Toán học đã giúp gì cho các nhà Vật lý

09:10 01/07/2016

Toán học và Vật lí học là hai người bạn đồng hành. Vật lí học nêu ra những bài Toán cho các nhà Toán học giải quyết. Sau đó, những đáp số của các bài toán này lại được các nhà Vật lí kiểm nghiệm qua thực tế.

Được xem là bộ óc vĩ đại nhất thế kỷ 20, ngay từ khi còn trẻ Albert Enstein đã khá nổi tiếng. Ông là người đầu tiên xây dựng những cơ sở cho thuyết tương đối – một lí thuyết mở ra chân trời tươi sáng cho Vật lí học hiện đại.

Tuy nhiên, những điều Enstein đã công bố không phải ai cũng tin. Nhiều nhà Vật lí nổi tiếng vẫn thường đặt những dấu hỏi lớn trên các trang báo của Enstein. Trước đó 6 năm, Enstein viết về một công trình nhan đề “Về ảnh hưởng của trọng trường đối với ánh sáng”. Từ một vài giả thuyết ban đầu, bằng phương pháp tư duy toán học chặt chẽ, ông đã đi đến kết luận rằng khi ánh sáng đi ngang qua một thiên thể nào đó thì do sức hút của thiên thể đó, tia sáng sẽ bị cong đi.

Đối với mặt trời, Enstein cũng đã tính trước được góc lệch của tia sáng là 1,75 giây. Nhưng tất cả những cái đó mới chỉ là lí thuyết, còn phải qua khâu kiểm tra bằng thực nghiệm nữa. Việc kiểm tra giả thuyết này sẽ xác minh tính đúng đắn của những luận điểm cơ bản nhất của Enstein trong thuyết tương đối – một lí thuyết đang là trung tâm của các cuộc tranh luận trong giới khoa học thời đó. Muốn kiểm tra được điều trên, người ta phải chờ đến lúc có nhật thực toàn phần, tức là lúc mà mặt trăng hoàn toàn che lấp mặt trời.

toan-hoc-va-vat-ly

Ngay từ khi còn trẻ Albert Enstein đã khá nổi tiếng. 

Vào 25/9/1919, có nhật thực toàn phần. Hội khoa học Hoàng gia Anh đã cử hai đoàn khảo sát đi xác minh vấn đề này. Một đoàn nhổ neo hướng về thành phố Xô-bran ở Brazil, đoàn thứ hai sẽ tiến hành đo góc lệch của ánh sáng trên đảo Pơ-ri-chip thuộc Tây Phi.

Kết quả thu được đã làm giới khoa học toàn thế giới phải sửng sốt. Những bức ảnh chụp được trong thời gian nhật thực toàn phần đã cho thấy rằng khi đi qua trọng trường, ánh sáng đã bị lệch đi một góc 1.64 giây, chỉ sai chút ít so với kết quả tính toán theo lí thuyết của Enstein.

Chưa hết, năm 1952, các nhà bác học Xô-viết đã tiến hành đo đạc lại với các dụng cụ tinh vi hơn, kết quả thu được lại càng gần với tính toán lí thuyết: 1,7 giây.

Những câu chuyện trên cho chúng ta thấy rằng Toán học và Vật lí học là hai người bạn đồng hành. Vật lí học nêu ra những bài Toán cho các nhà Toán học giải quyết. Sau đó, những đáp số của các bài toán này lại được các nhà vật lí kiểm nghiệm qua thực tế, qua các thí nghiệm tinh vi. Nhiều khi Toán học cống hiến cho vật lí những kết quả rất bất ngờ, nó mở ra cả một hướng nghiên cứu mới cho Vật lí.

Năm 1928 nhà Vật lí học người Anh Đi-rắc đã giải một phương trình Toán Lý và tìm ra những “điện tử mang năng lượng âm” mà xưa nay các nhà Vật lí cho rằng không thể có được. Đi-rắc cũng cảm thấy băn khoăn. Ông giải phương trình sai chăng? Không, ông đã kiểm tra lại nhiều lần rồi. Lời giải của ông hoàn toàn đúng. Chỉ còn một cách là thừa nhận rằng có tồn tại những “điện tử mang năng lượng âm” mà thôi.

Sau 7 năm lao động gian khổ, các nhà vật lí đã tìm ra được điện tử mang năng lượng âm này qua thực nghiệm – đó chính là những hạt pô-di-tơ-rông. Kết quả này đã giúp các nhà Vật lí đi đến quan niệm phản vật chất – một quan niệm mới mẻ trong Vật lí học hiện đại.

Như vậy, muốn giỏi Vật lí phải giỏi Toán. Những nhà Vật lí học lừng danh đều để lại những trang vẻ vang trong lịch sử Toán học. Nếu chúng ta nói rằng Ác-si-mét, Pascal, Newton, Enstein… là những nhà Vật lí học vĩ đại thì mới đúng có một nửa, họ còn là những nhà Toán học xuất sắc nữa. Pascal đã có những đóng góp quan trọng trong việc phát triển lí thuyết tính toán. Ông là ông tổ của các máy tính số học. Newton được coi là một trong hai người đầu tiên xây dựng các phép tính vi tích phân – một công cụ Toán học có giá trị hết sức đặc biệt đối với các ngành khoa học khác.

Nếu các bạn yêu mến môn Vật lí thì ngay từ bây giờ các bạn hãy gắn bó với Toán học, nó sẽ chẳng phụ công bạn đâu.

Bạn thấy bài viết hữu ích !