Văn minh loài người đã phát triển được vài nghìn năm, và cũng đã hướng tới cuộc sống hiện đại với sự góp mặt của các cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trong vài trăm năm trở lại đây. Ấy vậy nhưng nhiều người trong chúng ta vẫn chưa hiểu rõ được giá trị của khoa học kĩ thuật và những điều thú vị xung quanh nó.

Văn minh loài người đã phát triển được vài nghìn năm, và cũng đã hướng tới cuộc sống hiện đại với sự góp mặt của các cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trong vài trăm năm trở lại đây. Ấy vậy nhưng nhiều người trong chúng ta vẫn chưa hiểu rõ được giá trị của khoa học kĩ thuật và những điều thú vị xung quanh nó.

Tôi là một nhà nghiên cứu thiên văn học. Nếu các bạn chưa biết hay còn khá xa lạ với nó vì ở trường người ta chẳng nói với các bạn, thì thiên văn học là một ngành khoa học thuộc Vật lý học. Tôi cũng muốn nói rõ rằng Vật lý là một môn khoa học bao trùm rất rộng, những môn các bạn học ở trường như Hóa học, Sinh học xét theo một số khía cạnh cũng là những phân nhánh riêng rẽ của bộ môn này. Nếu các bạn định phản đối vì tình cảm riêng với môn Hóa hay môn Sinh thì tôi chỉ xin tóm lược ngắn gọn như sau để giải thích cho ý của mình:

Khoa học như chúng ta biết, được nghiên cứu với mục đích quan trọng nhất là giải thích tự nhiên. Trong lĩnh vực khoa học cơ bản nghiên cứu về tự nhiên này thì người ta chia ra hai phần chính. Phần thứ nhất, toàn bộ nó chỉ gói gọn trong hai chữ "Toán học". Toán học khác các môn khoa học cơ bản khác, nó không giải thích tự nhiên, mà nó cung cấp các công cụ để giải thích tự nhiên. Chẳng hạn như khi người ta biết rằng 1+1=2 thì có nghĩa là không chỉ một quả cam đặt lên bàn cạnh một quả cam khác là hai quả cam, hay một người đi cùng một người nữa thì có hai người, mà nó là một qui luật bất biến áp dụng cho mọi đối tượng từ vi mô tới vĩ mô, từ chiếc bàn nhỏ bé của bạn tới phạm vi thế giới, vũ trụ ... Ở một nơi xa xôi nào đó trong vũ trụ nếu có một hành tinh có sự sống và văn minh, họ hẳn rằng cũng cần có toán học, và họ cũng biết 1+1=2 cho dù qui ước về cách viết và cách nói có thể không như vậy. Cái phép tính tưởng như quá đơn giản đó thực ra lại là cả một điều kì diệu của tự nhiên, các bạn cứ ngẫm thêm thì sẽ càng hiểu rõ nó.

Tuy vậy, Toán học kì diệu như vậy nhưng nếu nó chỉ để phục vụ cuộc sống hàng ngày thì người ta cũng chỉ cần có 1+1=2, 2x2=4, hay là giỏi lắm thì đến phép tính lũy thừa là cùng để giải quyết chuyện đi chợ mua rau hay là chia chác phần thừa kế của gia đình ... Những phép tính phức tạp hơn như lượng giác, vi phân ... cùng hàng đống qui ước và kí hiệu phức tạp của chúng chẳng bao giờ cần tới trong cuộc sống thường ngày cả. Chắn chắn rằng các bạn đang hoặc đã là học sinh đều đã có lúc đặt câu hỏi về cái gọi là mục đích của việc học những phép tính này, có phải người ta nghĩ ra nó chỉ để các bạn học mà đi thi hay không?

Xin thưa là không phải, các phép tính và phương trình phứa tạp nhất trong Toán học thực ra đều được tìm ra để giải quyết vấn đề giải thích thé giới tự nhiên. Đó là phần thứ hai của khoa học cơ bản theo cách chia mà tôi đang nói tới: Vật lý và các phân nhánh của nó.

Tôi xin quay trở lại vấn đề tại sao tôi "quy chụp" tất cả các khoa học cơ bản trừ Toán thành "đàn em" của Vật lý.

Như tôi đã nói, khoa học cơ bản xây dựng trên nền tảng là việc tìm hiểu và giải thích tự nhiên. Đã là giải thích tức là đến tận cùng, hay là càng gần tận cùng càng tốt, càng sâu càng tốt, điều này thì chắc các bạn đều đồng ý.

Vật lý là môn khoa họ tổng quát để giải thích mọi hiện tượng trong tự nhiên. Đơn giản là bất cứ hiện tượng nào bạn nhìn thấy hàng ngày đều có một nguyên nhân, và mỗi nguyên nhân đó không phải chỉ là cho một hiện tượng đơn lẻ, mà nó là nguyên nhân chung của muon vàn hiện tượng khác nữa. Ví dụ như chiếc cốc rơi xuống mặt đất, ngày nay chúng ta đều biết là do lực hấp dẫn. Và lực hấp dẫn cũng đóng vai trò trong sự rơi của hàng tỷ thứ trên đời này mà bạn có thể nhìn thấy nữa. Có lần có em học sinh hỏi tôi rằng vậy thì có phải lực hấp dẫn là thứ lực bất lợi hay không, có phải không có nó chúng ta có thể bay lượn, và không còn những sự đổ vỡ. Nghe có lý quá phải không, nhưng em học sinh đã được tôi nói cho biết rằng nếu không có lực hấp dẫn thì sẽ không hình thành hành tinh chúng ta, hoặc nếu lực hấp dẫn quá yếu thì hành tinh chúng ta sẽ không có khi quyển và chúng ta sẽ không bao giờ được ra đời cả...

Có bao nhiêu lực tham gia hiện tượng này?

Trước đây lịch sử đã ghi nhận vật lý được chia thành nhiều giai đoạn nghiên cứu. ban đầu người ta nghiên cứu về cơ học, sau đó mới tới điện học, quang học. Trong quãng thời gian đó vẫn có các nhà khoa học nghiên cứu ngành Hóa học - môn khoa học nghiên cứu tính tương tác và chuyển hóa giữa các nguyên tố và hợp chất trong tự nhiên, và những nhà nghiên cứu về Sinh học - khoa học về sự sống của các loài sinh vật trong đó có con người chúng ta. Và quả thật ở những thời kì đó thì Hóa học và Sinh học gần như chẳng liên quan gì tới Vật lý cả, chúng gần như độc lập hoàn toàn với nhau, không có bất cứ một cơ sở chung nào cả ...


Thế kỉ 20 là giai đoạn phát triển mạnh mẽ của một ngành khá mới mẻ trong vật lý: Vật lý hạt. Có vẻ như vật lý hạt được đề cập tới nhiều bắt đầu từ đầu thế kỉ 19 khi John Dalton đưa ra khái niệm nguyên tử (atom). Khái niệm này lập tức lôi Hóa học và vật lý tiến lại gần nhau một chút, tuy nhiên thì về cơ bản, các nhà hóa học vẫn chẳng muốn thừa nhận rằng họ cần có kết quả của Vật lý để giải thích cái mà mình nghiên cứu, vì một qui ước và một cái tên thì chưa phải đã là phụ thuộc.

Mọi vật chất trong đó có cả con người chúng ta đều tạo thành từ các hạt cơ bản

Tuy vậy tới thế kỉ 20 khi vật lý hạt phát triển cùng sự ra đời của cơ học lượng tử thì người ta biết rất rõ rằng nguyên tử không phải thành phần nhỏ nhất không thể phân chia được, mà nó được tạo ra từ những hạt nhỏ hơn gồm proton, neutron và electron, và mỗi proton và neutron lại được tạo thành từ 3 hạt nhỏ gọi là quark...

Tôi sẽ không sa đà vào việc giải thích cặn kẽ các loại hạt này trong phạm vi của một bài viết ngắn ngủi. Vấn đề tôi đang đặt ra là như vậy thì thế giới của chúng ta được cấu tạo từ các hạt cơ bản đó, và tại sao chúng lại tạo thành các vật chất, các nguyên tố khác nhau, đó là cả một quá trình tương tác và phản ứng giữa các hạt cơ bản này. Quá trình đó xảy ra ở nhiều cấp độ: giữa các quark với nhau, rồi giữa các proton, neutron, các electron, rồi sau đó mới tới giai đoạn phản ứng giữa các nguyên tử, phân tử, mà Hóa học chỉ có nghiên cứu và mô tả qui mô này, trong khi để giải thích vậy tại sao một số chất có thể kế hợp với nhau trong khi một số chất thì không, tại sao một phản ứng nào đó tỏa nhiệt còn phản ứng khác lại hút nhiệt ... thì người ta không thể giải thích bằng các phương trình hóa học mà lại phải dùng tới kiến thức của vật lý hạt. Với sinh học cũng vậy, tại sao một số loài có thể lai giống với nhau còn một số loài thì không, tại sao một số gen trội hơn một số gen khác, khoa học hiện đại không ai còn chấp nhận kiểu giải thích "bởi vì tự nhiên qui định nó thế".

Đúng là tự nhiên qui định tất cả, nhưng đấng toàn năng (nếu có) không đủ thời gian mà qui định cho từng cá thể, hay thậm chí từng loài như thế, mà đấng toàn năng cũng chỉ có thể lập trình ra một hệ thống định luật vật lý giống như khi nhà lập trình viết ra một phần mềm vậy, mọi tương tác tiếp theo đều chỉ là hậu quả của một chuỗi tương tác trước đó trên nền tảng của các thuật toán ban đầu. bản thân tôi cũng không phải nhà vật lý mà là nhà thiên văn học, nhưng tôi hiểu sâu sắc một điều rằng mọi kết quả nghiên cứu của thiên văn không thể có được một cách chi tiết nếu thiếu nền tảng của vật lý học. Và những gì tôi nói tới ở trên cũng không phải là thiếu đề cao các môn khoa học như Hóa học, sinh học, cái tôi bàn tới là một nền tảng cuối cùng của tất cả chúng.

Chúng ta đang sống trong thế giới của những điều tuyệt diệu, nơi mà Vật lý tham gia mọi quá trình của tự nhiên

Có vẻ bàn nhiều tới những vấn đề này sẽ mất khá nhiều thời gian. hãy thử một lần quan sát dù một chuyển động nhỏ nhất trong thế giới của chúng ta và nghĩ về nó, về những gì gây ra nó, và về việc hàng ngày đã có bao nhiêu hiện tượng vật lý như vậy trong thế giới của chúng ta. Thời còn đi học, với tôi bất cứ bài tập vật lý nào cũng dễ dàng, và chẳng khó khăn để tôi có điểm 9,5 môn Vật lý (0,5 điểm bị mất do 1 chỗ đổi sai đơn vị vì ẩu quá) trong kì thi đại học khối A trước đây dù tổng thời gian ôn thi môn này chỉ vài buổi với mục đích học các câu lý thuyết mà người ta yêu cầu viết thuộc lòng mới được điểm tối đa. Đơn giản là vì tôi không học theo kiểu "chỉ cần nhớ công thức này, dạng bài kia", mà tôi tìm thấy cái hấp dẫn và tính thực tiễn trong mỗi công thức đó.

Để kết bài về sự thú vị của vật lý này, tôi xin trích một vài câu trong cuốn sách "Các lực trong tự nhiên" của V.Grigoriev và G.Miakisev do NXB Khoa học và Kĩ thuật xuất bản năm 2003 (theo tôi thì đây là một cuốn sách rất hấp dẫn với các bạn trẻ yêu khoa học).

"Rõ ràng rằng chỉ ở thời thơ ấu chúng ta mới có thể xúc động với những câu hỏi tại sao lại có các hiện tượng thông thường xung quanh chúng ta. nhưng tuổi nhỏ lại không đủ sức giải đáp các câu hỏi đó, còn những người lớn tuổi lại ít khi quay lại những vấn đề mà lúc nhỏ không giải đáp được. Theo lời nhà vật lý người anh Perri thì khát vọng giải thích tính chất của sự vật đơn giản ẩn sâu bên trong ý thức, còn trí tuệ thì bị hấp dẫn bởi những hiện tượng bất ngờ, không quen thuộc. Chỉ có trẻ em và các nhà bác học mới hay ham mê tìm hiểu các hiện tượng quen thuộc nhất hàng ngày"

Các bạn học sinh thân mến, hôm nay các bạn vẫn còn là trẻ em, nhưng một ngày có thể các bạn cũng sẽ trở thành nhà bác học!