Vật lí học và phương pháp khoa học vật lí doc

Vật lí học và phương pháp
khoa học vật lí
Nếu bạn thả rơi chiếc giày củabạn và một đồng tiền sát bên nhau, chúng sẽ
chạmđất cùng một lúc. Tại sao chiếc giày không rơi xuống trước,vì lực hấp dẫn
hút nó mạnh hơnmà ? Làm thế nào thủy tinh thể của mắt bạnhoạt độngđược, và
tác dụngcơ mắt của bạn phảinén thủytinh thể của nóthành những hình dạng
khác nhau để hội tụ các vật ở gần hay ở xa? Đây là những loạicâu hỏi mà các nhà
vật lí đã cố gắng trả lờivề hành vicủa ánh sángvà vật chất,hai thứ cấu thành nên
vũ trụ.
Phithuyền Mars Climate Orbiterchuẩn bị cho sứ mệnh
củanó. Các định luật vậtlí lànhư nhau ở mọi nơi, kể cả trên
Hỏatinh, nên con tàu có thể được thiết kế trên các định luật
vậtlí đã phát hiện trên trái đất. Có một lí do đángtiếc nữa lí
giảivì saophi thuyềnnày lại có liên quantới chủ đề của
chương này: nó bị phá hủy khicố đi vào bầu khí quyển củaHỏa
tinhvì các kĩ thuật viên tại LockheedMartin đã quên đổi số liệu
về độngcơ đẩy từ poundsang đơn vị hệ mét củalực (newton)
trướckhicung cấpthôngtin cho NASA. Việc đổi đơn vị thật
quan trọng !
1. Phương pháp khoa học
Mãi chođến rất gầnđây trong lịch sử, không có tiến bộ nào được thực hiện
trong việc trả lời những câu hỏi như thế này. Tệ hạihơn nữa, nhữngcâu trả lờisai
viết ra bởi các nhà tư tưởngnhư nhà vật lí người Hi Lạp cổ đại Aristotleđã được
chấpnhận mà không hề nghi ngờ trong hàng nghìnnăm. Tại sao kiến thứckhoa
học tiến triểnkể từ thời Phục hưng lại tiến bộ hơn toàn bộ thiên niên kỉ trước đó
kể từ khicó lịchsử ghi lại ? Rõràng cuộc cách mạngcông nghiệp là một phần của
câu trả lời.Việc phát triển các khẩu pháo, động cơ hơi nước,đòi hỏi nhữngkĩ thuật
cải tiến cho xâydựngvà đo lườngchính xác.(Ngay từ sớm,nó đã được xemlà một
tiến bộ lớn khicác cửa hàngmáy móc ở Anhhọc đượccách chế tạopiston và
xilanh và lắp vào nhauvới một khe hẹp hơnbề dày của đồngpenny) Nhưng trước
cả cách mạng côngnghiệp,đã cócác bước khám phá, chủ yếu vì đưa ra phương

pháp khoahọc hiện đại. Mặcdù nó tiến triển theo thời gian, nhưngđa số nhà khoa
học ngày nay thống nhất vớinhau về một số điềunhư liệt kê dưới đây về các
nguyêntắc cơ bản của phương pháp khoahọc:
(1) Khoa học là một chu trình của lí thuyết và thực nghiệm. Cáclí thuyết khoa
học đượcđưa ra để giải thích kết quả thí nghiệm tạo radưới nhữngđiều kiện nhất
định. Một lí thuyết thànhcôngcũngsẽ đưa ra những tiênđoánmới về những thí
nghiệmmới dưới những điều kiện mới. Tuyvậy, cuối cùng, điều luôn xảy ra làmột
thí nghiệm mới xuất hiện,cho thấy dưới những điều kiệnnhất định, lí thuyết đó
khônghẳn là một sự gần đúng tốt hay thậm chíkhông còn giá trị nữa. Quả bóng khi
đó được đá trở lại sân của các nhà lí thuyết. Nếu mộtthí nghiệmkhông ăn khớp
với lí thuyết hiện tại, thì lí thuyết đó phải thay đổi,chứ không phải thí nghiệm.
a/ Khoa học là một chu trình của lí thuyết và thực nghiệm
(2) Lí thuyết phải vừa có tính tiên đoán vừa có tính giải thích. Yêu cầu của sức
mạnhdự đoán có nghĩa là một lí thuyết sẽ chỉ có đầyđủ ý nghĩa nếu như nó có khả
năng tiên đoán cái gì đó có thể kiểm tra trên cơ sở các phép đo thực nghiệm mà lí
thuyết đó không vớitới ngay. Nghĩa là, một lí thuyết phải có thể kiểm trađược. Giá
trị giải thích có nghĩa là nhiều hiện tượng phải được xemxét đối với vài nguyên lí
cơ bản. Nếu bạn trả lời mỗi câu hỏi “tại sao” rằng“bởi vì nó là như thế” thìlí thuyết
của bạn không có giá trị giải thích. Sưu tập nhiềusố liệu mà không có khả năng tìm
ra bất kì nguyênlí nền tảngcơ sở nào thì không phải là khoa học.
(3) Các thí nghiệm phải có thể lặp lại được. Một thínghiệm sẽ bị xem xét với
sự hoài nghinếu như nó chỉ hoạt độngđối với một người, hoặc chỉ hoạt động trong
một bộ phận củathế giới. Bấtkì aicó kĩ năng và trang thiết bị cần thiết đều cóthể
thu được kết quả như nhau từ nhữngthí nghiệm như nhau.Điều này ngụ ý rằng
nền khoahọc vượtqua ranh giới quốc gia và tôn giáo; bạncó thể chắc chắn rằng
chẳng cóaiđang làm khoahọc thật sự khi họ khẳng định công việc củahọ là
“Aryan,không phải Do Thái,” “mác-xít, không phải tư bản,”hay“Công giáo, không
phải vô thần”. Một thí nghiệm không thể tái dựng lạiđượcnếu như nó là bí mật,
cho nên khoa họcnhất thiết phải là một sự nghiệp chung.
b/ Hình vẽ châmbiếm phòng làm việc

của một nhà giả kim thuật. H. Cock, vẽ lại
theo PeterBrueghel(thế kỉ 16)
Một thídụ của chu trình lí thuyết và thực nghiệm, một bướctiến cần thiết
đến nền hóa họchiện đại là quan sát thực nghiệm cho thấy các nguyên tố hóahọc
khôngthể chuyển hóa lẫn nhau, chẳnghạn như chì không thể biến thànhvàng.
Điều nàydẫn tới lí thuyết chorằng cácphản ứng hóa học bao gồm sự sắp xếp lại
của cácnguyên tố theo những kết hợp khác nhau,không cóbấtkì sự thayđổi nào ở
nhândạngcủa bảnthân các nguyên tố.Lí thuyết đó hoạt độngtrong hàngtrăm
năm, và được xác nhận bằng thựcnghiệm trên một phạm vi rộng của áp suất và
nhiệt độ và với nhiều kết hợpcủa các nguyên tố. Chỉ trong thế kỉ 20, chúng ta mới
biết rằng một nguyên tố cóthể chuyểnhóa thành một nguyên tố khác dưới những
điều kiện áp suất và nhiệt độ cực cao tồn tại trong quả bom hạt nhân hoặcbên
trong một ngôisao. Quan sát đó không hoàn toàn vô hiệu hóalí thuyết banđầu về
sự bất biến của các nguyên tố, nhưngnó cho thấynó chỉ là một sự gần đúng,hợp lí
ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường.
Một pháp sư lên đồng tham gia nói chuyện với linh hồn người đã mất. Ông nói
ông có sức mạnh ma thuật đặc biệt mà người khác không có, nó cho phép ông “liên
lạc” thông tin với các linh hồn. Ở đây, phần nào của nguyên tắc khoa học đã bị vi
phạm ?
Phương pháp khoahọc mô tả ở đây là một sự lí tưởng hóa, và không nên
hiểu là một tậphợp thủ tụcdùng trong làm khoa học. Các nhà khoa họccó nhiều
nhượcđiểm và tính xấu như mọi nhómngười khác, và rất thườngxảy ravớicác
nhà khoahọc là cố gắng làm mất uy tín của thí nghiệm của người khác khi kết quả
của người ta trái ngượcvớiquan điểm ưa thích của họ. Nềnkhoa họcthành công
cũng phải làm việc với sự may mắn, trực giácvàsáng tạo nhiều hơn đa số mọi
người nhận thấy, và hạnchế của phươngpháp khoahọc là không hề kiềmchế cá
tính và sự tự biểu hiện hơn sovới dạng fugue sonatakiềm chế Bach và Haydn.Có
một xu hướng gần đây trong số các nhàkhoa học xãhội là đixa hơn nữa vàđi tới
phủ nhận sự tồn tại của phương phápkhoa học,khẳng định khoahọc không gì hơn
là một hệ thống xã hội độc đoán xác địnhý tưởng nào đượcchấp nhận dựa trên

tiêu chuẩn củanhómngườicó chung quyềnlợi. Nếu khoahọc là mộtlễ nghi xã hội
độc đoán, thì hình như khó mà giải thích được tính hiệu quả của nótrong việc chế
tạo cácđồ đạc hữu íchnhư máy bay,máy hát đĩa CD và máy may.Nếu như thuật
giả kim và chiêm tinh học không kém tính khoa học hơntrong phương pháp của
nó so với hóa họcvà thiên vănhọc, thì cái gì khiến chochúng khôngtạora được cái
nào có íchcả ?
Xét xem có hay không có phương pháp khoa học áp dụng trong những thí dụ
sau đây. Nếu phương pháp khoa học không được áp dụng, hỏi những người có hoạt
động được mô tả có đang tiến hành một hoạt động con người hữu ích hay không,
dẫu là một hoạt động phản khoa học ?
A. Châm cứu là một kĩ thuật y khoa cổ truyền có nguồn gốc châu Á trong đó
những cây kim nhỏ được cắm vào cơ thể con người để làm giảm đau đớn. Nhiều bác
sĩ được đào tạo ở phương tây xem châm cứu là không có giá trị nghiên cứu thực
nghiệm, vì nếu như nó có tác dụng chữa bệnh, thì những tác dụng đó không thể nào
giải thích bằng lí thuyết của họ về hệ thần kinh. Ai là người mang tính khoa học hơn,
những người hành nghề phương tây hay phương đông ?
B. Goethe, một nhà thơ Đức, ít được biết tới cho lí thuyết của ông về màu sắc.
Ông đã xuất bản một cuốn sách về đề tài đó, trong đó ông biện hộ rằng dụng cụ khoa
học dùng để đo và định lượng màu sắc, như lăng kính, thấu kính và bộ lọc màu,
không thể mang lại cho chúng ta cái nhìn trọn vẹn vào ý nghĩa tối hậu của màu sắc,
chẳng hạn cảm giác lạnh gợi lên bởi màu lam và lục, hay tính khoa trường do màu
đỏ kích động. Hỏi nghiên cứu của ông có mang tính khoa học không ?
C. Một đứa trẻ thắc mắc tại sao mọi vật đều rơi xuống, và một người trưởng
thành trả lời “vì hấp dẫn”. Nhà triết học Hi Lạp cổ đại Aristotle giải thích rằng đất đá
rơi xuống vì bản chất của chúng tìm lại vị trí tự nhiên của chúng, tiếp giáp với trái
đất. Những lời giải thích này có mang tính khoa học không ?
D. Đạo Phật phần nào là một lời giải thích tâm lí học của sự trải nghiệm của
con người, và tâm lí học tất nhiên là một khoa học. Đức Phật có thể nói là phải bận
rộn trong một chu trình lí thuyết và thực nghiệm, vì ông nghiên cứu bằng cách thử
và sai, và cho dẫu muộn trong cuộc đời ông, ông đã yêu cầu các môn đồ thử thách ý

tưởng của ông. Phật giáo còn có thể xem là có tính sinh sôi, vì Đức Phật bảo các môn
đồ của ông rằng họ có thể tìm sự khai sáng cho chính họ nếu họ tuân theo một khóa
nghiên cứu và rèn luyện nhất định. Hỏi Phật giáo có phải là một hoạt động theo đuổi
khoa học hay không ?
2. Vật lí là gì ?
Cho rằng trong chốc lát, một người thông minh có thể lĩnh hội tất cả các lực
mà nhờ đó tự nhiên được cấp thêm sinh khí và vị trí tương ứng của những thứ tạo
ra nó… thì không có gì là không chắc chắn, và tương lai cũng như quá khứ sẽ nằm
trước mắt nó.
Pierre Simon de Laplace
Vật lí là sử dụng phương pháp khoa họcđể tìm ra cácnguyên lí cơ bản chi
phốiánhsáng và vậtchất, và khám phá ra hệ quả củanhững định luật này. Một
phần củacái phân biệt quanđiểm hiện đại với thế giới quan cổ đại là giả địnhcó
những quyluật mànhờ đó các chứcnăng vũ trụ,và nhữngđịnh luậtđó có thể được
hiểu ítnhất là phần nào đó bởi con người. Từ kỉ nguyên Lí trí chođến thế kỉ 19,
nhiều nhà khoahọc bắt đầu bị thuyết phục rằng các định luật tự nhiênkhông
những có thể hiểu được mà, như Laplacekhẳng định,những địnhluật đó về
nguyêntắc còn có thể sử dụng để tiênđoán mọithứ về tươnglai của vũ trụ nếu
như có đủ thông tin về trạng thái hiện naycủatoàn bộ ánh sáng vàvật chất. Trong
những phần sau, tôi sẽ môtả hai loại giới hạn chungtrên tiênđoán sử dụng các
định luật vật lí, chúng chỉ được ghi nhận trongthế kỉ 20.
Vật chất có thể định nghĩa là thứ gì đó bị tác dụng bởi hấp dẫn, tức là nó có
trọng lực hay sẽ có sức nặng nếu nó nằm gần Trái đất hoặc một ngôi sao khác hoặc
một hành tinh đủ nặng để tạo rasức hấpdẫn có thể đo được. Ánh sángcó thể định
nghĩa là thứ gì đó cóthể truyềntừ nơi này sangnơi khác quakhông giantrống
rỗng và có thể tác dụng lên vật chất, nhưng khôngcó trọng lượng.Ví dụ, ánh sáng
Mặttrờicó thể tácdụnglên cơ thể bạn bằng cách làm nónóng lên hayphá hỏng
DNA củabạn và làm cho bạnbị ungthư da. Định nghĩa ánh sáng của nhà vậtlí bao
gồm nhiều hiện tượng phongphú khôngnhìn thấy vớimắt thường, gồm cósóng vô
tuyến, visóng, tia X và tia gamma.Những đối tượngnày là “màu” củaánhsáng

khôngrơi vào ngưỡnghẹp từ-tím-tới-đỏ củacầu vồng mà chúngta có thể nhìn
thấy.
Vào đầu thế kỉ 20, một hiện tượng mới lạ được phát hiện thấy trong ống chân
không: các tia bí ẩn có nguồn gốc và bản chất không rõ. Những tia này giống như
các tia bắn từ phía sau ống đèn hình ti vi nhà bạn và chạm tới phía trước tạo ra hình
ảnh. Các nhà vật lí vào năm 1895 không hề có ý tưởng xem những tia này là cái gì,
nên họ đặt tên đơn giản cho chúng là “tia cathode”, theo tên của tiếp xúc điện từ đó
chúng phát ra. Một cuộc tranh luận sôi nổi nổ ra, hoàn toàn với ý nghĩa quan niệm,
xem những tia này thuộc dạng ánh sáng hay vật chất. Người ta sẽ phải làm gì để giải
quyết vấn đề đó ?
Nhiều hiện tượngvật lí bản thân chúngkhông phải là ánhsánghay vật chất,
mà là tính chất củaánhsánghay vật chấthoặc tương tác giữa ánh sángvà vật chất.
Chẳnghạn,chuyển độnglà mộttính chất củamọi ánh sáng và mộtsố vật chất,
nhưng bản thân nó không phải làánhsáng hay vật chất. Áp suất giữ cho lốp xe đạp
căng lên là sự tương tácgiữa không khí và lốp xe. Áp suất không thuộc dạngvật
chất mà thuộcdạngriêng củanó. Nó là một tính chất củalốpxe cũng như của
khôngkhí. Tươngtự, tình cảnhchị em vàchủ tớ là quanhệ giữa người vớingười,
nhưng không phải là bản thân con người.
Hình chụp qua kínhthiên văn này cho
thấy hai ảnhcủa cùng một vật ở xa, một vậtkì
lạ, rất sánggọi tên là quasar. Đâyđược xem là
bằng chứng cho một vật nặng,mờ tối, cókhả
năng là mộtlỗ đen, dườngnhư nằm giữa
chúng ta vànó. Nói cách khác, các tia sáng sẽ
trượt quaTrái đất ở mỗi phía bị bẻ cong bởi
sức hấp dẫn của vật tối saocho chúng đi tới
chúng ta.Hướng thật sự đến quasarcó thể
đoán chừnglà ở chínhgiữa hình, nhưng ánh
sáng truyền dọc theo đườngchính giữa không
đi tới chúngta vì nó bị vật tối hấp thụ. Quasar

trên được gọi tên qua số danhmục của nó,
MG1131+0456, hay tên gọikémchính thức
hơn là VòngEinstein.
Một số thứ dường như khôngtrọng lượng lại thậtsự có trọng lượng, và vì
thế được xem làvậtchất. Không khí có trọng lượng, và vì thế nó là mộtdạng vật
chất, mặc dù 1 inchkhối không khí nhẹ hơncả một hạt cát. Quả bónghelium có
trọng lượng, nhưngđược giữ cho khỏirơi xuống bởi lực tácdụngcủa không khí
xungquanh đậm đặc hơn, chúng đẩy nó lên. Các nhà thiên văn trên quỹ đạo xung
quanh Trái đất có trọng lượng,và đangrơi theo mộtđườngcong,nhưng họ chuyển
độngquá nhanh nên cung congcủa quỹ đạo rơi của họ đủ rộngđể manghọ theo
hành trìnhxung quanh Trái đất có dạnghìnhtròn. Họ tự cảm thấy mình không có
trọng lượng vì tổ hợp không gian đangrơi cùng với họ, và vìthế sàn đỡ không đẩy
chân họ lên.
Sự thay đổi hiện đại ở định nghĩa ánh sáng và vật chất
Einstein tiên đoán một hệ quả của lí thuyết tương đối của ông là ánh sáng sau
hết thảy sẽ bị tác động bởi hấp dẫn, mặc dù hiệu ứng đó cực kì yếu dưới những điều
kiện bình thường. Tiên đoán của ông đã khai sinh ra các quan sát sự bẻ cong tia
sáng phát ra từ các sao khi chúng đi gần Mặt trời trong hành trình của chúng đến
với Trái đất. Lí thuyết của Einstein còn gợi ý sự tồn tại của các lỗ đen, các sao nặng
và rắn chắc đến mức sức hấp dẫn mạnh của chúng không cho phép ánh sáng thoát
ra ngoài (Hiện nay, có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy các lỗ đen thật sự tồn tại).
Giải thích của Einstein là ánh sáng không phải thật sự có khối lượng, mà là
năng lượng bị tác động bởi hấp dẫn giống hệt như khối lượng vậy. Năng lượng
trong một chùm sáng tương đương với một lượng khối lượng nhất định, cho bởi
công thức nổi tiếng E = mc
2
, trong đó c là tốc độ ánh sáng. Vì tốc độ ánh sáng là một
con số lớn, nên một lượng lớn năng lượng là tương đương với chỉ một lượng rất nhỏ
của khối lượng, nên lực hấp dẫn tác dụng lên tia sáng có thể bỏ qua trong đa số mục
đích thực tiễn.

Tuy nhiên, có một sự khác biệt còn cơ bản và thỏa đáng hơn nữa giữa ánh
sáng và vật chất, đối với bạn điều đó có thể hiểu được nếu như bạn có học qua hóa
học. Trong hóa học, người ta biết rằng các electron tuân theo nguyên lí loại trừ Pauli,
nguyên lí cấm có nhiều hơn một electron chiếm giữ cùng một quỹ đạo nếu như
chúng có cùng spin. Nguyên lí loại trừ Pauli được tuân thủ bởi các hạt hạ nguyên tử
cấu thành nên vật chất, nhưng không được tuân thủ bởi các hạt, gọi là photon, cấu
thành nên chùm tia sáng.
Lí thuyết tương đối của Einstein sẽ được thảo luận trọn vẹn hơn trong quyển 6
của bộ sách này.
Ranh giới giữa vật lí học và các khoahọc khác không phải lúcnào cũngrõ
ràng.Chẳng hạn, hóa học nghiên cứucác nguyên tử và phân tử, chúng làthứ cấu
thành nên vật chất, vàcó một số nhà khoahọc hài lòng như nhautự gọi họ lànhà
hóa lí hoặc nhàlí hóa. Dường như sự khác biệt giữa vật lí họcvàsinh học thì rõ
ràng hơn, vì vật lí hình như làm việc với các vậtvôtri vô giác. Thật ra,hầu như mọi
nhà vật lí đều đồng ý rằngcác định luật cơ bản của vật lí áp dụng chocác phân tử
trong một ống thử hoạt độngtốt tươngtự đối với sự kết hợp của các phân tử cấu
thành nên mộtcon vi khuẩn.(Một số người có lẽ tinrằngmột số thứ thì có khả
năng xảy ra hơn trong ý nghĩ của con người, haythậm chílà ý tưởng củamèo và
chó) Cái phân biệtvật lí vớisinhhọc là nhiềulí thuyết khoahọc môtả sự sống,
trong khirút cuộc thuđượctừ các định luật cơ bản của vật lí, không thể nào suy
luận chặt chẽ từ các nguyênlí vậtlí.
d/ Giản hóa luận
Hệ cô lập và giản hóa luận
Để tránhnghiên cứu mọi thứ cùngmột lúc, các nhà khoa học cô lập mọi thứ
mà họ đang cố gắngnghiên cứu. Chẳng hạn, mộtnhà vật lí muốn nghiêncứu
chuyển động của một con quayhồi chuyển đangquay sẽ có khả năng thíchnó được
tách rờikhỏi cácdao động vàdòng không khí xungquanh. Ngaycả trong sinhhọc,
lĩnh vựcnghiên cứu cần thiết phải tìm hiểu sự sống liên hệ như thế nào với toàn bộ
môitrường của chúng,thậthàohứnglưu ý đến vaitrò lịchsử thiết yếu của nghiên
cứu của Darwin trên quần đảo Galapagos, nơi tách rời khỏi phầncòn lại của thế

giới. Bất kì bộ phận nàocủavũ trụ được xem là tách rời khỏi phần còn lại có thể
gọi là một “hệ”.
Vật lí họcđã có những thành côngto lớn của nó khi tiến hành quá trìnhcô
lập này để cáchli, chia nhỏ vũ trụ thành những phầnngày càng nhỏ hơn. Vật chất
có thể chia thành các nguyêntử, và hànhvi của từngnguyên tử có thể nghiên cứu
được. Các nguyên tử có thể phân chiathành các neutron,proton và electroncấu
thành của chúng.Proton vàneutronhình như được cấu thành từ cáchạt còn nhỏ
hơnnữagọi là quark,và đã có mộtsố khẳng định bằng chứng thực nghiệm các
quark có những bộ phận nhỏ hơn bên trong chúng.Phương pháp phân tích cácthứ
thành những bộ phận cànglúc càng nhỏ hơn và nghiêncứuxem những bộ phận đó
tương tác lẫn nhaunhư thế nàođược gọi là sự giản hóa luận. Hi vọng làcácquy
luật có vẻ phức tạp chi phốinhững đơn vị lớn có thể đượchiểu tốt hơn dưới dạng
những quyluật đơn giản hơn chi phốinhững đơn vị nhỏ hơn. Để đánh giá đúng cái
do giản hóa luận mang lại cho khoahọc, chỉ cần nghiên cứu một cuốn sách giáo
khoa hóa học thờithế kỉ 19. Vào lúc ấy, sự tồn tại của các nguyên tử vẫn còn bị một
số người nghi ngờ, các electronthì bị khả nghi là khôngtồn tại, vàhầu như người
ta chẳnghiểu những quy luật cơ bản nào chi phối cách thứccác nguyên tử tương
tác lẫn nhau trong phản ứng hóa học. Học sinh phải ghi nhớ nhữngdanh sách dài
các hóa chất và phản ứng của chúng,và không cócách nào hiểu được nó một cách
có hệ thống. Ngày nay, học sinhchỉ cần ghi nhớ một tập hợp nhỏ các quy luật về
cách thức các nguyên tử tươngtác, chẳng hạn cácnguyên tử thuộc một nguyên tố
khôngthể nào chuyển hóa thành nguyên tố khác qua phản ứng hóa học, haycác
nguyêntử ở phía bênphải của bảnghệ thống tuần hoàn có xuhướnghìnhthành
liên kết mạnh với các nguyên tử ở phía bên trái.
A. Tôi vừa đề nghị thay định nghĩa bình thường của ánh sáng bằng một định
nghĩa mang tính kĩ thuật hơn, chính xác hơn bao hàm sự không trọng lượng. Dù vậy,
vẫn có khả năng là chất liệu mà một cái bóng đèn tạo ra, thông thường gọi là “ánh
sáng”, thật sự có một lượng nhỏ trọng lượng nào đó. Hãy đề xuất một thí nghiệm
nhằm đo xem nó có trọng lượng hay không.
B. Nhiệt không có trọng lượng (tức là một vật không hề trở nên nặng hơn khi

bị nung nóng), và có thể truyền qua căn phòng trống từ bếp lửa tới da của bạn, nơi
nó tác động đến bạn qua việc làm nóng bạn. Vậy thì theo định nghĩa của chúng ta,
nhiệt có được xem là một dạng ánh sáng hay không ? Tại sao được hay tại sao
không ?
C. Tương tự, âm thanh có được xem là một dạng ánh sáng hay không ?
3. Học vật lí như thế nào?
Nhiều sinh viên đến với khóahọc khoa học vớiý tưởng rằnghọ có thể thành
công bằng việc ghinhớ các côngthức, khi một bài toán được đưa vào bài tập ở nhà
hay bài thi, họ sẽ có thể thế số vào công thứcvà thu đượckết quả bằngsố trên
chiếc máy tính bỏ túi của mình. Thật sailầm ! Đó không phảilà cách học khoahọc
đâu ! Cómột sự khác biệt lớngiữa việc họcthuộc các công thứcvà hiểu các khái
niệm. Để bắt đầu,các côngthức khác nhau cóthể áp dụng trongnhữngtình huống
khác nhau. Một phương trìnhcó thể biểu diễn mộtđịnh nghĩa, nó luôn luôn đúng.
Một phương trìnhkhác có thể là một phương trìnhrất đặc biệt chotốc độ củamột
vật trượt trên một mặtphẳng nghiêng,nó sẽ không đúng nếu như vật là mộttảng
đá đangtrôi giạt xuốngđáy đại dương. Nếu bạn không chịu khó tìm hiểuvật lí ở
mức độ khái niệm, bạn sẽ khôngbiết côngthức nào được sử dụngkhi nào.
Đa số họcsinh tham gianhững khóa học khoahọc lần đầu tiên còn có rất ít
kinh nghiệm với việc giảithích ý nghĩa của một phương trình.Hãy xét phương
trìnhw =A/h liên hệ chiều rộng của một tamgiác với chiều cao và diện tích của nó.
Một họcsinh không được phát triểnkĩ năng giải thích có thể xemđây là một
phươngtrình khác để học thuộc và vậndụng khi cầnthiết. Một họcsinh hiểu biết
hơnmộtchút nhận ra đây đơn giản là công thức quen thuộcA = wh ở một dạng
khác.Khi hỏi một tam giác sẽ có chiều rộng lớn hơn hay nhỏ hơn so với một tam
giác khác có cùngdiện tích nhưng chiều cao nhỏ hơn,người học sinh ngây thơ có
thể lúngtúng,không có con số nào để bấm máytính cả. Ngườihọc sinhkinh
nghiệmhơn thì biết cách lí giải một phương trìnhliên quan tớiphép chia–
nếu h nhỏ hơn, vàA giữ không đổi, thì w phải lớn hơn. Thườngthì học sinh hay
thất bại ở việc nhận ra hệ quả của các phương trìnhnhư con đườngđưa đến kết
quả cuối cùng,nênhọ nghĩ tất cả các bước trunggian đềulà nhữngcông thức quan

trọng như nhau mà họ phải học thuộc.
Khi tìm hiểu bất kì vật nào,điều quantrọng là càng liênhệ tích cực càng tốt,
từ không tìm cách đọctoàn bộ thông tin mộtcách nhanhchóng màkhôngnghĩ về
nó. Một ý tưởnghaylà hãy đọcvà nghĩ tới những câu hỏi đặt ra ở cuối mỗi phần
của nhữngtài liệu này khibạn gặp chúng, saocho bạn biết rằng bạn đã hiểu cái
mình đang đọc.
Khó khăn củanhiều học sinhvề vật lí rútlại chủ yếu là những khó khăn với
toánhọc. Giả sử bạncảm thấy tự tin rằng bạncó đủ nền tảng toán học để thành
công trong khóa học này, nhưng bạn đang gặp rắc rối với mộtsố thứ nhất định.
Trongmộtsố lĩnh vực,nhận xét chính nêu trongchương này có lẽ là đủ, nhưng
trong một số lĩnhvực khác, nó có khả năng không đủ.Một khi bạn nhậnra những
lĩnh vựctoán học mà bạn gặp trục trặc, hãy tìm sự hỗ trợ trong nhữnglĩnh vực đó.
Đừng lêchân quatoàn khóa học với cảm giác mơ hồ nghĩ tới màsợ về thứ kiểu
như khái niệm khoahọc. Khó khăn sẽ không biến mấtnếu bạn bỏ qua nó. Điều
tương tự áp dụng cho các kĩ năng toánhọc cần thiết mà bạn học trong khóa học
này lần đầu tiên,ví dụ như phép cộng vector.
Đôi khi,học sinh bảo tôi họ đã cố gắng tìm hiểu một chủ đề nhấtđịnhtrong
sách, và nó không có ý nghĩa gì hết. Thứ tồi tệ nhất bạn có thể làm trong tìnhhuống
đó là cố đọctới đọc lui một trangđó mãi. Mỗi sách vở giải thích những thứ nhất
định thật tệ - kể cả sách của tôi! – nênthứ tốt nhất để làm trong tìnhhuốngnày là
nhìn vào một cuốn sách khác. Thay cho giáo trình nhắm tới cùng mức độ toán học
như khóa học bạnđangtham gia, trong một số trường hợp, bạn cóthể nhận thấy
sách vở trung học haysách ở mức độ toánthấp hơn cho lời giải thích rõ rànghơn.
Ba cuốn sách liệt kê ở bên trái, theo quan điểm của tôi, là nhữngcuốnsách giới
thiệuvậtlí học tốt nhất hiện có, mặc dù chúng không thích hợp làmsách giáokhoa
sơ cấp chokhóa họccao đẳng về khoa học cơ bản.
Cuối cùng, khi ôn tập thi,đừng nên ràsoát lại nhữngcâu chữ và chú ýnhư
bạn đã học. Thayvì vậy, hãy thử sử dụng một phương pháp ôn tập tích cực, chẳng
hạn bằng việc thảo luận một số câuhỏi với học sinhkhác, hoặc làm bàitập ở nhà
mà bạnchưa từnglàm lần nào.