Trả tiền nhuận bút

Một tờ tạp chí quy định trả tiền nhuận bút theo số trang. Bài dài n trang được trả

1+\displaystyle{\frac12}+\displaystyle{\frac13}+\cdots+\displaystyle{\frac1n}

đồng.

Bạn Tèo có một bài báo dài 1/2 trang được đăng. Hỏi toà soạn phải trả bạn bao nhiêu tiền?

Không phải cái gì máy tính cũng làm đuợc

Đây là chứng minh:

Chứng minh công thức Euler cho đa diện bằng vật lý

Giải Nobel vật lý năm nay được trao cho ba nhà vật lý, Thouless, Haldane và Kosterlitz, vì những đóng góp liên quan đến các chuyển pha và các trạng thái tôpô. Nhân dịp này chúng ta sẽ dùng vật lý để chứng minh một công thức khá nổi tiếng, liên quan đến tôpô – công thức Euler cho đa diện. Công thức này nói rằng với một đa diện bất kỳ, số đỉnh V, số mặt F và số cạnh E của nó thoả mãn

V + F – E = 2.

Ví dụ với hình lập phương ta có V = 8, F = 6, E = 12, và 8 + 6 – 12 = 2. Bạn có thể kiểm tra với một vài hình đa diện nữa để thấy công thức luôn đúng.

Để chứng minh công thức này, ta sẽ lắp một mạch điện theo hình đa diện, thay mỗi cạnh của đa diện bằng một điện trở. Không quan trọng lắm các giá trị của điện trở là bao nhiêu, miễn là tất cả các điện trở đều khác không. Để cho đơn giản ta cho mỗi điện trở là 1 Ω. Sau đó ta chọn hai đỉnh và nối hai cực của một nguồn điện vào hai đỉnh đó, cũng không quan trọng lắm là đỉnh nào. Chẳng hạn với hình lập phương ta có thể tưởng tượng ra mạch điện như sau:

Khi ta nối một mạch điện như vậy, tất nhiên điện sẽ chạy trong mạch một cách nhất định. Ta có thể đặt nhiều câu hỏi với mạch điện này. Ví dụ ta có thể hỏi điện trở của mạch là bao nhiêu. Câu hỏi tôi sẽ hỏi là như sau: giả sử tổng dòng điện chạy qua mạch là 1 Amper, dòng điện chạy qua từng điện trở là bao nhiêu? (Tất nhiên là nếu trả lời được câu hỏi này thì có thể tìm ra được điện trở của mạch).

Để trả lời câu hỏi trên, ta sẽ lập một hệ phương trình cho phép ta tìm được dòng điện chảy qua từng điện trở. Giả sử AB là một cạnh, ta ký hiệu IAB là dòng điện chạy từ đỉnh A đến đỉnh B. Ta có IAB = –IBA, và có tổng cộng E đại lượng này. Ta sẽ lập một hệ phương trình để tìm giá trị của các dòng điện này.

Có hai loại phương trình, xuất phát từ hai định luật Kirchhoff. Loại đầu tiên là như sau. Giả sử A là một đỉnh, và B, C, D… là các đỉnh kề A. Ta có phương trình:

IAB + IAC + IAD + … = 0 hoặc 1 hoặc –1.

Vế phải là 0 nếu như đỉnh A không phải một trong hai đỉnh nối vào nguồn điện, là 1 nếu A được nối vào cực dương và –1 nếu A nối vào cực âm. Đơn giản phương trình này nói dòng điện chạy vào một đỉnh phải bằng dòng chạy ra từ đó.

Ta có tổng cộng bao nhiêu phương trình như thế này? Đếm thì thấy tổng cộng là V phương trình, nhưng thực ra chúng không độc lập với nhau. Có thể thấy điều này bằng cách lấy tổng tất cả các phương trình trên. Ta sẽ được đồng nhất thức 0 = 0, vì ở vế trái với mỗi IAB bao giờ cũng có IBA. Vế phải thì tất nhiên tổng là 1 + (–1) cộng nhiều số 0, cũng bằng không. Như vậy chỉ có V – 1 phương trình độc lập.

Nhưng những phương trình trên không phải tất cả các phương trình ta phải viết ra. Có một loạt các phương trình khác (phương trình loại hai). Ta giả sử ABCD là một mặt (ta cho nó là tứ giác ở đây nhưng logic tiếp theo đúng với mọi đa giác). Ta sẽ có phương trình

IAB + IBC + ICD + IDA = 0.

Tại sao có phương trình này? Đó là do điện trở trên mỗi cạnh là 1 Ω nên IAB cũng là hiệu điện thế giữa hai đỉnh AB: IAB = UA – UB. Từ đó phương trình ở trên trở thành hiển nhiên. Tổng cộng có F phương trình như vậy. Tuy nhiên các phương trình này cũng không độc lập, nếu cộng tất cả các phương trình này lại ta lại có đồng nhất thức 0 = 0, do đó là chỉ có F – 1 phương trình loại hai.

Tổng cộng ta có như vậy là (V – 1) + (F – 1) = V + F – 2 phương trình.

Ta phải giải các phương trình này để tìm các dòng IAB. Có bao nhiêu ẩn số tất cả? Số ẩn là số cạnh E.

Thiên nhiên cho ta biết khi nối mạch điện thì chỉ có một nghiệm duy nhất, vậy số phương trình phải bằng số ẩn.

Do đó V + F – 2 = E.

Đây chính là công thức Euler phải chứng minh.

Tầm quan trọng của việc học ngoại ngữ

Tôi vẫn nhớ một câu thơ của Mayakovsky mà tôi đọc được từ rất lâu khi đang học tiếng Nga, dịch ra đại khái như sau (xin lỗi là dịch không vần):

Kể cả nếu tôi là người da đen cao tuổi
tôi cũng sẽ không chán nản lười biếng
học tiếng Nga chỉ vì đó là tiếng nói của Lênin

Trên thực thế, tôi không biết người nào (tất cả các màu da và tuổi tác) mà học tiếng Nga chỉ vì đó là tiếng nói của Lênin. Tuy vậy gần đây tôi đọc được một câu chuyện làm tôi nhớ tới câu thơ của Mayakovsky. Câu chuyện được nhà toán học Vladimir Voevodsky kể lại:

Năm 1984, Alexander Grothendieck nộp cho CNRS một đề án có tên là “Esquisse d’un Programme”. Ngay sau đó giới toán học bắt đầu chuyền tay nhau các bản sao của đề án này.

Vài tháng sau đó, thầy hướng dẫn khoa học đầu tiên của tôi, ông George Shabat, đưa đề án này cho tôi đọc. Lúc đó tôi là sinh viên năm thứ nhất trường Đại học Tổng hợp Mátxcơva.

Sau khi học một ít tiếng Pháp với mục tiêu duy nhất là để đọc được tài liệu này, tôi bắt đầu triển khai một số ý tưởng mà Grothendieck phác thảo trong đó…”

18 năm sau khi bắt đầu học tiếng Pháp, Voevodsky được huy chương Fields.

Tổng Ramanujan

Có một công thức thường được gắn với tên Ramanujan:

1+2+3+4+\cdots = - \displaystyle{\frac1{12}}

Về mặt toán học công thức này có vẻ không thể nào đúng, nhưng trong vật lý công thức này rất nổi tiếng. Nó liên quan đến lực Casimir và xuất hiện nhiều trong lý thuyết dây. Bình thường công thức này có thể giải thích được qua hàm zeta Riemann: \zeta(-1)=-\frac1{12}. Tuy nhiên ta có thể “chứng minh” nó chỉ dùng toán sơ cấp. Các bạn có thể xem video

Bài tập:

1+1+1+1+\cdots = ?

1 \times 2 \times 3\times 4\times \cdots = ?

Kerson Huang: Chen Ning Yang and I Ching

When I was a postdoctoral fellow in physics at the Institute for Advanced Study in Princeton, I worked with Chen Ning Yang on a problem of statistical mechanics. Every morning we would have heated arguments in his office, but rarely, if ever, did we speak about anything other than physics, so concentrated was our interest.

Earlier, Yang had collaborated with Tsung Dao Lee of Columbia University in an attempt to resolve an outstanding puzzle of the time concerning the so-called “weak interactions.” In a series of now-classic papers, they had made the bold proposal that nature is not left-right symmetric. Specifically, they suggested that left-right symmetry is violated because the neutrino, a spinning subatomic particle important for the weak interactions (which also happens to be indispensable in the nuclear process that causes the sun to shine), always “spins to the left,” like an advancing left-handed screw.

The proposal led to very specific experimental predictions, and Chien Shiung Wu, an experimental physicist at Columbia, set out to test it with a team at the National Bureau of Standards. After six months of hard work, she and her co-workers verified that left-right symmetry was indeed violated. The news sent shock waves through the physics community, and Lee and Yang were awarded the Nobel Prize in Physics the following year.

I remember the morning when Yang learned of the news of the downfall of parity. He was excited about the new outlook on physics the discovery brought. Then he said suddenly, “Let’s ask the I Ching.” We threw the coins in his office and got the hexagram 53 PROGRESS:

Favorable for a maiden’s marriage.
Auspicious omen.

The body of the hexagram emphasizes that progress comes only gradually.

I think Yang was a little disappointed, but the I Ching has proven to be prophetic. By knocking down a sacred cow, Lee and Yang had led physics across a threshold, beyond which an immense vista opened up. A long fuse was lit, which has been sputtering for thirty years, illuminating vast domains in particle physics and leading to furious attempts to probe matter at a deeper level, even to plumb dimensions beyond space-time. But why the neurino should be a “left-handed screw” still remains a deep mystery, and perhaps holds the key to further progress.

Strangely enough, the I Ching had never come up in our conversations until that morning. Yet, by the mere fact that we shared a certain Chinese cultural background, it was taken for granted that we both knew about the I Ching. Neither of us believed that the I Ching could predict the future, in the sense that physics predicts the future in certain systems, but there was the unspoken understanding that to consult it was to solemnize the moment.

From chapter 6, “I Ching and Physics” of the book I Ching by Kerson Huang and Rosemary Huang (Workman Publishing, New York, 1987).

Vận tốc âm thanh và vận tốc thoát ly

Để vượt ra ngoài trường hấp dẫn của của trái đất cần vận tốc 11 km/s (vận tốc thoát ly, còn gọi là “tốc độ vũ trụ cấp 2”). Vận tốc này lớn hơn nhiều vận tốc âm thanh trong không khí, 330 m/s.

Liệu trong vũ trụ có hành tinh nào mà ở đó tốc độ âm thanh (trong khí quyển của nó) lớn hơn vận tốc thoát ly ra khỏi hành tinh đó?