10 Thí nghiệm vật lý nổi tiếng
Size- Size+ Câu chuyện khoa học
Trong ngành vật lý, có nhiều thí nghiệm đơn giản nhưng kết quả đạt
được rất lớn và là tiền đề cho rất nhiều lý thuyết vật lý khác. Theo
cuộc thăm dò của các nhà khoa học Mỹ về thí nghiệm đẹp nhất trong
lịch sử từ trước đến nay, xếp theo thứ tự về thời gian, 10 thí nghiệm
đó như sau:
1. Đo đường kính Trái Đất của Eratosthenes
Thí nghiệm được tiến hành cách đây khoảng 2.300 năm, tại thành
phố Awan của Ai Cập, Eratosthenes, một người thủ thư ở Alexandria
đã xác định được thời điểm mà ánh sáng mặt trời chiếu thẳng đứng
xuống bề mặt đất. Có nghĩa là hình chiếu của một chiếc cọc thẳng
đứng trùng với chân cọc.
Sau đó một năm, ông đã đo bóng của một chiếc cọc đặt ở Alexandria
(Ai Cập), và phát hiện ra rằng ánh nắng Mặt Trời nghiêng 7 độ so với
phương thẳng đứng.
Trái Đất là hình cầu nên chu vi của nó tương ứng với một góc 360 độ.
Nếu hai thành phố (Awan và Alexandria) cách nhau một góc 7 độ, thì
góc đó phải tương ứng với khoảng cách giữa hai thành phố ấy (với
giả định rằng cả hai thành phố cùng nằm trên đường xích đạo). Dựa
vào mối liên hệ này, Eratosthenes đã tính ra chu vi của Trái Đất là
250.000 stadia.
Đến nay, người ta vẫn chưa biết chính xác 1 stadia theo chuẩn Hy
Lạp là bao nhiêu mét, nên chưa thể có kết luận về độ chính xác trong
thí nghiệm của Eratosthenes. Tuy nhiên, phương pháp của ông hoàn
toàn hợp lý về mặt logic. Nó cho thấy Eratosthenes không những đã
biết Trái Đất hình cầu, mà còn hiểu về chuyển động của nó quanh
Mặt Trời.
2. Vật rơi tự do của Galilei
Cho đến cuối thế kỷ 16, có một quan niệm khá phổ biến lúc bấy giờ là
vật thể nặng sẽ rơi nhanh hơn vật thể nhẹ. Tuy nhiên, Galileo Galilei

5. "Sợi dây xoắn" của Cavendish
Mọi người đều biết rằng Newton là người tìm ra lực hấp dẫn. Ông đã
chỉ ra rằng hai vật có khối lượng luôn hút nhau bằng một lực tỷ lệ
thuận với khối lượng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
giữa chúng. Tuy nhiên, làm sao để chỉ cho người khác thấy lực hấp
dẫn bằng thí nghiệm khi nó quá yếu?
Vào năm 1797 - 1798, thí nghiệm này đã được thực hiện bởi nhà
khoa học người Anh Henry Cavendish. Ông đã sử dụng thiết bị thuê
của người dân nông thôn. Thiết bị thuê là sự cân bằng độ xoắn, thực
chất là một dây kéo căng đỡ những trọng lượng hình cầu. Ông cho
gắn hai viên bi kim loại vào hai đầu của một thanh gỗ, rồi dùng một
sợi dây mảnh treo cả hệ thống lên, sao cho thanh gỗ nằm ngang. Sau
đó, Cavendish đã dùng hai quả cầu bằng chì, mỗi quả nặng 195 kg
(350 pound), tịnh tiến lại gần hai viên bi ở hai đầu gậy. Theo giả
thuyết, lực hấp dẫn do hai quả cầu chì tác dụng vào hai viên bi sẽ làm
cho cây gậy quay một góc nhỏ, và sợi dây sẽ bị xoắn một vài đoạn.
Kết quả, thí nghiệm của Cavendish được xây dựng tinh vi đến mức
nó phản ánh gần như chính xác giá trị của lực hấp dẫn. Ông cũng
tính ra được một hằng số hấp dẫn gần đúng với hằng số mà chúng ta
biết hiện nay. Thí nghiệm được biết như sự cân Trái Đất và sự xác
định của lực hấp dẫn, cho phép tính toán khối lượng Trái Đất. Thậm
chí Cavendish còn sử dụng nguyên lý thí nghiệm này để tính ra được
khối lượng của Trái Đất là 6 × 1024 kg.
6. Giao thoa ánh sáng của Young
Qua nhiều cuộc tranh luận, Isaac Newton đã hướng lý thuyết vật lý về
bản chất ánh sáng là hạt chứ không phải là sóng. Vào năm 1803, nhà
thầy thuốc và nhà vật lý trẻ người Anh tên là Thomas Young đã tiến
hành thí nghiệm theo suy nghĩ của mình. Anh cắt một lỗ nhỏ trên một
cửa sổ và bao phủ nó bởi một tấm bìa dày có một lỗ nhỏ ở đó và sử
dụng một cái gương để làm lệch hướng chùm tia ánh sáng mảnh

giản khi bạn chải tóc bằng lược. Vào năm 1897, nhà vật lý người Anh
J. J. Thomson đã mới phát hiện ra một loại hạt tích điện, gọi là điện
tử (electron). Có điều ngay cả Thomson cũng đã không xác định
được giá trị điện tích của electron. Sau đó, thí nghiệm về những hạt
này đã được nhà khoa học Mỹ Robert Milikan thực hiện vào năm
1909 để đo sự tích nạp của chúng. Sử dụng một máy phun hương
thơm, Milikan đã phun các giọt dầu vào một hộp trong suốt. Đáy và
đỉnh hộp làm bằng kim loại được nối với nguồn pin với một đầu là âm
(-) và một đầu là dương (+). Trong thí nghiệm này, Millikan đã đặt một
hiệu điện thế cực lớn (khoảng 10.000 V) giữa hai điện cực kim loại
đó.
Milikan quan sát từng giọt rơi một và sự thay đổi điện áp rồi ghi chú
lại tất cả những hiệu ứng. Ban đầu, giọt dầu không tích điện, nên nó
rơi dưới tác dụng của trọng lực. Tuy nhiên sau đó, Millikan đã dùng
một chùm tia Roentgen để ion hóa giọt dầu này, cấp cho nó một điện
tích. Vì thế, giọt dầu này đã rơi nhanh hơn, vì ngoài trọng lực, nó còn
chịu tác dụng của điện trường. Dựa vào khoảng thời gian chênh lệch
khi hai giọt dầu rơi hết cùng một đoạn đường, Millikan đã tính ra điện
tích của một hạt tích điện nhỏ nhất là 1 electron: e = 1,63 × 10-19
coulomb.
Năm 1917, Millikan lặp lại thí nghiệm trên, và đã sửa điện tích của 1
electron là e = 1,59 × 10-19 coulomb. Những đo đạc hiện nay dựa
trên nguyên lý của Millikan cho kết quả là e = 1,602 × 10-19 coulomb.
9. Bắn các hạt alpha vào lá vàng mỏng của Rutherford
Trước khi Ernest Rutherford thực hiện thử nghiệm về sự bức xạ của
các hạt alpha tại trường Đại học Manchester vào năm 1911, người ta
vẫn nhầm tưởng rằng nguyên tử có cấu trúc "mềm": gồm các hạt tích
điện dương đan xen với các electron, tạo thành một hỗn hợp "plum
pudding" (mứt mận). Nhưng khi Rutherford cùng với những người trợ
lý cho thực hiện thí nghiệm bắn các hạt alpha vào lá vàng mỏng, họ

mà người ta tập trung nhiều vào các chương trình khoa học lớn, và
đã không có ai để ý đến nó. Mãi đến khi người ta lật lại lịch sử các thí
nghiệm khoa học và cảm nhận được "vẻ đẹp" của các chùm electron
thì họ không biết được ai là người đầu tiên chứng minh được tính
sóng của chúng nữa.