Bạn có cho rằng vật lý là một môn khoa học khó hiểu và cao siêu quá không? Những khái niệm như thuyết tương đối, cơ học lượng tử, hố đen, cấu trúc phức tạp của vũ trụ, hạt cơ bản, lực hấp dẫn... có khiến bạn nản lòng không?

Chắc chắn là không nếu bạn tìm đọc “7 bài học hay nhất về vật lý” của tác giả Carlo Rovelli viết rất hay và dễ hiểu giúp chúng ta sẽ say mê và hứng thú khám phá khoa học tự nhiên. Cuốn sách giải thích về những khám phá khoa học làm thay đổi cả thế giới trong thế kỷ XX và được Independent, Economist, Telegraph, Guardian, New Scientist, Evening Standard bình chọn là cuốn sách hay nhất của năm 2015. Carlo Rovelli là nhà vật lý lý thuyết người Italia, chuyên nghiên cứu các lý thuyết về hấp dẫn lượng tử và hấp dẫn lượng tử vòng. Ông hiện là giảng viên Đại học Aix- Marseille, Pháp và giảng dạy ở Khoa Lịch sử và Triết học Khoa học của Đại học Pittsburgh, Hoa Kỳ, đã mang đến cho công chúng một cách tiếp cận về vật lý sinh động và hấp dẫn. Thông qua cuốn sách “7 bài học hay nhất về vật lý” được chia làm 6 bài học.

Bài học đầu tiên dành cho Thuyết tương đối của Albert Einstrein, “lý thuyết đẹp nhất”.

Đây không chỉ là một trong những lý thuyết nổi bật nhất trong vật lý mà còn là một trong những thành tựu vĩ đại nhất của trí tuệ con người. Rovelli say mê giải thích lý thuyết này không chỉ vì tính đúng đắn mà còn vì tính thẩm mỹ, tính đơn giản và sự bao quát mà nó mang lại trong việc mô tả vũ trụ. Thuyết tương đối tổng quát thay đổi hoàn toàn cách hiểu của chúng ta về lực hấp dẫn. Theo Einstein, lực hấp dẫn không đơn giản là một lực hút giữa các vật thể có khối lượng mà là kết quả của sự uốn cong của không gian và thời gian. Các vật thể có khối lượng như các ngôi sao, hành tinh làm biến dạng không gian và thời gian xung quanh chúng, và đường cong này là cái dẫn dắt các vật thể khác chuyển động theo.

Bài học thứ hai: Cơ học lượng tử

Cơ học lượng tử xuất phát từ việc nghiên cứu hiện tượng lạ ở cấp độ nguyên tử mà các lý thuyết cổ điển như của Newton hay Maxwell không thể giải thích được. Một trong những khái niệm nổi bật nhất là nguyên lý bất định Heisenberg - cho thấy rằng không thể xác định đồng thời vị trí và động lượng của một hạt với độ chính xác tuyệt đối. Điều này có nghĩa là, ở cấp độ vi mô, thế giới không thể dự đoán và đo lường chính xác như chúng ta vẫn quen thuộc trong vật lý cổ điển. Cơ học lượng tử là nền tảng của rất nhiều công nghệ hiện đại như chất bán dẫn, laser, và công nghệ mã hóa lượng tử. Những lý thuyết này cũng là cơ sở cho các ngành khoa học mới như máy tính lượng tử - một công nghệ đầy hứa hẹn có thể thay đổi cách chúng ta xử lý thông tin.

Bài học thứ ba là kiến thức về vũ trụ.

Big Bang và sự hình thành vũ trụ - sự kiện khai sinh vũ trụ cách đây khoảng 13,8 tỷ năm. Big Bang không phải là một vụ nổ trong không gian, mà là sự mở rộng nhanh chóng của không gian và thời gian, dẫn đến sự hình thành của vũ trụ mà chúng ta biết ngày nay. Kể từ thời điểm đó, vũ trụ đã liên tục giãn nở và phát triển, tạo ra không gian và thời gian, cũng như các nguyên tố đầu tiên.

Kiến thức về vũ trụ cho phép chúng ta đặt câu hỏi lớn về nguồn gốc và tương lai của vũ trụ. Những hiểu biết này không chỉ là câu chuyện về các hành tinh và ngôi sao mà còn mở rộng đến các bí ẩn như vật chất tối và năng lượng tối - những thành phần chiếm hơn 95% vũ trụ mà chúng ta hầu như chưa hiểu gì.

Bài học thứ tư: Các hạt cơ bản

Mô hình chuẩn phân loại các hạt thành hai nhóm chính: fermion (gồm quark và lepton), là thành phần tạo nên vật chất, và boson, là hạt truyền dẫn các lực cơ bản (như photon cho lực điện từ và gluon cho lực mạnh).

Mọi vật chất trong vũ trụ được cấu tạo từ các hạt quark và lepton. Quark tạo thành proton và neutron, những thành phần chính của hạt nhân nguyên tử, trong khi lepton nổi bật nhất là electron, thành phần của các nguyên tử.

Bài học thứ năm: Các hạt không gian

Khái niệm thời gian và không gian có liên hệ mật thiết với entropy. Khi chúng ta nhìn vào vũ trụ ở mức độ vi mô (như hạt không gian), thời gian dường như không còn tuyến tính như chúng ta quan sát ở cấp độ lớn hơn. Thời gian chỉ hiện ra khi có một hệ thống phức tạp và không ngừng biến đổi, và entropy giúp chúng ta hiểu tại sao thời gian dường như "chảy" về một hướng duy nhất. Không gian, thời gian không phải là tĩnh mà là một mạng lưới cấu trúc có thể uốn cong, thay đổi, và chịu tác động từ entropy. Khám phá này mời gọi chúng ta suy ngẫm về bản chất thật sự của thời gian và không gian, cho thấy rằng những gì chúng ta cảm nhận được về thời gian là kết quả của sự tương tác phức tạp trong vũ trụ.

Bài học thứ sáu: Xác suất, thời gian và nhiệt của lỗ đen

Các hiện tượng liên quan đến lỗ đen cũng giúp chúng ta hiểu thêm về mối quan hệ giữa thời gian và nhiệt động học. Trong lý thuyết tương đối rộng của Einstein, thời gian và không gian không phải là tách biệt, mà là một cấu trúc có thể bị uốn cong. Sự gia tăng entropy trong lỗ đen và việc bức xạ Hawking phát ra dường như làm cho thời gian "chảy" một chiều nhất định trong quá trình tiến hóa của lỗ đen.

Trong lý thuyết tương đối rộng của Einstein, thời gian và không gian không phải là tách biệt, mà là một cấu trúc có thể bị uốn cong. Sự gia tăng entropy trong lỗ đen và việc bức xạ Hawking phát ra dường như làm cho thời gian "chảy" một chiều nhất định trong quá trình tiến hóa của lỗ đen.

Bài học thứ 7: Về chính chúng ta

Vị trí và vai trò của con người trong vũ trụ rộng lớn này. Thay vì coi mình là trung tâm của vạn vật, con người chỉ là một phần rất nhỏ bé trong vũ trụ bao la, tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn ngủi. Những phát hiện khoa học về không gian, thời gian, và vật chất đã giúp ta nhận thức rõ hơn về giới hạn của mình và khuyến khích chúng ta sống khiêm nhường hơn. Nó nhắc nhở chúng ta rằng, mặc dù khoa học có thể giúp chúng ta hiểu vũ trụ, chính tình yêu, ý thức, và trải nghiệm của con người mới là những điều mang lại giá trị và ý nghĩa thực sự cho cuộc sống.

Cuốn sách “7 bài học hay nhất về vật lý” của tác giả Carlo Rovelli, được Nguyễn Nguyên Hy dịch và Nguyễn Hữu Nhã hiệu đính. Nhà xuất bản thế giới, xuất bản năm 2023, kí hiệu: 202006797. Sách hiện đang được phục vụ tại phòng Mượn của Thư viện tỉnh Vĩnh Phúc, mời các bạn tìm đọc!

  Như Quỳnh