Xảo thuật khoa học: Sự sắp xếp và kết hợp các hằng số Vật lý pptx

XẢO THUẬT KHOA HỌC:
SỰ SẮP XẾP VÀ KẾT HỢP CÁC HẰNG SỐ VẬT LÝ
Trong khoa học vật lý, có rất nhiều hằng số và giá trị thực của chúng ngày
càng hoàn thiện dần qua thời gian để tiến tới độ chính xác cao. Lịch sử đã ghi nhận
các công trình thực nghiệm của các nhà vật lý nhằm vào việc làm gia tăng các chữ số
sau dấu phẩy của các hằng số vật lý bằng các phương pháp đo đạc cùng các dụng cụ
khác nhau của mình.
Có 4 hằng số cơ bản của vật lý được nêu ra trong bài viết này đóng một vai trò
quan trọng trong cấu trúc vật lý:
- Hằng số hấp dẫn G = 6,6726.10
-11
(Nm
2
/kg
2
).
- Tốc độ ánh sáng c = 2,99792458.10
8
(m/s).
- Hằng số Planck h = 6,6260754.10
-34
(Js).
[Hằng số Planck tác dụng
34
h
1,055.10
2

 



(Js)]
- Điện tích nguyên tố e = 1,60217733.10
-19
(C).
Sự sắp xếp giữa các hằng số vật lý G (hằng số trọng tâm của lý thuyết hấp dẫn
Newton và lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein), c (hằng số trụ cột của lý
thuyết tương đối hẹp của Einstein), h (hằng số cơ bản của vật lý lượng tử) và e
(khẳng định sự lượng tử hoá của điện tích) làm nên các bí số cho phép chúng ta tư
duy về sự vận động và phát triển của quy luật tự nhiên, xem như mã hoá (làm cho trị
số biết nói dưới góc độ lĩnh vực nào đó) được, phản ánh được một sự nhận thức về vũ
trụ của con người.
1. Tổ hợp của e, h, c.
Tạo nên một hằng số không thứ nguyên được gọi là hằng số cấu trúc tinh tế α.
2
0
1
2 137
e
hc


 
Với
0

= 8,85.10
-12
(C
2
/Nm

2
)
α là nền tảng của lý thuyết điện động lực học lượng tử - một sự kết hợp vật lý
lý thuyết với lý thuyết tương đối hẹp, có lẽ là lý thuyết thành công nhất trong vật lý
về phương diện tiên đoán kết quả phù hợp với thực nghiệm.
2. Tổ hợp của G, h, c.
a) Độ dài Planck.
Khi bàn về lỗ đen, người ta nhận thấy rằng nó có thể nhỏ như thế nào để tính
xác định về tọa độ của nó không mâu thuẫn với hệ thức bất định Heisenberg (theo
quan điểm tương đối tính nghiêm ngặt một kỳ dị có kích thước bằng 0). Bán kính giới
hạn mà một đối tượng có khối lượng m cần phải đạt tới để trên bề mặt của nó tốc độ
cần thiết để thoát ra được bằng chính tốc độ ánh sáng – điều kiện để vật trở thành lỗ
đen đã được Karl Schwarzschild (1873 – 1916) xác định là:
2
2Gm
r
c

Bán kính này được gọi là bán kính Schwarzschild để tôn vinh nhà khoa học đã
tìm ra nó.
Câu hỏi dẫn đến độ dài Planck l
P
bây giờ sẽ có dạng: một đối tượng khối lượng
m có thể lấy kích thước tối thiểu bằng bao nhiêu để cho bán kính Schwarzschild của
nó không lớn hơn độ bất định về tọa độ của nó, bởi vì nếu không thì sẽ mâu thuẫn với
hệ thức bất định Heisenberg (uncertainty principle). Chúng ta hãy hình dung hệ thức
bất định ở trường hợp giới hạn: Giả sử ta có một đối tượng vật lý vô cùng nhỏ, có tốc
độ v nhỏ đến mức có thể bỏ qua và xem vật gần như ở trạng thái nghỉ, đồng thời vật
định xứ như có thể, khi đó ta có hệ thức bất định:
min

min
p. x ( p)
2 2( x)
     

 
Ta có: E = mc
2
= mc.c = p.c
Do vậy:
2
min min
mc c m
2( x) 2( x) c
  
 
 
thay vào biểu thức r ta được:
2 3
min min
2G G
r
c 2( x) c ( x) c
 
 
 
Đặt r = (x)
min
= l
P

, theo trên ta được độ dài Planck:
35
P
3
G
l 1,61.10
c

 

(m)
Kích thước này nhỏ đến mức khó hình dung nổi. Nhưng theo thuyết hấp dẫn
lượng tử, không phải sức tưởng tượng của con người bất lực, mà chính tự nhiên bất
lực, vì nó không cho phép tồn tại một cấu trúc vật lý nào nhỏ hơn độ dài Planck vừa
nói tới.
b) Thời gian Planck.
Trong hấp dẫn lượng tử, không chỉ không gian là cốt lõi, mà cả thời gian nữa.
Thời gian mà ánh sáng phải mất để đi quãng đường đúng bằng độ dài Planck gọi là
thời gian Planck t
P
:
44
P
P P P
5
l
G
l ct t 5,392.10
c c


    

(s)
t
P
được thiết lập từ 3 hằng số cơ bản của 3 lý thuyết vĩ đại có ý nghĩa cơ bản
trong lý thuyết vật lý hiện đại. Có lẽ chúng ta phải “hồi tưởng” lại vụ nổ Big Bang để
đánh dấu sự khai sinh vũ trụ.