Giải Nobel về Vật lý 1901-2004
Vật lý là gì?
Vật lý được coi là một môn khoa học cơ bản nhất của khoa học tự nhiên. Vật lý nghiên cứu
những thành phần cơ bản nhất của vật chất và các tương tác giữa chúng cũng như nghiên
cứu về các nguyên tử và việc tạo thành phân tử và chất rắn. Vật lý cố gắng đưa ra những
mô tả thống nhất về tính chất của vật chất và bức xạ, bao quát rất nhiều loại hiện tượng.
Trong một số ứng dụng, vật lý rất gần với hóa học cổ điển và trong một số ứng dụng khác
nó thường liên quan chặt chẽ đến các đối tượng nghiên cứu của các nhà thiên văn học. Các
xu hướng của vật lý hiện nay đang hướng đến vi sinh học.Mặc dù hóa học và thiên văn học
là các ngành khoa học hoàn toàn độc lập, nhưng cả hai đều coi vật lý là cơ sở trong nghiên
cứu các lĩnh vực, khái niệm và công cụ của các vấn đề khoa học. Phân biệt cái nào là vật lý
và hóa học trong một số lĩnh vực thường là rất khó. Điều này cũng được minh chứng vài lần
trong lịch sử của các giải Nobel. Dưới đây sẽ nhắc đến một số giải Nobel về hóa học đặc biệt
là những giải có liên hệ rất chặt chẽ đến các công trình mà những người đoạt giải Nobel vật
lý thực hiện. Đối với thiên văn học, tình huống lại khác vì không có giải Nobel cho thiên văn
học nên ngay từ đầu, những phát kiến của thiên văn học được trao giải Nobel về vật lý.
Từ vật lý cổ điển đến vật lý lượng tử
Năm 1901, khi giải Nobel đầu tiên được trao thì các lĩnh vực của vật lý cổ điển đã dựa trên
một nền tảng vững chắc do các nhà vật lý và hóa học vĩ đại của thế kỉ thứ 19 tạo nên.
Hamilton đã đưa ra những công thức mô tả động học của vật rắn từ những năm 1830.
Carnot, Joule, Kelvin và Gibbs đã phát triển nhiệt động học tới mức cực kì hoàn thiện
trong nửa cuối của thế kỉ đó.
Các phương trình nổi tiếng của Maxwell đã được chấp nhận như là một mô tả tổng
quát về các hiện tượng điện từ và có thể ứng dụng trong bức xạ quang học và sóng radio
lúc bấy giờ mới được Hetz phát hiện.
Tất cả mọi thứ, bao gồm cả các hiện tượng sóng, có vẻ như là rất phù hợp với bức
tranh vật lý được dựng trên chuyển động cơ học của các thành phần của vật chất tự thể
hiện trong các hiện tượng vĩ mô khác nhau. Một số nhữung nhà quan sát cuối thể kỉ 19 cho
rằng, những việc cho các nhà vật lý làm tiếp theo là giải quyết những vấn đền nhỏ trong
một vấn đề lớn đã được xây dựng gần hết.
Tuy vậy, sự thỏa mãn về bức tranh vật lý đó kéo dài không được bao lâu. Thời điểm
huỳnh quang. Sau đó, vào năm 1912, Robert A. Millikan lần đầu tiên đo chính xác điện tích
của điện tử bằng phương pháp giọt dầu (oil-drop), và điều này dẫn ông đến giải Nobel năm
1923. Millikan cũng được trao giải cho những công trình về hiệu ứng quang điện.
Vào đầu thế kỉ 20, các phương trình của Maxwell đã có mặt được vài chục thập kỉ,
nhưng rất nhiều câu hỏi vẫn chưa được giải đáp: môi trường nào là môi trường trung gian
dẫn chuyền sóng điện từ (trong đó có cả ánh sáng) và các hạt tải điện có phải là nguyên
nhân của sự phát xạ ánh sáng hay không? Albert A. Michelson đã phát triển một phương
pháp giao thoa, theo phương pháp này thì khoảng cách giữa hai vật thể có thể được đo
bằng số các bước sóng ánh sáng (hoặc là những phần nhỏ của chúng). Điều này làm cho
việc xác định chiều dài chính xác hơn trước đó rất nhiều. Rất nhiều năm sau, Văn phòng đo
lường quốc tế (Bureau International de Poids et Mesures) ở Paris đã định nghĩa đơn vị mét
trên cơ sở số các bước sóng của một bức xạ đặc biệt thay cho định nghĩa trước đây là chiều
dài của một tấm platin. Dùng chiếc giao thoa kế đó, Michelson và W. Morley đã tiến hành thí
một nghiệm nổi tiếng, thí nghiệm đó kết luận rằng vận tốc của ánh sáng không phụ thuộc
vào chuyển động tương đối của nguồn sáng và người quan sát. Thí nghiệm này bác bỏ giả
thuyết trước đó coi ê-te (ether) là môi trường truyền ánh sáng. Michelson nhận giải thưởng
Nobel năm 1907.
Các nhà bác học Vật lý
Các cơ chế phát xạ ánh sáng bởi các hạt tải điện đã được Hendrik A. Lorentz nghiên
cứu. Ông cũng là người đầu tiên áp dụng các phương trình của Maxwell vào việc dẫn điện
trong vật chất. Lý thuyết của ông có thể được áp dụng vào bức xạ gây ra bởi dao động giữa
các nguyên tử, và vào bối cảnh đó, lý tuyết có thể giải thích một thí nghiệm cực kì quan
trọng. Vào năm 1896, Pieter Zeeman khi nghiên cứu về các hiệu ứng điện từ của ánh sáng
đã tìm ra một hiện tượng quan trọng, đó là vạch phổ của Natri khi bị đốt cháy trong một từ
trường mạnh bị tách thành nhiều vạch. Hiện tượng này có thể được giải thích rất chi tiết
bằng lý thuyết của Lorentz khi lý thuyết này được áp dụng cho các dao động của các điện
tử. Lorentz và Zeeman chia nhau giải Nobel năm 1902, thậm chí trước cả Thomson (phát
hiện ra điện tử). Sau đó, Johannes Stark chứng minh ảnh hưởng trực tiếp của điện trường
lên phát xạ ánh sáng nhờ việc phát ra một chùm các nguyên tử (chùm tia a-nốt gồm các
nguyên tử hoặc phân tử) trong một điện trường mạnh. Ông đã quan sát được sự tách phức
Planck(1858-1947)
Tuy vậy, Wien không thể rút ra một công thức phân bố phù hợp với thực nghiệm cho cả hai
vùng bước sóng dài và bước sóng ngắn. Vấn đề đó vẫn không được giải quyết cho đến khi
Max K. E. L. Planck đưa ra một ý tưởng hoàn toàn mới là năng lượng phát xạ chỉ phát ra
từng lượng gián đoạn, có một giá trị nhất định gọi là lượng tử (quanta). Một lượng tử năng
lượng có giá trị lớn khi bước sóng nhỏ và có giá trị nhỏ khi bước sóng lớn (lượng tử năng
lượng bằng hằng số Plank nhân với tần số của lượng tử đó). Đây được coi là sự ra đời của
vật lý lượng tử. Wien nhận giả Nobel năm 1911 và Plank nhận ít năm sau đó, vào năm
1918. Các bằng chứng quan trọng chứng minh ánh sáng phát ra theo từng lượng tử năng
lượng cũng được củng cố bằng lời giải thích của Albert Eistein về hiệu ứng quang điện (được
Hetz quan sát lần đầu tiên vào năm 1887). Hiệu ứng quang điện bao gồm phần mở rộng
của lý thuyết Plank. Einstein nhận giải Nobel vật lý năm 1921 (trao giải năm 1922) về hiệu
ứng quang điện và về “những đóng góp cho vật lý lý thuyết” (điều đó ám chỉ một bối cảnh
khác).
Trong các thí nghiệm sau này, James Franck và Gustav L. Hertz đã chứng minh hiệu
ứng quang điện ngược (inverse of the photoelectric effect, tức là khi một điện tử va chạm
với một nguyên tử thì cần một năng lượng tối thiểu để sinh ra các lượng tử ánh sáng với
năng lượng đặc trưng phát ra từ va chạm đó) và chứng minh tính đúng đắn của lý thuyết
Plank và hằng số Plank. Franck và Hertz cùng nhận giải Nobel năm 1926. Cũng vào khoảng
thời gian đó, Arthur H. Compton (người nhận nửa giải Nobel vật lý năm 1927) nguyên cứu
sự mất mát năng lượng của quang tử (photon, lượng tử sóng điện từ) tia X khi tán xạ lên
các hạt vật chất và cho thấy rằng các lượng tử của chùm tia X có năng lượng lớn hơn năng
lượng của ánh sáng nhìn thấy 10.000 lần và chúng cũng tuân theo các qui tắc lượng tử.
Charles T. R. Wilson (xem dưới đây) nhận một nửa giải Nobel năm 1927 vì tạo ra dụng cụ
quan sát tán xạ năng lượng cao có thể được dùng để chứng minh tiên đoán của Compton.
Với khái niệm cơ sở về lượng tử hóa năng lượng, tình hình vật lý đã thúc đẩy những cuộc
phiêu lưu tiếp theo vào thế giới bí ẩn của vật lý vi mô. Cũng giống như một số nhà vật lý nổi
tiếng trước đó, Niels H. D. Bohr làm việc với mô hình hành tinh nguyên tử trong đó các điện
tử quay xung quanh hạt nhân. Ông thấy rằng các vạch phổ sắc nét phát ra từ các nguyên tử
có thể được giải thích bằng cách cho rằng điện tử quay xung quanh hạt nhân trên các quĩ
ngụ ý rằng có những giới hạn tự nhiên trong việc xác định chính xác đồng thời các đại lượng
vật lý (hệ thức bất định Heisenberg - Heisenberg's uncertainty relations).
Hình2:(từ trái) Lamb(1913- ), Kusch(1911-1993) Schrödinger(1887-1961), và Dirac(1902-
1984)
Hết phần 2
Các nhà bác học Vật lý
Heisenberg được trao giải Nobel năm 1932 cho việc phát triển cơ học lượng tử, trong
khi đó Schrödinger và Paul A. M. Dirac cùng nhận giải vào năm sau đó. Cơ học lượng tử của
Schrodinger và Heisenberg đúng đối với các vận tốc và năng lượng tương đối thấp của
chuyển động “quĩ đạo” (orbital) của các điện tử hóa trị trong nguyên tử. Nhưng các phương
trình đó không thỏa mãn các yêu cầu được xác định từ các nguyên lý của Eistein cho các hạt
chuyển động nhanh. Dirac đã sửa đổi các công thức khi tính đến lý thuyết tương đối hẹp của
Eistein và cho thấy rằng một lý thuyết như vậy không chỉ bao gồm những thông số tương
ứng cho sự tự quay của điện tử xung quanh mình nó gọi là spin (do đó giải thích mô men từ
nội tại của điện tử và cấu trúc tinh tế quan sát được trong phổ nguyên tử) mà còn tiên đoán
sự tồn tại của một loại hạt hoàn toàn mới gọi là các phản hạt (antiparticles) có khối lượng
bằng khối lượng của điện tử nhưng mang điện tích dương. Phản hạt đầu tiên của điện tử do
Carl D. Anderson (được trao một nửa giải Nobel năm 1936) phát hiện năm 1932 được gọi là
positron.Giải Nobel những năm sau đó được trao cho những người có đóng góp quan trọng
khác cho sự phát triển của cơ học lượng tử. Max Born, thầy của Heisenberg vào những năm
đầu của thập niên 20 có những công trình quan trọng về mô tả toán học và giải thích vật lý.
Ông nhận một nửa giải nobel vào năm 1954 cho công trình của ông về ý nghĩa thống kê của
hàm sóng. Wolfgang Pauli đã đưa ra nguyên lý loại trừ (exclusion principle – mỗi trạng thái
lượng tử chỉ có thể có một điện tử mà thôi) dựa trên cơ sở lý thuyết bán cổ điển của Bohr.
Sau này, người ta cũng thấy nguyên lý Pauli liên quan đến tính đối xứng của hàm sóng của
các hạt có spin bán nguyên nói chung gọi là các hạt fermion để phân biệt với các hạt boson
có spin là một số nguyên lần của hằng số Plank chia cho 2*pi. Nguyên lý loại trừ có nhiều
hệ quả quan trọng trong nhiều lĩnh vực của vật lý và Pauli nhận giải Nobel năm 1945.
Việc nghiên cứu spin của điện tử tiếp tục mở ra những chân trời mới trong vật lý. Các
phương pháp chính xác để xác định mô men từ của các hạt tự quay đã được phát triển vào
Lee) và Dương Chấn Ninh (Chen Ning Yang) đã chỉ ra rằng các tương tác vật lý có thể không
tuân theo đối xứng gương (tức là, chúng có thể khác nhau khi hệ tọa độ quay trái hoặc quay
phải). Điều này có nghĩa là tính chất “chẵn lẻ” của hàm sóng, kí hiệu là “P” không được bảo
toàn khi hệ chịu một tương tác như vậy và tính chất đối xứng gương có thể bị thay đổi.
Công trình của hai ông là điểm khởi đầu cho một nghiên cứu chuyên sâu về các hiệu ứng
như vậy và ngay sau đó người ta thấy rằng phân rã của hạt betta và pi thành hạt muy do
tương tác yếu gây ra không bảo toàn tính chẵn lẻ (xem thêm phần dưới). Lý và Dương cùng
nhận giải Nobel năm 1957. (*Bổ sung: các định luật bảo toàn đều được rút ra từ các tính
chất đối xứng. Tính đối xứng và đồng nhất của không gian và thời gian làm cho năng lượng,
xung lượng, mô men xung lượng được bảo toàn. Do đó, tính đối xứng và bảo toàn liên hệ
chặt chẽ – ND*)
Các tính chất đối xứng khác của cơ học lượng tử có liên hệ với sự thay thế của các hạt bằng
các phản hạt (gọi là giao hoán điện tích – charge conjugation, kí hiệu là “C”). Trong các
trường hợp chuyển đổi phóng xạ mà Lý và Dương nghiên cứu, người ta thấy rằng mặc dù
tính chẵn lẻ không được bảo toàn, nhưng vẫn tồn tại một đối xứng trong đó các hạt và phản
hạt phá vỡ tính chẵn lẻ theo các cách trái ngược nhau hoàn toàn và do đó toán tử tổ hợp
C*P bảo toàn tính đối xứng. Nhưng nguyên lý bảo toàn C*P đó kéo dài không được bao lâu
cho đến khi James W. Cronin và Val L. Fitch phát hiện sự phân rã của hạt “meson K” vi
phạm nguyên lý trên, mặc dù sự vi phạm đó trong một qui mô rất nhỏ. Cronin và Fitch đưa
ra phát hiện này vào năm 1964 và họ cùng nhau nhận giải Nobel năm 1980. Hệ quả của
phát hiện trên (bao gồm các câu hỏi về tính đối xứng của các quá trình tự nhiên khi đảo
ngược thời gian – gọi là đối xứng T) vẫn được thảo luận cho đến ngày nay và đã chạm đến
những nền tảng sâu nhất của vật lý lý thuyết bởi vì đối xứng P*C*T luôn được coi là bảo
toàn.
Người ta biết rằng trường điện từ có tính chất gọi là “đối xứng chuẩn” (gauge symmetry),
tức là các phương trình trường giữ nguyên dạng ngay cả khi các thế năng điện từ được nhân
lên với các hằng số pha cơ học lượng tử nhất định. Người ta không biết tương tác yếu (weak
interaction) có tính chất như thế cho đến những năm 1960, khi Sheldon L. Glashow, Abdus
Salam, và Steven Weinberg đưa ra lý thuyết thống nhất tương tác yếu và tương tác điện từ.
Họ cùng nhau chia giải Nobel năm 1979 về lý thuyết thống nhất này và đặc biệt là tiên đoán
đầu tiên vào năm 1905 (special theory of relativity) với phương trình cho biết mối liên hệ
giữa khối lượng và năng lượng E=mc2. Và vào thập kỉ tiếp theo, ông tiếp tục đưa ra lý
thuyết tương đối rộng (general theory of relativity) liên hệ lực hấp dẫn với cấu trúc của
không gian và thời gian. Tất cả các tính toán khối lượng hiệu dụng của các hạt năng lượng
cao, của các biến đổi năng lượng trong phân rã phóng xạ cũng như các tiên đoán của Dirac
về sự tồn tại của phản hạt, đều dựa trên lý thuyết tương đối của ông. Lý thuyết tương đối
rộng là cơ sở cho các tính toán chuyển động trên thang vĩ mô của vũ trụ, kể cả giả thiết về
tính chất của hố đen. Eistein nhận giải Nobel vào năm 1922 lại do công trình về hiệu ứng
quang điện thể hiện bản chất hạt của ánh sáng. (*Có lẽ ủy ban trao giải thưởng đã quá thận
trọng khi không trao giải Nobel cho ông về lý thuyết tương đối. Họ sợ rằng, một lý thuyết
quan trọng như vậy, nếu sai có thể để lại một hậu quả rất lớn, chính vì thế Eistein được trao
giải vì hiệu ứng quang điện, một vấn đề kém quan trọng hơn nhiều so với thuyết tương đối -
ND*).
Các nghiên cứu của Becquerel, vợ chồng Curie và Rutherford làn nảy sinh các câu hỏi: đâu
là nguồn năng lượng của hạt nhân phóng xạ để có thể duy trì việc phát xạ anpha, betha và
gamma trong khoảng thời gian rất dài mà một vài người trong số họ đã quan sát được? hạt
anpha là gì và hạt nhân có tạo thành từ hạt này hay không? Câu hỏi đầu tiên (có vẻ như là
vi phạm định luật bảo toàn năng lượng, một trong những định luật quan trọng nhất của vật
lý) đã có câu trả lời từ lý thuyết biến tố (transmutation theory) của Rutherford và Frederick
Soddy (Nobel hóa học 1921). Họ đã theo dõi rất chi tiết một chuỗi các phân rã phóng xạ
khác nhau và so sánh năng lượng phát ra với sự thay đổi về khối lượng của hạt nhân mẹ và
hạt nhân con. Họ tìm thấy rằng hạt nhân thuộc một nguyên tố hóa học có thể có các khối
lượng khác nhau gọi là các “đồng vị” (isotope). Một giải Nobel cũng được trao vào năm 1922
cho Francis W. Aston về việc tách phổ-khối lượng (mass-spectroscopic) của một số lớn các
đồng vị của các nguyên tố không phóng xạ. Cùng lúc đó Marie Curie cũng nhận giải Nobel
lần thứ hai (lần này về hóa học) về phát hiện ra các nguyên tố hóa học radium và polonium.
Khối lượng của các đồng vị đều là một số nguyên lần khối lượng của proton, proton do
Rutherford phát hiện lần đầu tiên khi ông chiếu tia anpha và hạt nhận nguyên tử Ni-tơ.
Nhưng các đồng vị không thể chỉ được tạo thành từ các proton được vì mỗi nguyên tố hóa
học chỉ có một giá trị tổng điện tích hạt nhân. Thông thường các proton chỉ chiếm không
năm 1975. Chúng ta sẽ trở lại những công trình này trong phần “Từ đơn giản đến phức tạp”.
Ngay từ năm 1912 Victor F. Hess (giải Nobel năm 1936 cùng với Carl D. Anderson) thấy
rằng các bức xạ có khả năng đi sâu vào vật chất có thể đến với chúng ta từ khoảng không
ngoài vũ trụ. “Bức xạ vũ trụ” này được ghi nhận bằng các buồng ion hóa và sau này là
buồng mây (cloud chamber) Wilson (người được nhắc đến ở phần trước). Các tính chất của
các hạt có thể phỏng đoán từ các vạch cong của các hạt để lại trong buồng ion hóa dưới tác
dụng của từ trường mạnh bên ngoài. Theo cách đó, C. D. Anderson đã phát hiện ra positron.
Anderson và Patrick M. S. Blackett cho thấy rằng, tia gamma (cần một năng lượng quang tử
ít nhất bằng hai lần me*c2, me là khối lượng điện tử) có thể sinh ra các cặp điện tử-phản
điện tử và ngược lại, điện tử và phản điện tử có thể hủy nhau tạo ra chính tia gamma bị mất
đi. Blackett nhận giải Nobel vật lý năm 1948 cho việc phát triển buồng mây sau này và các
phát minh mà công đã thực hiện đển làm việc đó.
Mặc dù sau này, các máy gia tốc được phát triển nhiều, bức xạ vũ trụ vẫn là nguồn các hạt
năng lượng cao chủ yếu trong vài thập kỉ (và hạt từ bức xạ vũ trụ có năng lượng lớn hơn
năng lượng của các hạt tạo ra từ các máy gia tốc lớn nhất trên trái đất, mặc dù cường độ
của bức xạ vũ trụ rất nhỏ) và nó đã cung cấp những hình ảnh ban đầu của một thế giới hạ
hạt nhân mà lúc bấy giờ con người hoàn toàn chưa biết. Một loại hạt mới gọi là meson được
phát hiện năm 1937 có khối lượng xấp xỉ 200 lần khối lượng điện tử (nhưng nhẹ hơn proton
10 lần). Năm 1946, Cecil F. Powell đã làm sáng tỏ hiện tượng trên và cho rằng thực ra là có
nhiều hơn một loại hạt như vậy tồn tại. Một trong số đó có tên là “meson pi” phân rã thành
một hạt khác gọi là “meson muy”. Powell nhận giải Nobel vật lý năm 1950.
Lúc bấy giờ các nhà lý thuyết đang nghiên cứu về lực mà giữ proton và neutron lại trong hạt
nhân. Năm 1935, Hideki Yukawa giả thiết rằng lực tương tác “mạnh” (strong force) có thể
được truyền bằng các hạt trao đổi (*có hai loại hạt: hạt thực có spin bán nguyên và hạt
truyền tương tác hay còn gọi là hạt trao đổi, hạt có spin nguyên, ví dụ hạt gravion là hạt
truyền tương tác hấp dẫn – ND*), giống như lực điện từ được giả thiết được truyền thông
qua trao đổi các quang tử ảo trong lý thuyết trường lượng tử. Yukawa cho rằng một hạt như
vậy phải có khối lượng khoảng 200 lần khối lượng của điện tử để giải thích tầm tác dụng
ngắn của lực tương tác mạnh mà thực nghiệm tìm ra. Hạt meson pi mà Powell tìm ra có các
tính chất phù hợp để có thể là “hạt Yukawa”. Ngược lại, hạt meson muy lại có các tính chất
(e), hạt muon (muy), neutrino điện tử (nuy e), neutrino muon (nuy muy) và các phản hạt
của chúng đã được tìm thấy và chúng thuộc cùng một lớp gọi là “lepton”. Các hạt trên
không tương tác bởi lực tương tác mạnh, ngược lại, các hạt proton, neutron, meson và
hyperon (tập hợp các hạt có khối lượng lớn hơn khối lượng của proton) lại được xác định bởi
lực tương tác mạnh. Các hạt lepton được mở rộng khi Martin L. Perl và nhóm nghiên cứu của
ông đã phát hiện ra hạt lepton “tau” có khối lượng lớn hơn điện tử và muon. Perl chia giải
Nobel với Reines vào năm 1995.
Tất cả các lepton vẫn được coi là các hạt cơ bản, tức là chúng giống như các điểm và không
có cấu trúc nội, nhưng đối với proton,… thì lại không phải vậy. Murray Gell-Mann và những
người khác cố gắng phân loại các hạt tương tác rất mạnh (gọi là các “hardron”) thành các
nhóm có các liên hệ và kiểu tương tác giống nhau. Gell-Mann nhận giải Nobel năm 1969. Hệ
thống của ông dựa trên giả thiết rằng tất cả các hạt đều được tạo thành từ các hạt nguyên
tố gọi là các hạt “quark”. Bằng chứng thực về việc các nucleon được tạo thành từ các hạt
giống như quark đến từ công trình của Jerome I. Friedman, Henry W. Kendall và Richard E.
Taylor. Họ “nhìn thấy” các hạt cứng bên trong các lepton khi nghiên cứu tán xạ không đàn
hồi của các điện tử (các điện tử có năng lượng lớn hơn năng lượng mà Hofstadter có thể
dùng trước đó) lên các lepton. Do đó, họ cùng nhau chia giải Nobel năm 1990.
Người ta hiểu rằng tất cả các hạt tương tác mạnh đều được tạo thành từ các quark. Vào
giữa những năm 70, một hạt có thời gian sống rất ngắn được phát hiện một cách độc lập bởi
nhóm của Burton Richter và Samuel C. C. Ting. Đó là một loại hạt quark chưa được biết vào
lúc đó và được đặt tên là “đẹp” (charm). Hạt quark này không có mối liên hệ nào đến hệ
thống các hạt cơ bản và Burton và Ting chia nhau giải Nobel năm 1976. Mô hình chuẩn
trong vật lý hạt phân chia các hạt thành 3 họ, họ thứ nhất gồm: 2 quark (và các phản
quark) và hai lepton, trong mỗi lepton đều có các quark “thuận” (up) và “nghịch” (down),
điện tử và neutrino điện tử; họ thứ hai gồm: quark “lạ” (strange) và quark “đẹp”, muon và
neutrino muon; họ thứ ba gồm: quark thuận, quark ngược, tau và tau neutrino. Các hạt
truyền tương tác trong tương tác điện yếu là các quang tử, hạt Z và hạt boson W và trong
tương tác mạnh là các hạt gluon.
Năm 1983, Carlo Rubbia và nhóm nghiên cứu của ông đã chứng minh sự tồn tại của các hạt
W và Z bằng buồng va chạm proton-phản proton với năng lượng đủ cao để tạo ra các hạt
trong các ngôi sao và sự hình thành các nguyên tố nặng. Fowler và Chandrasekhar cùng
nhận giải Nobel vật lý năm 1983.
Ánh sáng nhìn thấy và bức xạ vũ trụ không phải là các sóng điện từ duy nhất mà có thể đến
với chúng ta từ khoảng không vũ trụ. Tại các bước sóng dài hơn, thiên văn vô tuyến cung
cấp các thông tin về các vật thể vũ trụ mà chúng ta không thể quan sát được bằng phổ
quang học. Ngài Martin Ryle đã phát triển một phương pháp trong đó các tín hiệu từ vài
kính thiên văn đặt cách xa nhau có thể kết hợp với nhau để làm tăng độ phân giải của bản
đồ nguồn sóng radio từ bầu trời. Antony Hewish và nhóm nghiên cứu của ông đã thực hiện
một phát minh rất ngẫu nhiên vào năm 1964 khi sử dụng kính thiên văn của Ryle: các vật
thể không xác định gọi là pulsar phát ra các xung tần số sóng radio với tốc độ lặp lại rất xác
định. Những vật thể này ngay sau đó được xác định là các sao neutron, hoạt động như các
ngọn hải đăng quay rất nhanh phát ra sóng radio bởi vì chúng là những cục nam châm rất
mạnh. Ryle và Hewish chia giải Nobel vật lý năm 1974.
Năm 1974 cuộc tìm kiếm pulsar là đối tượng chính của các nhà thiên văn vô tuyến, nhưng
một bất ngờ khác đã đến vào mùa hè năm đó khi Russell A. Hulse và Joseph H. Taylor, Jr.
đã chú ý đến sự điều biến chu kì của tần số các xung của một pulsar mới được phát hiện gọi
là PSR 1913+16. Đó chính là pulsar đôi đầu tiên được ghi nhận, nó được đặt tên như vậy bởi
vì sao neutron phát ra sóng radio là một thành phần trong một hệ sao đôi có kích thước gần
bằng nhau. Các quan sát trên 20 năm về hệ sao này cho thấy bằng chứng của sóng hấp
dẫn. Sự suy giảm của tần số quay rất phù hợp với các tính toán dựa trên lý thuyết của
Einstein về mất mát năng lượng gây ra do phát ra sóng hấp dẫn. Hulse và Taylor chia nhau
giải Nobel vật lý vào năm 1993. Tuy vậy việc thu trực tiếp sóng hấp dẫn trên trái đất vẫn
chưa được thực hiện.
Hết phần 5
Logged
Luuly
Nguyễn Bích Hân- Team Olympeek
OLYMPIAN
Điểm bài viết: 2
Bài viết: 121
thể có dạng hình e-líp), và vào năm 1939 người ta thấy rằng nếu kích thích các hạt nhân bị
biến dạng mạnh có thể dẫn đến sự phân chia hạt nhân, tức là hạt nhân bị phá vỡ thành hai
mảnh lớn. Otto Hahn nhận giải Nobel hóa học năm 1944 cho phát hiện quá trình mới này.
Hình phi cầu của hạt nhân biến dạng sinh thêm các bậc tự do cũng giống như sự dao động
tập thể của các hạt nhân. James Rainwater, Aage Bohr (con trai của Niels Bohr) và Ben
Mottelson đã phát triển các mô hình mô tả các kích thích hạt nhân và họ cùng nhận giải
Nobel vật lý năm 1975.
Các mô hình về hạt nhân được nhắc đến trên đây không chỉ dựa trên các nguyên lý chung,
có tính định hướng mà còn dựa trên các thông tin ngày càng tăng về phổ hạt nhân. Harold
C. Urey đã phát hiện ra deuterium, một đồng vị nặng của hydro, và vì thế, ông được trao
giải Nobel về hóa học vào năm 1934. Fermi, Lawrence, Cockcroft, và Walton đã được nhắc
đến ở phần trước đã phát triển các phương pháp để tạo ra các đồng vị hạt nhân không bền.
Edwin M. McMillan và Glenn T. Seaborg nhận giải Nobel hóa học năm 1951 vì đã mở rộng
bảng đồng vị hạt nhân tới các nguyên tố nặng nhất. Năm 1954, Walther Bothe và Max Born
(người được nhắc đến ở trên) nhận giải Nobel vật lý vì phát triển phương pháp trùng hợp
cho phép những người nghiên cứu quang phổ có thể lựa chọn các chuỗi bức xạ hạt nhân có
liên quan từ phân rã hạt nhân. Phương pháp này lại hóa ra rất quan trọng, đặc biệt là trong
nghiên cứu các trạng thái kích thích của hạt nhân và tính chất điện từ của chúng.
Nguyên tử
Khi xem xét các hệ nhiều hạt, việc nghiên cứu các lớp điện tử của các nguyên tử dễ hơn của
hạt nhân (hạt nhân thực ra không chỉ bao gồm các proton và neutron mà còn nhiều thành
phần hơn nguyên tử, như là các hạt “ảo” có thời gian sống ngắn). Đó là do lực điện từ yếu
và đơn giản hơn lực hạt nhân “mạnh” giữ các thành phần của hạt nhân lại với nhau. Cơ học
lượng tử của Schrodinger, Heisenberg, và Pauli và phần mở rộng tương đối tính của Dirac đã
có thể mô tả khá tốt các tính chất cơ bản của các điện tử trong nguyên tử. Tuy vậy, một bài
toán có từ lâu vẫn chưa được giải quyết, tức là các vấn đề toán học liên quan đến các tương
tác lẫn nhau giữa các điện tử sau khi tính đến lực hút của các hạt nhân mang điện tích
dương. Một khía cạnh của vấn đề này đã được đế cập bởi một trong những người đạt giải
Nobel hóa học mới đây (1998), đó là Walter Kohn. Ông đã phát triển phương pháp “hàm
mật độ” (density functional method) có thể áp dụng vào các nguyên tử tự do cũng như áp
Nicolaas Bloembergen và Arthur L. Schawlow được nhận nửa giải Nobel năm 1981 cho công
trình nghiên cứu về phổ laser chính xác của các nguyên tử và phân tử. Một nửa giải của
năm đó được trao cho Kai M. Siegbahn (con trai của Manne Siegbahn), người đã phát triển
một phương pháp có độ chính xác cao để xác định phổ nguyên tử và phân tử dựa vào các
điện tử phát ra từ các lớp điện tử bên trong khi bị tác động của chùm tia X có năng lượng
xác định. Phổ điện tử của ông được sử dụng làm công cụ phân tích trong rất nhiều ngành
của vật lý và hóa học.
Sự tác động có điều khiển giữa các điện tử của nguyên tử và các trường điện từ tiếp tục
cung cấp những thông tin chi tiết hơn về cấu trúc của các trạng thái của điện tử trong
nguyên tử. Norman F. Ramsey đã phát triển các phương pháp chính xác dựa trên sự hưởng
ứng của các điện tử tự do trong chùm nguyên tử với trường điện từ tần số radio, Wolfgang
Paul đã phát minh ra các “bẫy” nguyên tử tạo thành từ các điện trường và từ trường tác
động lên toàn bộ thể tích mẫu. Nhóm nghiên cứu của Hans G. Dehmelt là những người đầu
tiên cách li được các hạt riêng lẻ (trong trường hợp này là các phản điện tử) cũng như là các
nguyên tử riêng lẻ trong các bẫy như vậy. Lần đầu tiên, các nhà thực nghiệm có “thể giao
tiếp” được với các nguyên tử riêng biệt bằng các tín hiệu vi sóng và laser. Điều này cho
phép nghiên cứu các khía cạnh mới của tính chất cơ học lượng tử và làm tăng độ chính xác
hơn nữa trong việc xác định tính chất nguyên tử và chuẩn hóa thời gian. Paul và Dehmelt
nhận một nửa giải Nobel năm 1989 và một nửa giải còn lại được trao cho Ramsey.
Bước cuối cùng trong tiến bộ này là làm cho các nguyên tử trong các bẫy như vậy chuyển
động chậm đến mức, ở trạng thái cân bằng nhiệt trong môi trường khí, chúng có thể tương
ứng với nhiệt độ chỉ vài micro Kenvin. Điều đó được thực hiện bằng cách cho chúng vào để
làm nguội bằng laser thông qua một tập hợp các hệ thống được thiết kế rất thông minh do
Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji và William D. Phillips thực hiện khi nhóm này nghiên
cứu thao tác lên các nguyên tử thông qua quá trình va chạm với các quang tử laser. Công
trình của họ được nhìn nhận bằng giải Nobel năm 1997, hứa hẹn những ứng dụng quan
trọng trong kĩ thuật đo lường bổ sung thêm tính chính xác trong việc xác định định lượng
nguyên tử.
Hình3:(từ trái) Kohn(1923-), Kastler(1902-1984), Townes(1915-?), và Raman(1888-1970)
Hết phần 6
điều này làm tăng tính phức tạp khi nghiên cứu plasma so với nguyên tử hoặc phân tử trung
tính. Năm 1940, Hannes Alfvén đã chứng minh rằng một loại chuyển động tập thể mới, gọi
là “sóng từ-thủy động lực học” (magneto-hydrodynamical wave) có thể được sinh ra trong
các hệ plasma. Các sóng này đóng một vai tròn quan trọng việc xác định tính chất của
plasma, trong phòng thí nghiệm cũng như trong khí quyển trái đất và trong vũ trụ. Alfvén
nhận nửa giải Nobel năm 1970.
Vật lý chất rắn
Các tinh thể được đặc trưng bởi sự xắp xếp đều đặn của các nguyên tử. Sau khi phát hiện ra
tia X không lâu, Max von Laue nhận thấy rằng, các tia X bị tán xạ khi đi qua các tinh thể
chất rắn giống như ánh sáng đi qua một cách tử quang học (optical grating). Có hiện tượng
này là do bước sóng của tia X thông thường trùng với khoảng cách giữa các nguyên tử trong
chất rắn. Ngài William Henry Bragg (cha) and William Lawrence Bragg (con) lần đầu tiên
dùng tia X để đo khoảng cách giữa các nguyên tử và phân tích sự sắp xếp hình học của các
nguyên tử trong các tinh thể đơn giản. Vì các công trình tiên phong trong việc nghiên cứu
tinh thể học bằng tia X (mà sau này được phát triển đến trình độ rất cao), họ được trao giải
Nobel vật lý, Laue năm 1914 và cha con Bragg năm 1915.
Cấu trúc của tinh thể là trạng thái ổn định nhất trong nhiều trạng thái rắn mà nguyên tử có
thể được xắp xếp tại nhiệt độ và áp suất thông thường. Vào những năm 30, Percy W.
Bridgman đã phát minh ra các dụng cụ mà nhờ đó có thể nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc
tinh thể, tính chất điện, từ, nhiệt của chất rắn dưới áp suất cao. Rất nhiều tinh thể thể hiện
các chuyển pha dưới các điều kiện đặc biệt như vậy. Sự sắp xếp hình học của các nguyên tử
bị thay đổi đột ngột tại áp suất nhất định. Bridgman nhận giải Nobel vật lý năm 1946 cho
các phát minh trong lĩnh vực vật lý áp suất cao.
Vào những năm 40, nhờ sự phát triển của các máy phản ứng phân rã hạt nhân, các nhà
thực nghiệm có thể thu được các neutron năng lượng thấp. Người ta cũng thấy rằng, giống
như tia X, các neutron cũng rất hiệu quả trong việc xác định cấu trúc tinh thể bởi vì bước
sóng de Broglie của hạt nhân cũng cỡ khoảng cách giữa các nguyên tử trong chất rắn.
Clifford G. Shull đã có nhiều đóng góp cho sự phát triển kĩ thuật nhiễu xạ neutron trong việc
xác định cấu trúc tinh thể, và cũng cho biết rằng, sự sắp xếp của các mô men từ nguyên tử
trong các vật liệu có trật tự từ có thể làm tăng nhiễu xạ neutron, cung cấp một công cụ rất
Các tinh thể lỏng tạo ra một lớp vật liệu đặc biệt có rất nhiều đặc tính lý thú, trên cả quan
điểm tương tác cơ bản trong chất rắn cũng như các ứng dụng kĩ thuật. Pierre-Gilles de
Gennes đã phát triển lý thuyết cho tinh thể lỏng và sự chuyển giữa các pha có độ trật tự
khác nhau. Ông cũng sử dụng cơ học thống kê để mô tả sự sắp xếp và động lực học của các
chuỗi polymer, và bằng cách đó cho thấy rằng, các phương pháp được phát triển cho các
hiện tượng trật tự trong các hệ đơn giản có thể được khái quát hóa cho các hệ phức tạp có
mặt trong “chất rắn mềm”. Vì đóng góp đó, ông nhận giải Nobel vật lý năm 1991.
Một dạng chất lỏng đặc biệt đã được quan tâm nghiên cứu đó là chất lỏng hê-li. Tại áp suất
thông thường, hê-li là chất hóa lỏng ở nhiệt độ thấp nhất. Hê-li cũng có hiệu ứng đồng vị
mạnh nhất, từ hê-li (4) hóa rắn ở nhiệt độ 4.2 độ Kenvin, cho đến hê-li (3) hóa rắn ở nhiệt
độ 3.2 độ Kenvin. Heike Kamerlingh-Onnes là người đầu tiên hóa lỏng hê-li vào năm 1909.
Ông nhận giải Nobel vật lý năm 1913 cho các kết quả của hê-li lỏng và cho các nghiên cứu
của ông về tính chất của vật chất tại nhiệt độ thấp. Lev D. Landau đã đưa ra các khái niệm
cơ bản (ví dụ như chất lỏng Landau) liên quan đến các hệ nhiều hạt trong chất rắn và áp
dụng các khái niệm đó vào lý thuyết hê-li lỏng để giải thích các hiện tượng đặc biệt của hê-li
(4) như là hiện tượng siêu chảy (xem dưới đây), kích thích “roton”, và các hiện tượng âm
học. Ông được trao giải Nobel năm 1962.
Hết phần 7
Logged
Luuly
Nguyễn Bích Hân- Team Olympeek
OLYMPIAN
Điểm bài viết: 2
Bài viết: 121
|..learning to fly...|
Hồi âm: Các nhà bác học Vật lý
« Trả lời #8 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:52:10 PM »
Vào những năm 20 và 30, Pyotr L. Kapitsa đã phát triển một số kĩ thuật thực nghiệm
để thực hiện và nghiên cứu các hiện tượng ở nhiệt độ thấp. Ông nghiên cứu nhiều khía cạnh
của hê-li (4) lỏng và cho thấy rằng hê-li lỏng có tính siêu chảy (tức là chảy không có ma
lạnh thấp hơn một nhiệt độ chuyển pha Tc khoảng 4 độ Kenvin. Như được nhắc ở phần trên,
ông đã nhận giải Nobel năm 1913. Tuy vậy, một thời gian dài người ta không hiểu tại sao
các điện tử có thể chuyển động mà không bị cản trở trong các chất siêu dẫn tại nhiệt độ
thấp. Nhưng vào đầu những năm 60, Leon N. Cooper, John Bardeen và J. Robert Schrieffer
đã đưa ra lý thuyết dựa trên ý tưởng là các cặp điện tử (có spin và hướng chuyển động
ngược nhau) có thể giảm một lượng năng lượng Eg bằng cách chia xẻ một cách chính xác
cùng một độ biến dạng của mạng tinh thể khi chúng chuyển động. Các cặp Cooper này
hành động giống như các hạt boson. Sự tạo cặp này cho phép chúng chuyển động như một
chất lỏng liên kết, không bị ảnh hưởng khi các kích thích nhiệt (có năng lượng là kT) nhỏ
hơn năng lượng tạo thành khi kết cặp (Eg). Lý thuyết BCS này được trao giải Nobel vật lý
năm 1972.
Đột phá trong việc hiểu cơ sở cơ học lượng tử này dẫn đến các tiến bộ trong các mạch siêu
dẫn: Brian D. Josephson đã phân tích sự dịch chuyển của các hạt tải điện giữa hai kim loại
siêu dẫn được ngăn cách bởi một lớp vật liệu dẫn điện thường rất mỏng. Ông tìm thấy rằng
pha lượng tử xác định tính chất dịch chuyển là một hàm dao động của điện thế bên ngoài
đặt lên chuyển tiếp này. Hiệu ứng Josephson có các ứng dụng quan trọng trong các phép đo
chính xác vì nó thiết lập mối liên hệ giữa điện thế và tần số. Josephson nhận một nửa giải
Nobel vật lý năm 1973. Ivar Giaever, người đã phát minh và nghiên cứu các tính chất chi
tiết của “chuyển tiếp đường ngầm” (tunnel junction) (một hệ thống điện tử dựa trên chất
siêu dẫn) chia nhau một nửa giải còn lại với Leo Esaki cho công trình nghiên cứu về hiệu
ứng đường ngầm trong chất bán dẫn (xem dưới đây).
Mặc dầu có khá nhiều các hợp kim và hợp chất siêu dẫn được phát hiện trong khoảng 75
năm sau phát hiện của Kamerlingh-Onnes, hiện tượng siêu dẫn mãi được xem như là hiện
tượng chỉ xảy ra tại nhiệt độ thấp, với nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn thấp hơn 20 độ Kenvin.
Cho nên khi J. Georg Bednorz và K. Alexander Müller cho thấy rằng Ô-xít Lanthan-đồng có
pha thêm Ba-rri có nhiệt độ chuyển pha là 35 độ Kenvin thì mọi người rất ngạc nhiên. Và
ngay sau đó, các phòng thí nghiệm khác công bố các hợp chất có cấu trúc tương tự như thế
có tính siêu dẫn ở nhiệt độ khoảng 100 độ Kenvin. Phát hiện về “siêu dẫn nhiệt độ cao” này
khởi động một làn sóng trong vật lý hiện đại: tìm hiểu cơ chế cơ bản cho tính siêu dẫn của
các vật liệu đặc biệt này. Bednorz và Müller nhận giải Nobel năm 1987.
Sau này Leo Esaki đã phát triển đi-ốt đường ngầm, một linh kiện điện tử có điện trở vi phân
âm, đó là một tính chất kĩ thuật rất thú vị. Nó tạo thành từ hai chất bán dẫn pha tạp loại “n”
và loại “p”, có một đầu dư điện tử và một đầu khác thiếu điện tử. Hiệu ứng đường ngầm
xuất hiện khi điện thế dịch lớn hơn khe năng lượng trong các chất bán dẫn. Ông chia giải
Nobel vật lý năm 1973 với Brian D. Josephson.
Hết phần 8
Logged
Luuly
Nguyễn Bích Hân- Team Olympeek
OLYMPIAN
Điểm bài viết: 2
Bài viết: 121
|..learning to fly...|
Hồi âm: Các nhà bác học Vật lý
« Trả lời #9 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:53:08 PM »
Với kĩ thuật hiện đại, người ta có thể tạo các màng mỏng cấu trúc xác định từ các vật
liệu bán dẫn và chúng thể tiếp xúc trực tiếp với nhau. Với cấu trúc không đồng nhất như
vậy, con người không bị giới hạn vào các khe năng lượng trong các chất bán dẫn như si-lic
hoặc germani nữa. Herbert Kroemer đã phân tích lý thuyết về độ linh động của các điện tử
và lỗ trống trong các chuyển tiếp không đồng nhất. Lý thuyết của ông dẫn đến việc tạo ra
các transistor với các đặc trưng được cải tiến rất nhiều mà sau này gọi là HEMT (high
electron mobility transistors – transistor có độ linh động điện tử cao), các HEMT rất quan
trọng đối với các linh kiện điện tử tốc độ cao ngày nay. Kroemer cũng giả thiết rằng các cấu
trúc không đồng nhất kép có thể tạo điều kiện cho hoạt động của laser, cùng khoảng thời
gian với Zhores I. Alferov đưa ra ý tưởng như thế. Sau này Alferov đã tạo ra laser bán dẫn
xung đầu tiên vào năm 1970. Sự kiện này là điểm khởi đầu của kỉ nguyên các dụng cụ
quang điện hiện nay đang dùng trong các đi-ốt laser, đầu đọc đĩa CD, đầu đọc mã vạch và
cáp quang viễn thông. Và gần đây, Alferov và Kroemer chia nhau một nửa giải Nobel vật lý
năm 2000, một nửa giải còn lại về tay Jack S. Kilby, đồng phát minh mạch điện tử tích hợp
(xem phần sau Vật lý và Kĩ thuật).Khi áp một thế điện cực lên các hệ cấu trúc không đồng
Vật lý và kĩ thuật
Rất nhiều các phát minh thực nghiệm và lý thuyết được nhắc cho đến nay có một ảnh
hưởng lớn đến sự phát triển của các dụng cụ kĩ thuật bằng việc mở ra những lĩnh vực vật lý
hoàn toàn mới hoặc đưa ra các ý tưởng để có thể tạo ra các dụng cụ kĩ thuật. Các ví dụ rất
dễ thấy là công trình của Shockley, Bardeen, và Brattain mà dẫn đến transitor và khởi đầu
cuộc cách mạng điện tử; các nghiên cứu cơ bản của Townes, Basov, và Prokhorov dẫn đến
việc phát triển maser và laser. Cũng nên nhắc lại rằng các máy gia tốc hạt hiện nay là các
công cụ rất quan trọng trong một vài lĩnh vực khoa học vật liệu và y học. Các công trình
khác được vinh danh bằng giải Nobel ngày càng có thiên hướng về mặt kĩ thuật hoặc chúng
có tầm quan trọng đặc biệt trong việc xây dựng các linh kiện để phát triển ngành liên lạc và
thông tin.
Một giải Nobel cách đây khá lâu (1912) đã được trao cho Nils Gustaf Dalén cho phát minh
về “van mặt trời” (sun-valve) tự động được dùng rộng rãi trong các cột mốc và phao trong
ngành hàng hải. Phát minh đó dựa trên sự khác nhau về bức xạ nhiệt từ các vật có độ phản
xạ ánh sáng khác nhau: một trong số ba thanh song song trong dụng cụ của ông có màu
đen, điều này làm tăng sự sai khác trong việc hấp thụ nhiệt và dãn nở nhiệt của các thanh
trong thời gian mặt trời chiếu vào. Hiệu ứng này được dùng để ngắt nguồn cấp khí tự động
vào ban ngày và làm giảm nhiều nhu cầu bảo dưỡng trên biển.
Các dụng cụ và kĩ thuật quang là những chủ đề cho vài giải Nobel. Khoảng đầu thế kỉ 20,
Gabriel Lippmann đã phát triển một phương pháp chụp ảnh màu sử dụng hiệu ứng giao thoa
ánh sáng. Một chiếc gương được đặt tiếp xúc với một thể nhũ tương nhạy quang phủ trên
một tấm kim loại sao cho khi chúng bị chiếu sáng, ánh sáng phản xạ trong chiếc gương sẽ
làm tăng sóng đứng trong thể nhũ tương đó. Việc tráng ảnh làm cho các hạt bạc (trong thể
nhũ tương đó) bị phân tầng khi gương chiếu sáng lên tấm kim loại và ảnh tạo thành có màu
sắc tự nhiên như thật. Giải Nobel năm 1908 được trao cho Lippmann. Không may, phương
pháp của Lippmann mất nhiều thời gian phơi sáng. Sau này phương pháp đó bị thay thế
bằng các kĩ thuật nhiếp ảnh khác nhưng nó lại có nhiều ứng dụng trong kĩ thuật tạo ảnh ba
chiều chất lượng cao.
Trong hiển vi quang học, Frits Zernike cho thấy rằng thậm chí các vật hấp thụ bức xạ rất
yếu (trong suốt khi nhìn bằng mắt thường) có thể nhìn thấy được nếu chúng tạo thành từ
Bài viết: 121
|..learning to fly...|
Hồi âm: Các nhà bác học Vật lý
« Trả lời #10 vào lúc: 29 Tháng Bảy, 2006, 02:53:56 PM »
Viễn thông là một trong những thành tựu kĩ thuật vĩ đại của thế kỉ 20. Vào những
năm 90 thế kỉ 19, Guglielmo Marconi đã làm thí nghiệm với sóng điện từ của Hetz mới được
phát hiện vào lúc đó. Ông là người đầu tiên liên lạc một trong những trạm phát sóng trên
mặt đất với một “ăng-ten” đặt trên cao có vai trò tương tự như một trạm thu sóng. Trong
khi các thí nghiệm đầu tiên của Hetz được tiến hành trong phạm vi phòng thí nghiệm thì
Marconi đã mở rộng khoảng cách truyền tín hiệu đến vài km. Carl Ferdinand Braun (cha đẻ
của ống Braunian, dao động kế chùm ca-tốt đầu tiên – cathode ray oscilloscope) đã thực
hiện một cải tiến, ông đưa mạch cộng hưởng vào các máy phát dao động của Hetz. Độ hòa
âm và khả năng tạo các dao động mạnh không bị chặn làm tăng dải truyền sóng, và vào
năm 1901, Marconi đã thành công trong việc thu phát sóng vô tuyết vượt Đại Tây Dương.
Marconi và Braun cùng nhận giải Nobel vật lý năm 1909. Vào thời điểm này, người ta vẫn
không hiểu làm thế nào mà sóng vô tuyến có thể truyền với những khoảng cách xa (thực tế,
chúng có thể truyền đến bên kia trái đất), nhớ rằng mọi người đều biết sóng vô tuyến có
bản chất giống ánh sáng, chúng truyền theo đường thẳng trong không gian. Cuối cùng thì
ngài Edward V. Appleton đã chứng minh bằng thực nghiệm cho thấy một giả thiết trước đó
của Heaviside và Kennelly về sóng vô tuyến bị phản xạ giữa các lớp không khí có độ dẫn
khác nhau trong khí quyển là đúng. Appleton đã đo giao thoa của sóng trực tiếp và sóng
phản xạ với các bước sóng khác nhau và có thể xác định độ cao của các lớp Heaviside, hơn
nữa ông còn tìm ra một lớp nữa cao hơn lớp Heaviside gọi là các lớp Appleton. Appleton
nhận giải Nobel vật lý năm 1947.Các tiến bộ trong vật lý hạt nhân và vật lý hạt phụ thuộc
rất nhiều vào kĩ thuật cao (và đôi khi lại thúc đẩy kĩ thuật phát triển). Điều này được minh
họa bằng các công trình của Cockcroft và Walton cho việc phát triển máy gia tốc tĩnh điện
tuyến tính (linear electrostatic accelerator) và các công trình của Lawrence cho phát triển
cyclotron tĩnh điện tuyến tính. Việc ghi nhận các hạt năng lượng cao cũng là một thử thách
kĩ thuật, thành công trong vấn đề đó đã được ghi nhận bằng vài giải Nobel.
Giải Nobel vật lý năm 1958 được chia cho Pavel A. Cherenkov, Il'ja M. Frank và Igor Y.
và một số tổ hợp tạo thành từ buồng dây/phát xung ánh sáng/Cherenkov tạo thành các hệ
thống phức tạp cho phép tiến hành các nghiên cứu chọn lọc cho các hiện tượng cực hiếm
(như việc hình thành các quark nặng), tín hiệu của các hiện tượng này thường bị lẫn trong
các nền nhiễu mạnh của các tín hiệu khác.
Giải Nobel đầu tiên của thiên niên kỉ mới (2000) được trao cho Jack S. Kilby vì các thành tựu
đặt nền tảng cho công nghệ thông tin hiện nay. Vào năm 1958, ông đã chế tạo mạch tích
hợp đầu tiên mà trong đó các chi tiết điện tử được xây dựng trong một thực thể duy nhất
tạo thành từ vật liệu bán dẫn, sau này gọi là các “chip”. Điều này mở ra con đường thu nhỏ
kích thước và sản xuất hàng loạt các mạch điện tử. Kết hợp với việc phát triển các linh kiện
dựa trên các cấu trúc không đồng nhất mô tả trước đây (nhờ đó mà Alferov và Kroemer
được nhận một nửa giải Nobel), mạch tích hợp dẫn đến cuộc “cách mạng công nghệ thông
tin” đã thay đổi rất nhiều xã hội của chúng ta ngày nay.
Các ghi nhận
Khi đọc bài tóm tắt này, bạn đọc nên nhớ rằng số giải Nobel bị giới hạn (theo qui định hiện
nay, nhiều nhất là 3 người có thể cùng nhận giải hàng năm). Cho đến năm 2000, 163 người
Copyright: Tài liệu đại học ©