Richard Feynman và vật lý học hiện đại - Bài 1.Richard Feymann và cuộc cách mạng trong vật lý học .

Richard Feynman và vật lý học hiện đại .


Bài 1 .

Richard Feymann và cuộc cách mạng trong vật lý học .

Richard Feynman là một nhân vật đầy màu sắc theo bất kỳ tiêu chuẩn nào được đưa ra . Thật phi thường khi ông vừa là một người truyền đạt đặc biệt, vừa là một trong những nhà vật lý có ảnh hưởng nhất của mọi thời đại. Ông không chỉ là một trong rất ít người có thể dẫn đến một cuộc cách mạng trong vật lý mà còn là nhân vật để lại cho chúng ta sự chia sẻ niềm vui trong việc tìm kiếm những khám phá và sáng tạo .



Feynman đã rất may mắn. Ông là một nhà cách mạng, người đạt được đỉnh cao phong độ của mình đúng ngay khi xuất hiện một cuộc cách mạng trong vật lý đang đòi hỏi hết sức cấp thiết  .

Các nhà vật lý, thế kỷ 20 đã bắt đầu với một cuộc cách mạng tư tưởng năm 1900, khi Max Planck giới thiệu "lượng tử" như một đại lượng tối thiểu , mặc dù vẫn hữu hạn , của năng lượng mà một hệ dao động có thể trao đổi với môi trường xung quanh.



Những "dợn sóng" này trong việc chuyển dịch năng lượng là một bước đột phá lớn đối với các chuyển dịch đại lượng liên tục đã rất quen thuộc với vật lý cổ điển trước kia . Tuy nhiên, đó mới chỉ là bước khởi đầu.

Quy mô thực sự của cuộc cách mạng lượng tử đã không trở nên rõ ràng cho đến những năm 1920, khi một nhóm các nhà vật lý châu Âu, trong đó có Max Born, Werner Heisenberg, Erwin Schrodinger và Paul Dirac, chỉ ra sự tham gia của lượng tử , có nghĩa là một hình thái mới của cơ học ra đời - cơ học lượng tử - với những quy luật đã thực sự mang tính cách mạng .


Cơ học cổ điển Newton dự đoán chính xác sự di chuyển của các đối tượng vĩ mô , bao gồm cả các hành tinh và mặt trăng nhưng đã thất bại trong việc giải thích cơ chế hoạt động của các nguyên tử.

Cơ học lượng tử mới có thể miêu tả thành công hành vi ở cấp độ nguyên tử ( nhỏ hơn một phần tỷ mét)  chỉ với cái giá bằng việc xóa đi những nguyên tắc ấp ủ từ lâu, chẳng hạn như ý tưởng cho rằng tất cả các hạt của vật chất đều có một vị trí nhất định và một vận tốc nhất định tại mọi thời điểm . Ngành cơ học mới này là một "trò chơi chao đảo"  khi mà trong đó sự chắc chắn đã rất gần với kết quả đạt được tại thời điểm quan sát nhưng, thậm chí sau đó, lại bị hạn chế một cách nghiêm ngặt.



Feynman là người luôn có một mong muốn sâu sắc tìm kiếm con đường riêng của mình trong sự hiểu biết, đã phát triển một cách tiếp cận hoàn toàn mới trong cơ học lượng tử. Để tránh những sự phức tạp về toán học của cơ học ma trận Heisenberg, và sự hấp dẫn trực quan của cơ học sóng Schrodinger, Feynman dựa trên cách nghiên cứu của mình về sự tổng hợp tất cả đóng góp các đường đi khả dĩ mà một hạt không có vị trí nhất định đã được dùng giữa các lần quan sát.



Ba mươi năm sau, cách tiếp cận của Feynman đã chứng minh là điều đó cực kỳ quan trọng đối với "cách mạng chuẩn " , nó bao trùm suốt một thế kỷ của cuộc cách mạng vật lý bằng cách cung cấp cho chúng ta  lý thuyết lượng tử của các lực cơ bản hoạt động ở quy mô dưới một phần nghìn tỷ mét.



Tuy nhiên, trước đó, một cuộc cách mạng khác đã diễn ra,  có liên quan trực tiếp với Feynman, và dẫn đến việc ông đoạt giải Nobel - đó là công trình xây dựng lý thuyết đo đầu tiên , điện động lực học lượng tử ( viết tắt QED : Quantum Electro Dynamics ) - lý thuyết lượng tử của lực điện từ giải thích sự ràng buộc của điện tử lên một nguyên tử, và nhiều hạt khác nữa .



Sự cần thiết của QED là hiển nhiên đối với các nhà vật lý. Ngành khoa học này đã từng được thảo luận từ những năm 1920 nhưng đó đã là một thử thách khó khăn mà những tiến bộ đạt được rất ít kể từ năm 1930. Nó đòi hỏi các nhà vật lý lượng tử phải vượt qua cơ học lượng tử để đến với lý thuyết trường lượng tử, cũng giống như vật lý cổ điển đã được mở rộng từ cơ học cổ điển Newton đến lý thuyết trường điện từ cổ điển của Faraday và Maxwell.



Mặc dù gặp không ít khó khăn, những tiến bộ vẫn được thực hiện, ngay cả trong Thế chiến II, đặc biệt như Sin-Itiro Tomonaga, tuy đã làm việc trong sự cô lập nhưng rất hiệu quả tại Nhật Bản. Sau chiến tranh, vấn đề xây dựng một lý thuyết lượng tử khả dĩ cho điện từ đã sẵn sàng mở rộng.

Trí tuệ sắc sảo của Julian Schwinger đã có một khởi đầu ấn tượng với cách tiếp cận rõ ràng nhưng rất chuẩn xác , sớm cho phép ông thực hiện những hiện tượng vật lý bất thường , được đo gần đây bằng sự tương tác của một electron và từ trường.

Feynman gần như đồng thời , với tài năng của mình cho việc tìm kiếm các bước đi tắt và cách tiếp cận bất ngờ, đã giới thiệu lược đồ Feymann mà nhờ đó công lao ông sẽ luôn luôn được ghi nhớ - đó là những viết tắt toán học có giá trị to lớn mà lại tránh được việc sử dụng các công thức phức tạp.

A Feynman diagram showing the radiation of a gluon when an electron and positron are annihilated.

Đột nhiên, những tính toán trước đây đã đòi hỏi phải lao động đến hàng tháng trời để thu được kết quả nay lại có thể được thực hiện trong ngày hoặc thậm chí vài giờ. Một lĩnh vực hoàn toàn mới đã được đã được mở ra để thăm dò và thám hiểm . Ngay cả những vấn đề của vô hạn - xu hướng của tất cả, nhưng các tính toán QED đơn giản nhất dẫn đến những đại lượng vô hạn mang tính vật lý vô nghĩa trước đây - đã sớm được giải quyết.

Bộ mặt của vật lý đã được cách mạng hóa, và Richard Feynman là trung tâm của hoạt động cách mạng này .

Trần hồng Cơ 
 trích dịch - tham khảo 

Theo : Revolutionising physics
By: Dr Robert Lambourne (Department of Physical Sciences, The Open University)


Discover how Richard Feynman was right at the heart of revolutionising physics 
Dr Robert Lambourne (Department of Physical Sciences, The Open University)
Published on: Thursday 11th April 2013Introductory LevelPosted under: Science, Maths & Technology, Science, Across the Sciences, Physics and Astronomy, Physics



Nguồn :  http://www.open.edu/openlearn/science-maths-technology/science/physics-and-astronomy/revolutionising-physics


 -------------------------------------------------------------------------------------------
 Toán học thuần túy, theo cách của riêng nó, là thi ca của tư duy logic. 
 Pure mathematics is, in its way, the poetry of logical ideas. 

 Albert Einstein .