10 thí nghiệm có tính đột phá trong sự phát triển của khoa học. ppt

10 thí nghiệm có tính đột
phá trong sự phát triển của
khoa học.
Đó là những thí nghiệm không đòi hỏi những trang thiết bị đắt tiền,
phức tạp nhưng mang lại những phát kiến khoa học góp phần quan trọng
vào sự phát triển của nhân loại
Thí nghiệm hai khe áp dụng cho sự giao thoa của electron
Cả Newtonvà Youngđều quanniệm không đầy đủ về bản chất củaánh sáng.
Đến đầu thế kỷ 20,Max Planck (và sauđó là Einstein)chỉ ra rằng,ánhsáng phát xạ
và hấpthụ khôngphải liêntục mà gián đoạn theotừnglượng tử gọi là photon.
Bên cạnhđó các thínghiệmlại tiếp tục chỉ ra rằng ánh sáng có tính
chất sóng.
Vài thập kỷ sau, thuyết lượngtử đượcphát triển đã dunghòa hai
quan niệm đối nghịch nàyvà chỉ rarằngcả hai đều…đúng: photon
và những hạt hạ nguyên tử khác (electron, proton…) đều thể hiện
lưỡng tính sóng-hạt.
Để kiểmnghiệm ýtưởng này, các nhà vật lý thường sử dụng thí nghiệmcủa Young,
trong đó thay vì chùm sáng thì họ sử dụngchùm electroncho đi qua hai khehẹp
nhỏ gần nhau.Tuân theo những địnhluật của cơ học lượng tử, chùm hạt này giao
thoa, tạo thành nhữngvân sáng, tối xenkẽ giốngnhư nhữngvân tạo bởi ánhsáng.
Và như vậy khẳng định:các hạt hànhxử giống như…sóng.
Thí nghiệm rơi tự do của Galileo (Năm 1600)
Trướckhoảng thời gian cuối những năm1500, quanniệm
củaAristotle khiến mọi người đều nhấtmựctin rằng vật nặng rơi
nhanhhơn vật nhẹ. Kếtluận này được Nhàthờ chuẩn y và tiếp
tụcthống trị trong suốtkỷ nguyên tối.
GalileoGalilei, giáo sư toán học ở Đại học Pisa, đã làmnên một
điều phithườnggiúp thayđổi nhậnthức củachúng ta về vạn vật,
và thí nghiệmcủa ông đã trở thành một cộtmốc đángnhớ trong
lịch sử khoahọc.
Trongthí nghiệm, Galileiđã thả haivật có khối lượng khác nhautừ tháp nghiêng

Pisa.Kết quả haivật rơi xuốngđất trongcùng một khoảng thời gian, vànhư vậy
bác bỏ quan niệm của Aristotle.Chínhthách thức đối với Aristotleđã khiến ông bị
đuổiviệc. Nhưngquan trọnghơn cả, Galileiđã chỉ rarằng, những tri thức khoahọc
phải được đúckết từ quy luật khách quancủa tự nhiên chứ khôngphải bằng niềm
tin.
Thí nghiệm giọt dầu của Millikan (Năm 1910)
Từ thời cổ đại, con ngườiđã biết đến điện khi quansát
những tia chớp trong những trậnmưa giônghaynhững tia sáng
li ti xuất hiện khicọ xát tấm dạ lenvào bàn tay.Năm 1887,nhà
vật lý người AnhJ. J. Thomsoncho rằng, điện tích bao gồm
những hạt mangđiện âm gọi là electron. Sau đó, năm1909, nhà
khoa họcngười Mỹ RobertMillikanđã nảy ra ý tưởngđođiện tích của những hạt
này.
Trongthí nghiệm, ôngđã phunnhữnggiọt dầu vào một buồng trongsuốt. Ở đỉnh
và đáy là những tấm kimloại gắn vào mộtbộ pin điện để tạo ra một bản mang điện
dươngvà bản cònlại mangđiện âm.
Lúc đầu,giọt dầu không tích điệnvà rơi dướitác dụngcủa trọnglực. Sau đó ông
cho những hạt này “nhiễm điện”bằng việcrọi một chùm tia rơnghen để iôn hóa. Vì
mang điện nên những giọtdầu sẽ rơi nhanh hơn do chịu thêmtác dụng củađiện
trường. Quan sát hết giọt dầu này đến giọt dầu khác khi thay đổi hiệu điện thế,
Millikanđi đếnkết luận:điện tích có một giátrị khôngđổi. Từ việc sosánh khoảng
thời gian rơi của giọt dầu khi mangđiện và chưa mangđiện ôngđã tính rađơn vị
điện tíchnhỏ nhất làe = 1,63.10-19C.
Thí nghiệm thanh xoắn của Cavendish (Năm 1798)
Một trong những đónggópkhác của Newton là lý thuyết
hấp dẫn.Lý thuyếtnày phátbiểu rằng, lực hấp dẫn giữahai vật tỷ
lệ thuậnvớikhối lượngcủachúng và tỷ lệ nghịch với bình
phươngkhoảng cáchgiữa chúng. Nhưngcâu hỏi đặt ra là làm thế
nào xácđịnhđược lựcnày khicường độ của nó quá yếu.
Vào năm 1700,nhà khoahọc AnhHenryCavendish quyết tâm

tìm kiếm sự thật. Ông đã sử dụng một thanh gỗ mảnh,hai đầu có gắn viênbi kim
loại, giốngnhư quả tạ, rồi treolơ lửng bằng mộtsợi dây. Sau đó ông sử dụnghai
quả cầu chì đặt gần haiđầu thanh. Nếu quả cầu chì hút hai viên bi kimloại kia thì
sợi dây sẽ xoắnlại. Để đo được nhữngthay đổi tinh tế, Cavendishđã đặt những
mảnhngà khắc tinh vi ở mỗi bên. Còn để triệt tiêu sự ảnhhưởngcủa không khí,
dụngcụ (gọi là cân bằng xoắn) được đặt trong một buồng kínvà đượcquan sátbởi
hai ốngnhòm gắnở mỗi bên.
Bằng thí nghiệm của mình, cuối cùng ôngcũng đã xácđịnh được thông số gọi là
hằng số hấp dẫn với độ chính xác đángkinh ngạc và từ đó, Cavendish đã tính được
khối lượng của Trái đất là 6.0x 1024kilôgram.
Thí nghiệm phân tích ánh sáng mặt trời bằng lăng kính của
Newton (Năm 1665-1666)
Isaac Newton sinhvàonăm Galileo chết. Năm 1665,ông tốt
nghiệp Đại họcTrinity, Cambridge.Trước Newton,mọi người quan
niệmrằng ánhsáng là thể thuần khiết nhất (mộtlần nữa Aristotle cũng
quan niệm như vậy), vànhững màu sắc riêng biệt chỉ là sự biếnđổi nào
đó của ánh sáng trắng. Để kiểm tranguyênlý tổng hợp này, Newton đã chiếu một
chùmánh sáng Mặt trời qua một lăng kính và chỉ ra rằng nóphân tíchthành một
phổ màu:đỏ, cam,vàng, lục, lam, chàm, tím trên bức tường.Newton kếtluận chính
đây mới là những màu cơ bản.
Eratosthenes đo chu vi trái đất (Thế kỷ thứ 3 trước công nguyên)
Thế kỷ thứ 3 trướcCông nguyên, trưa ngày Hạ chí ở một thànhphố nhỏ Ai
Cậpmà ngàynaygọi là Aswan,ánh sáng Mặttrời chiếu
thẳngxuống đáy giếng sâu.Ngay lập tức Eratosthenes,một
thủ thư làm việc tại thư viện Alexandria, đã nhận ra rằng,
ông đã có đượcthôngtin quantrọng để xác định chu vi Trái
đất. Cùnggiờ và ngày đó năm sau, ôngtiến hành đo bóng đổ
của một chiếc cọcở thành phố Alexandria vàphát hiện thấy nhữngtia sángMặt
trời bị nghiêng một góc7độ so với phươngthẳng đứng.
Giả sử rằng Tráiđất hình cầuthì chu vicủa nó tương ứng với một góc 360độ. Nếu

Aswan và Alexandria cách nhau 7 độ thìkhoảng cáchtương ứng giữa haithành
phố nàylà 7/360 vòng tròn. Bằngcách đo khoảng cách haithànhphố là 5.000
stadia, Eratostheneskết luận chuvi Trái đấtgấp 50 lầnkhoảng cách đó, tức là
khoảng 250,000stadia.
Ngày nay,các nhà khoa học khôngbiết rõ 1 stadia làbao nhiêu mét nên không biết
chínhxácchu vi Tráiđất mà Eratosthenes tínhđược đạt đến độ chính xácnào.
Nhưng dù gì đi chăng nữa, xét về mặt khoahọc thì cáchtính của ông hoàn toànhợp
lý.
Thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Young (Năm 1801)
Không phải Newton lúc nào cũng đúng. Trải quahàngloạtcác
cuộc tranhluận, để rồi ông nhận định rằng bản chấtcủa ánh
sáng là hạt hơnlà sóng. Năm 1803,nhà khoahọc Anh
ThomasYoung đã nảy ra ý tưởng kiểmtra lại kết luận đó.
Trongthí nghiệmcủa mình,ông đã khoét mộtlỗ nhỏ ở cửa sổ
và dùngmột tấm giấy chắnlại chỉ để hở một lỗ nhỏ. Khi chùm
sáng đi qua lỗ nhỏ này được đổi hướngbởi một tấm gương phẳng.Sau đó Young
tiếp tục sử dụng một tấm bìa mảnhcó khoét hai lỗ nhỏ gần nhauvới mụcđích tách
chùmsáng tới thành hai.Thật bất ngờ, khihai chùmsáng này chiếu lên một bức
tường, giao thoa,để lại những vân tối, sángxen kẽ nhau. Youngkết luận:ánh sáng
có tính chất sóng.
Rutherford khám phá ra hạt nhân nguyên tử (Năm 1911)
Trướckhi ErnestRutherfordtiến hànhnhững thí
nghiệmvề phóng xạ ở Đại học Manchester vào năm 1911,
mọingười quan niệm rằngnguyêntử cấu tạobởi một
lượng lớn các hạt điện tích dươngvà các electron“trộn” vào
nhau tạo thành một cấu trúc “mềm”.
Sử dụngcác hạt alphabắn vào mộtlá vàng mỏng, Rutherfordnhận thấy một lượng
nhỏ các hạt alphabật trở lại. Nếu nguyên tử là một cấu trúc mềm thì hạt alphasẽ bị
“hấp thụ”, nhưng thí nghiệm lại chứngtỏ rằng trongnguyên tử phải có một hạt
nhâncứng để khi hạt alphava vào sẽ bị “bật”ra. Sau khi tính toán kỹ lưỡng,cuối

cùng ôngđưa rakết luận, phần lớn khối lượng củanguyên tử tập trungvào mộtlõi
nhỏ gọi là hạt nhân, các electronquay xung quanh hạt nhân này.
Thí nghiệm của Galileo về những quả bóng lăn trên mặt phẳng nghiêng
(Năm 1600)
Galileo tiếp tụctinh lọc những ý tưởng về chuyển
độngcủa các vật.Trong thí nghiệmvề chuyểnđộng
trên mặt phẳng nghiêng,ông đã thiết kế một tấm phản dài 12cubit, rộngnửa cubit,
khoétmộtrãnh thẳng và phẳng ở giữa. Sauđó ông nghiêng mặt phẳngđể cho
những quả bónglăn xuống,rồi đothời gian chuyển độnglăn dốcbằng một đồng hồ
nước -một chiếcbình đựngnước thông với chiếc cốc ở phía dưới quachiếc ống
nhỏ. Để đo thời gian chuyển động, ông cân lượngnướcchảyvào cốc. Sauđó Galileo
so sánhthời gianvới quãngđường quả bóngđi được.
Aristotletiên đoán rằng vận tốccủa quả bónglà khôngđổi. Nhưng thí nghiệm của
Galileo lại chỉ ra rằng, chuyển động của những quả bóng đượcgia tốc: quãng
đườngđi đượctỷ lệ thuậnvớibình phương thời gian di chuyển.
Quả lắc Faucault (Năm 1851)
Vài năm trướccác nhà khoahọc đã đặt mộtquả lắc tại NamCựcvà quan sát
chuyển động quaycủa nó. Họ đang tái tạolại thí nghiệm đã từng tiến hành ở Paris
năm 1851.
Sử dụngmột sợi dây thépdài220 feet, nhà khoahọc Pháp Jean-
Bernard-Léon Foucaulttreomột quả cầu sắt nặng62 poundtừ
mái vòmcủa nhà thờ Panthéon, rồisau đó cho nó dao động. Để
ghi lại quátrình chuyển độngcủacon lắc ôngđã gắn một chiếc
kim châmvào quả cầu và đặt một chiếc vòng chứa cát ẩm dưới
sàn nhà.
Những người quansát xungquanh hết sức ngạc nhiên vì chuyển độngquay không
giảithích đượccủa con lắckhi nó để lại những vệt hơi khác biệt nhau saumỗi lần
chuyểnđộnglắcđi lắclại.Vớinhữnggì đangxảy ra dưới sàncủanhà thờ Panthéon,
Foucaultđã chỉ ra một cách thuyết phục hơnbao giờ hết: Trái đất đang quay
quanh trục của nó. Tại vĩ độ ở Paris,con lắc hoàn thànhmột vòng quaytheo chiều

kim đồng hồ hết30 giờ; còntại Nam bán cầucon lắc sẽ quay theo chiềungược lại;
tại xích đạo chuyển độngcủa con lắc không quay; tại cực namcủa Trái đất các nhà
khoa họckhẳng định chu kỳ chuyểnđộng quaynày là 24giờ.