẽ không trượt trên ống, dù các lực F1 và F2 lớn đến đâu, và do đó trọng lượng của ống lớn đến đâu (xem lời giải bài 3). Trong những trường hợp như vậy, các kỹ sư nói đến sự kẹt.

Dùng sự kẹt, có thể làm một khóa đơn giản và tiện lợi để treo bản đồ và bản vẽ. Cần làm hai kẹp kim loại như hình vẽ (tr. 64, phía trên), rồi đóng các kẹp vào tấm ván và đặt vào mỗi kẹp một viên bi.

bản vẽ vào tấm ván. Để rút bản vẽ ra khỏi khóa, chỉ cần nâng viên bi lên bằng que chỉ.

6. Hình lập phương bắt đầu trượt khi hợp lực của lực F và thành phần trọng lượng của hình lập phương song song với mặt phẳng nghiêng,