Tóm tắt 7 Bài Học Hay Nhất Về Vật Lý – tác giả Carlo Rovelli

 

7 Bài Học Hay Nhất Về Vật Lý là hướng dẫn giúp bạn hiểu rõ hơn về các lý thuyết hiện tại về cách vũ trụ hoạt động bằng cách giải thích thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử, hai trụ cột của vật lý hiện đại.

Khoa học là một môn học hấp dẫn và quan trọng trong thế giới của chúng ta. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, nhân loại gần như không biết gì về cách mọi thứ vận hành. May mắn thay, điều đó đã thay đổi và giờ đây chúng ta đã có hiểu biết khá tốt về thế giới của mình ở cả quy mô nhỏ và lớn.

Thật điên rồ khi nghĩ rằng chúng ta đã từng không biết về nguyên tử hay thiên hà. Càng tìm hiểu về nó, bạn càng bắt đầu nhận thấy những điểm tương đồng giữa thế giới vi mô và vĩ mô. Những định luật vật lý này và sự tò mò của chúng ta về chúng luôn thay đổi và ngày càng lớn.

Nhưng đâu là những nguyên lý chính của vật lý giải thích cách vũ trụ vận hành? Và hiện trạng của môn học này ra sao? Đây là một số câu hỏi mà chúng ta sẽ tìm thấy câu trả lời trong cuốn 7 Bài Học Hay Nhất Về Vật Lý của Carlo Rovelli. Bạn cũng sẽ khám phá ra điều mà môn học này đang thiếu sót ngay lúc này khi nó đang cố gắng giải quyết.

Dưới đây là 3 bài học thú vị nhất mà tôi rút ra được từ cuốn sách này:

1.Cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng đang xung đột với nhau, nhưng điều này đã cho chúng ta cơ hội để phát triển những lý thuyết mới.

2.Nhiệt động lực học, hay khoa học về nhiệt, là một nghiên cứu thú vị, có thể giải thích các đặc điểm của thời gian.

3.Chúng ta không chỉ là người quan sát thế giới mà còn là người tham gia vào quá trình vật lý đằng sau vũ trụ bao la mà chúng ta đang sống.

Hãy cùng bắt đầu nghiên cứu nhé!

Bài học 1: Các lý thuyết mới nảy sinh từ mâu thuẫn giữa thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử.

Hai trụ cột của vật lý hiện đại là thuyết tương đối rộng và cơ học lượng tử. Thuyết tương đối là lý thuyết của Einstein về mối liên hệ giữa thời gian và không gian. Mặt khác, thuyết lượng tử lại đi sâu vào cấp độ nguyên tử để giải thích mọi thứ. Vấn đề là, mặc dù hai lý thuyết này được chấp nhận rộng rãi là hợp lý, nhưng chúng lại mâu thuẫn với nhau.

Các quy tắc của thuyết tương đối tuyên bố rằng không gian là liên tục và cong. Ngược lại, cơ học lượng tử vẽ nên một bức tranh phẳng, sử dụng lượng tử, hay các gói hữu hạn, để mô tả cách thức hoạt động của năng lượng. Nhưng chính điều này lại mang đến cho các nhà vật lý cơ hội phát triển các lý thuyết hiệu quả hơn.

Một ứng cử viên hàng đầu là thuyết hấp dẫn lượng tử vòng (LQG), cho rằng các vòng vi mô tạo nên không gian. Hãy nghĩ về chúng như những "nguyên tử của không gian" cấu thành nên chính không gian. Điều này có nghĩa là không gian và thời gian không liên tục. Không gian được tạo thành từ những hạt nhỏ li ti và thời gian có nhịp điệu khác nhau đối với mỗi hệ thống trong tự nhiên.

Một điều kỳ lạ khác về lý thuyết này là những gì nó nói về Vụ Nổ Lớn, mà nhiều người tin rằng là sự khởi đầu của vũ trụ chúng ta. LQG lại thiết lập sự khởi đầu của mọi thứ giống như một "cú nảy lớn". Ý tưởng này xuất phát từ suy nghĩ rằng một vũ trụ trước vũ trụ của chúng ta giờ đã sụp đổ rồi bùng nổ trong cái mà chúng ta gọi là Vụ Nổ Lớn.

Bài học 2: Chúng ta có thể hiểu rõ hơn về bản chất của thời gian bằng cách xem xét các hệ thống tạo nên nhiệt.

Nhiệt động lực học nghe có vẻ là một từ lớn, nhưng nếu phân tích kỹ thì nó chỉ đơn giản là khoa học về nhiệt. Toàn bộ nghiên cứu về nó xuất phát từ một câu hỏi đơn giản: nhiệt là gì? Vào thế kỷ 19, người ta cho rằng nó nằm dưới lớp vỏ của chất lỏng, hay caloric.

Giờ đây, chúng ta biết rằng nhiệt không phải là chất lỏng mà chỉ đơn giản là ma sát khiến các nguyên tử của một vật thể chuyển động nhanh hơn. Các nguyên tử luôn nảy lên nảy xuống khắp nơi và rung động. Và thật dễ dàng để thấy rằng những rung động nhanh hơn sẽ khiến các vật thể nóng hơn. Thật dễ dàng để hiểu tại sao nhiệt lại xảy ra, nhưng cách nó di chuyển thì khó hơn một chút.

Lấy một tách cà phê nóng làm ví dụ. Đặt một chiếc thìa lạnh vào tách sẽ làm thìa nóng lên, đúng không? Nhưng còn việc chiếc thìa truyền thêm nhiệt vào cà phê thì sao? Chẳng phải nó cũng sẽ nóng hơn nhờ nhiệt lượng mà thìa mang lại sao? Theo quan điểm của Ludwig Boltzmann, điều này là do sự truyền nhiệt diễn ra hoàn toàn ngẫu nhiên.

Cách chúng ta nhìn nhận thời gian cũng chịu ảnh hưởng của nhiệt. Hãy nghĩ về con lắc, nó chậm lại do tiếp xúc với không khí khi lắc lư. Ma sát này sinh ra nhiệt, khiến con lắc mất năng lượng sau mỗi lần lắc.

Bạn có thể hình dung chuyển động này là quá khứ và trạng thái nghỉ là tương lai. Nhưng nếu không có ma sát, sẽ không có nhiệt. Điều này khiến các khái niệm về quá khứ, hiện tại và tương lai trở nên lỗi thời.

Bài học 3: Chúng ta là một phần của vũ trụ và vũ trụ cũng là một phần của chúng ta, và những bài học vật lý này áp dụng cho chúng ta cũng như cho thế giới của chúng ta.

Vài năm trước, gia đình tôi đã đi xem một bộ phim IMAX về vũ trụ. Phim hơi sến súa và chúng tôi đã bật cười khi nghe câu "bạn ở trong vũ trụ và vũ trụ ở trong bạn".

Mặc dù đến giờ chúng tôi vẫn cười về điều đó, nhưng tôi nghĩ thật thú vị khi nghĩ về việc cơ thể chúng ta chứa cùng những nguyên tử như các vì sao. Cây cối cũng vậy. Đôi khi chúng ta tự coi mình là người quan sát bên ngoài, nhưng sự thật là chúng ta là một phần của tất cả.

Sự tò mò của chúng ta về cách vũ trụ vận hành đã bắt đầu từ rất lâu và vẫn tiếp tục cho đến ngày nay. Chúng ta đã đi một chặng đường dài, nhưng chúng ta vẫn còn nhiều điều phải hiểu. Vật lý thậm chí còn đang nỗ lực tìm hiểu khả năng có ý chí tự do của chúng ta.

Chúng ta có thể nghĩ vật lý và bản chất con người là hai lĩnh vực tách biệt, nhưng chúng có nhiều điểm chung hơn chúng ta nghĩ. Vật lý là tất cả về việc hiểu các quy luật tự nhiên, và chẳng phải hành động của con người cũng là một phần của điều đó sao? Bộ não và cơ thể chúng ta hoạt động theo cách tự nhiên tương tự như vũ trụ của chúng ta.

Ngay cả cái chết cũng chứng minh điều này là đúng. Mọi thứ, từ con người, hoa cỏ, và thậm chí cả những vì sao, đều sống và chết. Tuy nhiên, có một điều vẫn đúng bất kể điều gì xảy ra với những khám phá của chúng ta. Chúng ta sẽ luôn tò mò muốn khám phá thêm về cách vận hành của những điều nhỏ bé và to lớn trong thế giới này.

7 Bài Học Hay Nhất Về Vật Lý chắc chắn là một cuốn sách thú vị. Một số nguyên lý này hơi khó hiểu, khiến tôi nghĩ rằng chúng ta mới chỉ bắt đầu hiểu cách vũ trụ vận hành. Dù sao đi nữa, thật tuyệt khi học được những bài học quan trọng chi phối phần lớn cuộc sống hàng ngày của chúng ta!