Category Archives: Science

Có bõ công không? 2. Vật lý của đi bộ

Bạn hmtn2 viết:

thưa giáo sư, hôm nay trên đường đi bộ đi học, cháu nhìn thấy 1 quả táo rơi trên đường. Đi qua quả táo chừng 5m thì cháu chợt tự hỏi : Có nên quay đầu lại để cúi xuống nhặt quả táo hay không ? Theo giáo sư & các bạn thì có bõ công không ạ ? 😀

Nếu mới đi được 5 m thì tôi đoán là bõ công. Nhưng nếu đã đi được 500 m hay 5 km thì tôi không biết là có bõ công không. Ta thử bàn xem thế nào.

Sự đi của con người có vẻ là rất phức tạp, nhưng ở mức những nét lớn thì tương đối đơn giản. Bạn nào đã từng làm thử phim hoạt hình một người đang đi có thể biết những nét này:

  1. Phần lớn thời gian trong lúc đi, người ta chạm vào mặt đất bằng một chân;
  2. Cái chân chạm đất có thể coi là một đường thẳng;
  3. Trong lúc đi, cái đường thẳng này quay xung quanh đầu nó chạm vào mặt đất (tức là bàn chân), cho đến khi chân kia chạm xuống đất.

Với những nhận xét này, các bạn có thể đánh giá tiêu tốn năng lượng của một người khi đi bộ không?

Thư của Kapitsa về khoa học (1)

Pyotr Kapitsa (1894-1984) là một nhà vật lý rất nổi tiếng của Nga. Ông làm việc dưới sự hướng dẫn của Rutherford ở Cambridge, Anh, trong nhiều năm. Năm 1933 ông trở thành giám đốc đầu tiên của phòng thí nghiệm Mond. Năm 1934 ông bị giữ lại Nga trong một chuyến đi về Nga. Nhà nước Nga Xôviết mua lại toàn bộ thiết bị của phòng thí nghiệm của ông ở Anh và xây cho ông một Viện nghiên cứu mới, Viện các vấn đề vật lý, ở đó ông là giám đốc đầu tiên. Năm 1937 ông phát hiện ra tính siêu chảy của hêli lỏng, công trình sẽ được giải thưởng Nobel năm 1978. Trong những năm 1937-1938 đen tối ông là người cứu Fok và Landau ra khỏi tù. Trong chiến tranh thế giới thứ 2 ông phát hiện ra và đưa vào sản xuất một loại máy mới để chế tạo ôxy lỏng, và được trao danh hiệu Anh hùng lao động Liên Xô năm 1945. Do mâu thuẫn với Beria ông bị mất tất cả các chức vụ năm 1946. Ông được phục hồi chức giám đốc Viện các vấn đề Vật lý năm 1955. Ông là người đầu tiên đưa ra ý tưởng về một tạp chí về khoa học cho thế hệ trẻ, sau này thành tạp chí Kvant.

Rất nhiều thư của ông đã được công bố. Nhiều bức thư liên quan đến khoa học, giáo dục rất đáng đọc và vẫn còn giữ tính thời sự. Tôi sẽ dịch một số bức thư của ông và đăng trên blog này.

Trích thư Kapitsa gửi vợ, A.A.Kapitsa

13 tháng 12 năm 1935, Moskva

Hôm qua anh đánh cờ với Aleksei Nikolaevich Bakh [1]. Cụ rất dễ mến, nhưng anh không đồng ý với cụ ở một điểm… Anh nói với cụ là tình trạng khoa học ở nước ta đang rất xấu, thì cụ bảo: “Đúng thế, nhưng làm gì được, bây giờ có nhiều thứ quan trọng hơn là khoa học…” Đây là một ví dụ điển hình của một nhà khoa học tự nguyện đẩy mình xuống hạng ưu tiên thứ nhì, thậm chí thứ ba. Anh cho rằng phải coi khoa học là một việc hết sức quan trọng và lớn lao, và cái inferiority complex này [tiếng Anh trong nguyên bản – mặc cảm tự ti, tự cho mình là không quan trọng] đang giết chết nền khoa học ở nước ta. Các nhà khoa học phải cố gắng chiếm vị trí hàng đầu trong việc phát triển văn hóa nước nhà và không lẩm bẩm “ở nước ta có những thứ quan trọng hơn”. Đánh giá cái gì là quan trọng nhất, và cần phải chú ý đến khoa học kỹ thuật đến mức nào là công việc của các nhà lãnh đạo. Còn công việc của các nhà khoa học là tự tìm chỗ đứng của mình trong đất nước và trong chế độ mới, và không đợi người khác chỉ cho mình phải làm gì. Cái thái độ như vậy rất khó hiểu và xa lạ đối với anh…

Khi anh nói chuyện với nhiều nhà khoa học, anh rất ngạc nhiên khi họ tuyên bố “Cậu được nhiều như thế thì cậu làm gì chả dễ dàng…” Và cứ như thế. Họ cứ làm như là khi mới bắt đầu sự nghiệp, những cơ hội ban đầu của anh và của họ không giống nhau. Họ cứ làm như là những gì anh có là rơi từ trên trời xuống, không phải là do anh đã bỏ ra bao nhiêu công sức, bao nhiêu nơron thần kinh mới đạt được. Về khía cạnh này con người thật hèn hạ, họ cho rằng cuộc đời không công bằng, rằng xung quanh ai cũng có lỗi trừ họ. Nhưng đấu tranh làm gì, nếu không phải chính là để ta lợi dụng hoàn cảnh sẵn có quanh ta cho việc phát triển tài năng của mình và tạo điều kiện làm việc cho mình?

Nếu chấp nhận quan điểm của Bakh & Co. thì không đi xa được…

[1] A.N. Bakh (1857-1946) là một nhà hóa sinh lớn của Nga, bạn thân của Kapitsa.

(nguyên bản xem ở http://lib.rus.ec/b/214793/read#t25)

Bài nói chuyện ở trường Hà Nội – Amsterdam

Hôm nay (28/12/2011) tôi có một buổi nói chuyện cho học sinh trường phổ thông trung học Hà Nội – Amsterdam. Đầu đề của bài nói chuyện là “Các hằng số vật lý”. Bản pdf của bài nói chuyện ở đây.

Nhanh hơn ánh sáng?

OPERA experiment

Thí nghiệm OPERA

Vừa rồi phòng thí nghiệm OPERA ở Ý (ảnh trên) tuyên bố rằng theo các phép đo của họ thì hạt neutrino chuyển động với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng (gần bằng (1+2.5\times 10^{-5})c trong đó c là tốc độ ánh sáng). Xem tin ở Science Now hoặc Nature News. Thực ra nhiều người, trong đó có tôi, đã biết tin này vài ngày trước rồi (tôi đã nói đến tin này ở một comment trước đây). Đó là do các nhà vật lý ở nhóm OPERA đã sử dụng ngay tính chất mới tìm ra của neutrino để gửi tín hiệu về quá khứ. Họ làm như sau:

1. Trước đây ít lâu, họ đã phóng một tàu vũ trụ đi ra khỏi trái đất. Tàu này chuyển động với một vận tốc rất cao, gần bằng vận tốc ánh sáng, nhưng chưa vượt tốc độ ánh sáng. Trên tàu họ có đặt một máy phát neutrino.

2. Khi có kết quả thí nghiệm, các nhà vật lý ở OPERA dùng neutrino gửi một tin nhắn về nội dung kết quả của họ tới tàu vũ trụ.

3. Tổ bay trên tàu vũ trụ này nhận được tin từ trái đất và lập tức dùng máy phát tia neutrino trong tàu gửi tin ngược lại về trái đất.

4.  Chúng tôi đã nhận được tin từ tàu vũ trụ trước khi có kết quả thí nghiệm.

Nói nghiêm túc hơn: phần lớn các nhà vật lý chưa tin vào kết quả của thí nghiệm OPERA vì theo thuyết tương đối, nếu có một hạt có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng thì ta có thể dùng nó gửi tin nhắn vào quá khứ, vi phạm tính nhân quả của thế giới. Phương pháp gửi tín hiệu về quá khứ thì giống như tôi mô tả ở trên. Nếu bản thân bạn có thể chuyển động nhanh hơn vận tốc ánh sáng thì bạn có thể tự về quá khứ.

Doraemon's time machine

Tạm thời tôi viết thế thôi đã. Các bạn có thể đọc thêm ở đây về các nghịch lý sẽ nảy sinh ra nếu có vật chuyển động nhanh hơn vận tốc ánh sáng trong chân không: http://www.phys.vt.edu/~takeuchi/relativity/notes/section10.html

Các bạn đã học thuyết tương đối có thể làm bài tập sau: tìm tốc độ tối thiểu của tàu vũ trụ để dùng phương pháp mô tả ở trên ta có thể liên hệ được với quá khứ.

Pinesian materials

Có một nhà vật lý Xô-viết tên là Boris Yakovlevich Pines (tiếng Nga họ ông ta Пинес đọc là pi-nes; có một nhà vật lý Mỹ tên là Pines [paɪns] không liên quan đến ông người Nga).  Ông Pines (Nga) có viết một số cuốn sách khá nổi tiếng ở Liên Xô trong những năm 1960 về ứng dụng của tia X.  Có một điều ít người biết là ông này đã tiên đoán có những vật liệu nở ra theo chiều rộng khi ta kéo nó dài ra. Bình thường, một khối chất (ví dụ như cao su) co lại theo chiều ngang nếu ta kéo nó giãn ra theo chiều dài. Nói theo ngôn ngữ vật lý thì ông Pines tiên đoán là tồn tại những chất với tỉ số Poisson âm, trong khi phần lớn các chất ta biết có tỉ số Poisson dương.

Tiếc rằng công trình của ông ta không được công bố, và khi các chất này bắt đầu được nghiên cứu nhiều (từ cuối những năm 80), thì người ta đặt tên cho chúng là auxetics. Nếu công trình của Pines được biết rộng hơn thì có khi bây giờ các chất này đã được gọi là Pinesian.

Các bạn có thể xem video sau đây về cấu tạo phân tử của các chất auxetic:

Tại sao công trình của Pines không được công bố? Có một câu chuyện như sau (theo Mark Perakh). Khi B.Ya.Pines đưa bản thảo cho Lev Landau, thì Landau xem qua và nói: “Pines, nếu đổi chỗ hai nguyên âm trong họ của anh thì sẽ được vật duy nhất mà nở theo chiều rộng khi dãn ra theo chiều dài”. Pines nghe thế thì cũng không gửi bản thảo đăng báo nữa. Có lẽ nếu Pines mang một họ khác thì câu chuyện đã không như vậy.