Thuyết trình: Lịch sử Vật lý

Chia sẻ: Dương Đăng Mạnh | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

158
lượt xem 36
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thuyết trình: Lịch sử Vật lý giới thiệu tới các bạn về sự khủng hoảng của Vật lý; sự ra đời của Vật lý (thuyết tương đối, thuyết lượng tử). Mời các bạn tham khảo bài thuyết trình để biết cách soạn thảo một bài thuyết trình hay cũng như biết rõ hơn về Lịch sử ngành Vật lý.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thuyết trình: Lịch sử Vật lý

Sự khủng hoảng của Vật Lý và sự ra đời của Vật Lý học hiện đại
I. Sự khủng hoảng của vật lý. II. Sự ra đời của vật lý hiện đại. 1. Thuyết tương đối: 2. Thuyết lượng tử. IV. Kết luận.
I. SỰ KHỦNG HOẢNG CỦA VẬT LÝ: Khái quát Các thế kỉ XVII và XVIII là thế kỉ của cơ học Newton. Theo cơ học Newton, nếu ta biết được khối lượng của của từng điểm trong cơ hệ (tọa độ, vận tốc của từng chất điểm tại một thời điểm bất kì chọn làm thời điểm ban đầu), và biết được các nguyên nhân làm thay đổi trạng thái đó (các lực tác dụng lên từng chất điểm), ta có thể áp dụng các định luật của cơ học để xác định một cách đơn giá mọi trạng thái tương lai của cơ hệ. Đó là nội dung của quyết định luận của cơ học Newton. Laplaxơ cho rằng tất cả các hiện tượng thiên nhiên (cơ, nhiệt, điện, quang...), kể cả sự sống và hoạt động tinh thần của con người đều là sự vận động của cơ hệ bao gồm các nguyên tử tuân theo các định luật Newton.
 Tuy nhiên, thực tế chứng tỏ rằng các định luật của cơ học Newton không đủ khả năng giải thích mọi hiện tượng thiên nhiên.  Bước sang thế kỉ XIX, khi nhiệt động lực học và điện động lực học đã được xây dựng, người ta thấy được rằng các quá trình nhiệt và điện từ không thể quy được về các quá trình cơ học.  Vật lý cổ điển của thế kỉ XIX có ba thành phần chủ yếu gồm: cơ học, nhiệt động lực học và điện động lực học. Thế giới vật chất không những tuân theo những qui luật của cơ học Newton mà còn tuân theo những qui luật của nhiệt động lực học, điện động lục học và tuân theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.
 Vật lý cổ điển có những hạn chế của nó. Lúc đầu nó đã tuyệt đối hóa khả năng cơ học Newton, về sau nó đã tuyệt đối hóa ý nghĩa và khả năng của chính bản thân mình. Chính và vậy mà nó rất khó chấp nhận tính thống kê của các hiện tượng nhiệt. Nó đã tự coi mình là đã hoàn toàn đủ khả năng để khảo sát và giải thích mọi hiện tượng của thế giới tự nhiên.  Tư tưởng siêu hình không cho phép vật lý học cổ điển quan niệm được rằng thế giới vật chất là vô cùng phong phú và đa dạng, còn nhiều lĩnh vực hiện tương mà nó chưa biết hoặc chưa có khả năng vói tới. Tư tưởng đó đã dẫn đến cuộc khủng hoảng trong vật lý học đầu thế kỉ XX.
Những quan niệm về ête: )  Vào cuối thế kỷ XIX các nhà vật lý cho rằng sóng ánh sáng và sóng điện từ lan truyền trong một môi trường đặc biệt gọi là ête có mặt khắp nơi trong vũ trụ và bên trong các vật, và đứng yên trong không gian tuyệt đối.  Giữa thế kỷ XIX, Phiđô thực hiện một thí nghiệm để đo vận tốc ánh sáng trong một chất lỏng chuyển động.  u: vận tốc ánh sáng trong chất lỏng đứng yên.  v: vận tốc vận tốc chất lỏng chuyển động.  n: chiết suất chất lỏng.  công thức này trái với công thức cộng vận tốc cổ điển  Phiđô nói rằng khi chất lỏng chuyển động với vận tốc v so với ête vũ trụ đứng yên, thì ête thấm trong chất lỏng bị nó kéo theo một phần, nghĩa là kéo theo với vận tốc:
Cũng vào th ời gian đó, Macxoen nhận xét rằng khi đo vận tốc ánh sáng, ta phải xác định khoảng thời gian để ánh sáng truyền từ A đến B, rồi lại truyền ngược lại từ B đến A mà không thể biết được thời gian của hai lần đó có bằng nhau hay không. Để xác định ảnh hưởng của chuyển động của Trái Đất lên vận tốc ánh sáng, phải so sánh thời gian t1 để ánh sáng truyền xuôi và truyền ngược trên quãng đường L theo phương chuyển động của trái đất, với thời gian t2 để ánh sáng truyền xuôi và truyền ngược trên quãng đường L đó, theo một phương khác. Về nguyên tắc có thể dựng được một thí nghiệm như vậy, nhưng độ chính xác của dụng cụ đo phải rất cao, vào cỡ .Ông cho rằng khó có thể tạo ra một dụng cụ như thế.
• Năm 1879 Maikenxơn (1852 – 1931) thực hiện công trình khoa học đầu tiên của mình về cách đo vận tốc ánh sáng theo phương pháp gương quay của Fucô . • Năm 1881 đã thiết kế giao thoa kế đầu tiên của mình gọi là giao kế Maikenxơn. Ông công bố kết quả: không phát hiện được chuyển động tương đối giữa trái đất và ête. Maikenxơn (1852 – 1931)
Giao kế Maikenxơn Giao thoa kế Maikenxơn gồm 2 tấm gương phản chiếu và một tấm kính ngăn đôi bánphản chiếu nghiêng một góc 45°. Tấm kính này tách chùm tia tới làm hai chùm tia phân tán theo cánh tay của giao thoa kế, rồi mỗi chùm tia phản chiếu lên một trong những tấm gương phản hồi và trở về trên tấm lam ngăn để chúng giao thoa.
Năm 1892 Lorenxơ (1853 – 1928) đề xuất một cách giải thích kết quả phủ định của thí nghiệm Maikenxơn. Ông cho rằng trái đất chuyển động với vận tốc v = 30km/s so với ête đứng yên khi một nhánh của giao thoa kế được đặt theo phương vuông góc với chiều dài của nó là l0. Khi quay nhánh đó theo phương song song với các lực tương tác giữa các hạt mang điện tích trong nhánh đó và các hạt ête làm cho nó bị co lại và chiều dài của nó trờ thành Lorenxơ (1853 – 1928) v2 . Sự co đó vừa đủ để bù trừ sự chênh l l =ệch quang trình c l0 1 − 2 ủa các c tia sáng, khiến cho hình ảnh giao thoa không thay đ ổi và ta không thể phát hiện được gió ête mặc dù nó vẫn thực sự tồn tại. các nhà khoa học bối rối
Vật đen tuyệt đối : Nhiều vật ở nhiệt độ khác nhau đặt chung trong một thể tích trống rỗng và đóng kín (không trao đổi nhiệt với không gian bên ngoài) thì sau một khoảng thời gian các vật đó sẽ có cùng một nhiệt độ như nhau. => giải thích: giữa các vật có sự trao đổi năng lượng nhờ bức xạ mà không có sự dịch chuyển của vật chất. Mỗi vật phát ra và hấp thụ các bức xạ điện từ với rất nhiều bước sóng khác nhau. Vật nóng hơn thì phát xạ nhiều hơn là hấp thụ, còn vật lạnh hơn thì hấp thụ nhiều hơn là phát xạ. Khi đó mỗi vật bức xạ bao nhiêu năng lượng thì cũng hấp thụ bấy nhiêu năng lượng, hệ đạt trạng thái cân bằng nhiệt động lực học và trạng thái đó được duy trì trong một thời gian dài vô hạn.
Năm 1860 Kiêcsôp (1824 – 1887) đưa ra khái niệm vật đen tuyệt đối. Vật đen tuyệt đối là một vật có khả năng hấp thụ tất cả mọi bức xạ mà nó nhận được. Vật đen tuyệt đối không có thật trong tự nhiên Kiêcsôp đã chỉ ra cách tạo ra một vật có tính chất rất gần với vật đen tuyệt đối, bằng cách dùng một bình kín chỉ có một lỗ nhỏ để “giam” trong đó tất cả các bức xạ từ ngoài lọt vào trong bình qua lỗ nhỏ đó. Nếu đặt vật đen tuyệt đối đó vào một máy điều nhiệt để giữ nó ở nhiệt độ không đổi T và hướng lỗ nhỏ của nó vào một máy đo, ta xác định được cường độ bức xạ toàn phần của vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ T. Nếu giữa lỗ nhỏ và máy đo ta đặt những bộ lọc thích hợp để chỉ cho những bức xạ có tần số λ đi qua và đến máy đo, ta xác định được cường độ bức xạ riêng của vật đen tuyệt đối ứng với tần số và nhiệt độ T.
Đường cong biễu diễn sự phụ thuộc của cường độ bức xạ của vật đen tuyệt đối vào tần số bức xạ ở những nhiệt độ khác nhau. f (λ,T) T3 > T2 > T1
• Năm 1894 Vin (1864 – 1928) đã rút ra một định luật quan trọng: định luật dịch chuyển: tích của nhiệt độ vật đen tuyệt đối với bước song ứng với cường độ bức xạ cực đại là một lượng không đổi. • Năm 1896 Vin xây dựng được một công thức về sự phân bố năng lượng trong phổ của vật đen tuyệt đối. Khi đối chiếu với các dữ liệu thực nghiệm, người ta thấy rằng ở miền tần số cao nó phù hợp với thực nghiệm, nhưng ở miền tần số thấp năng lượng tính theo công thức đó lớn lên vô cùng , trái với kết quả thực nghiệm.
Năm 1900 công trình Rêlây (1842 – 1919). Ông coi vật đen tuyệt đối là một cái hốc kín chứa đầy sóng điện từ là sóng đứng của các dao động tử. Mật độ sóng đứng (số lượng sóng đứng trong một đơn vị thể tích) trong hốc có tần số trong khoảng từ đến +d là: Mỗi sóng đứng có một năng lượng bất kì và năng lượng trung bình ứng với một sóng đứng là : k: 1,381. 1023 J/K: hằng số Bônxơman Mật độ năng lượng trong hốc ứng với các tần số trong khoảng từ đến +d
Về sau Ginxơ cũng đi đến công thức như trên bằng một con đường khác, vì vậy công thức này được gọi là công thức RêlâyGinxơ . Công thức này chỉ đúng với tần số nhỏ nhưng khi cho thì điều đó mâu thuẫn với thực nghiệm. Sự thất bại của công thức RêlâyGinxơ được các nhà vật lý gọi là “thảm họa tử ngoại”. Lý thuyết và thực nghiệm lại hoàn toàn mâu thuẫn với nhau ở mức không thể khắc phục. Đây là một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến cuộc khủng hoảng vật lý học.
Nhiều điều khác nữa cũng làm các nhà khoa học bối rối: ho tới đầu thế kỷ XX chưa ai quan sát được phân tử, nguyên tử, electron trong thực nghiệm. Việc khảo sát sự phóng xạ không cho biết nguồn gốc năng lượng của tia ß và có vẻ như ở đây định luật bảo toàn năng lượng bị vi phạm. ự phát hiện ra hiện tượng tỷ số e/m của các hạt tích điện giảm (tức là khối lượng của chúng tăng) khi chúng chuyển động với vận tốc lớn đã làm lung lay khái niệm khối lượng, từ lâu được coi là đặc trưng quan trọng và bất biến của vật chất. ý thuyết đáng tin cậy của nhiệt động lực học mâu thuẫn nghiêm trọng với những kết quả thực nghiệm khi khảo sát bức xạ của vật đen tuyệt
 Huân tước Kenvin vẫn lạc quan và coi thí nghiệm Maikenxơn và bức xạ của vật đen tuyệt đối chỉ là hai đám mây đen trên bầu trời trong xanh của vật lý học.  Trái lại, Poanhcare gọi tình trạng trên là “sự khủng hoảng của vật lí học”.  Nhiều nhà vật lý đã hoài nghi giả thuyết ête và khả năng của giả thuyết đó giải quyết các vấn đề của vật lý học. Người ta bắt đầu nghi ngờ sự tồn tại của ête và cả của phân tử, nguyên tử, electron, tức là các hiện tượng không quan sát trực tiếp được. Thực tiễn phát triển của vật lý học thế kỷ XX sẽ chứng tỏ rằng quá trình nhận thức khoa học là một quá trình liên tục và vững chắc, sự khủng hoảng đã qua chỉ là một sự lầm lạc nhất thời.