Kvant 2019, số 8 · Trang

4

KVANT 2019/№8

những người thử nghiệm sẽ xác nhận điều đó. Một số dự đoán đã được đưa ra vào thời điểm đó (đầu thế kỷ), nhưng đôi khi lại dẫn đến những hậu quả không thể chấp nhận được. Ví dụ, người ta dự đoán rằng ở bất kỳ nhiệt độ nào, một vật đen hoàn toàn sẽ tỏa ra một lượng năng lượng vô hạn. Dự đoán này thậm chí còn nhận được một cái tên đặc biệt - thảm họa tia cực tím. Thực tế là, theo lý thuyết của những năm đó, năng lượng phát ra tăng theo tần số ánh sáng. Tôi hiểu rằng ngay cả bây giờ nhiều người có thể vẫn bối rối: “Đó là một điều khủng khiếp! Họ không thể giải thích lỗ hổng phát ra năng lượng như thế nào. Khoa học đã mang lại bao nhiêu lợi ích, những cơ hội nào đang ở phía trước, nhưng chúng lại khiến chúng ta sợ hãi với một thảm họa tia cực tím, như thể nó có thể gây hại cho ai đó.” Tôi nghĩ rằng nhiều người, không chỉ những người không hiểu rõ về vật lý, đã lý luận theo cách này hoặc cách tương tự vào đầu thế kỷ 20. Và những dòng của Anna Akhmatova trong “Bài thơ không có anh hùng” ám ảnh tôi:

Đó không phải là thế kỷ dương lịch đang đến gần – Thế kỷ 20 thực sự.

Rốt cuộc, chính vào năm 1900, Max Planck đã nhận ra rằng chỉ có thể dung hòa các quan sát về bức xạ của vật đen với lý thuyết nếu chúng ta giả sử rằng các nguyên tử của vật rắn không tuân theo các định luật cơ học Newton, cùng một cơ học đã giải thích rất nhiều, đã mang lại và chắc chắn sẽ mang lại vô số lợi ích. Theo Planck (mâu thuẫn rõ ràng với cơ học cổ điển), năng lượng của một nguyên tử dao động chỉ có thể nhận các giá trị nguyên - lượng tử năng lượng. Một sự kiện tưởng chừng như nằm ở ngoại vi của khoa học thời đó, khoảng một phần tư thế kỷ sau, cộng đồng khoa học sẽ gọi đây là một cuộc đảo chính mang tính cách mạng. Nó đánh dấu sự ra đời của một nền vật lý lượng tử mới. Nhiều nhà vật lý trẻ năng động thời bấy giờ đã nhiệt tình cống hiến tài năng của mình cho ngành khoa học mới. Điều gì đã thúc đẩy họ? Chúng ta đừng đoán. Hãy để tôi trích dẫn bài viết của Albert Einstein “Động cơ của khoa học

nghiên cứu” dành riêng cho Max Planck: “Đền Khoa học là một công trình kiến ​​trúc phức tạp. Những người cư trú trong đó và các thế lực tâm linh đã đưa họ đến đó là khác nhau. Một số theo đuổi khoa học với cảm giác kiêu hãnh về trí tuệ vượt trội; Đối với họ, khoa học là môn thể thao phù hợp mang lại cho họ cuộc sống trọn vẹn và thỏa mãn được hoài bão. Bạn cũng có thể tìm thấy những người khác trong ngôi đền: họ hy sinh thành quả suy nghĩ của mình ở đây chỉ vì mục đích vị lợi. Nếu một thiên thần được Chúa gửi đến ngôi đền và trục xuất khỏi đó những người thuộc hai loại này, thì ngôi đền sẽ trống rỗng một cách thảm khốc. Tuy nhiên, một số người của cả quá khứ và thời đại chúng ta vẫn sẽ ở lại đó. Planck của chúng tôi là một trong những người này và đó là lý do tại sao chúng tôi yêu mến anh ấy.” Tôi sẽ tiếp tục trích dẫn. Tôi gặp khó khăn khi buộc mình phải làm tiền giấy. Tôi thực sự khuyên bạn nên đọc toàn bộ bài viết. “…Nhưng chúng ta hãy hướng sự chú ý của mình một lần nữa đến những người đã nhận được lòng thương xót của thiên thần… Điều gì đã đưa họ đến đền thờ?” Einstein tin rằng một vai trò quan trọng đối với họ là do “mong muốn thoát khỏi cuộc sống hàng ngày với sự tàn khốc đau đớn và sự trống rỗng không thể nguôi ngoai của nó, thoát khỏi sự ràng buộc của những ý tưởng bất chợt luôn thay đổi của chính mình”. Chúng ta đừng tranh cãi với một thiên tài: chắc chắn anh ấy sẽ chia sẻ những suy nghĩ và cảm xúc sâu kín nhất của mình. “Nhưng bên cạnh lý do tiêu cực này,” Einstein viết vài dòng sau đó, “một lý do tích cực được thêm vào. Một người cố gắng theo một cách thích hợp nào đó để tạo ra một bức tranh đơn giản và rõ ràng về thế giới bên trong mình…” Không chỉ các nhà khoa học mà cả các nghệ sĩ, nhà thơ, nhạc sĩ và triết gia cũng tham gia vào việc tạo ra một bức tranh về thế giới. Bằng việc sử dụng ngôn ngữ toán học, bức tranh này đáp ứng được yêu cầu cao nhất về tính chặt chẽ và chính xác trong việc thể hiện mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau. Nhưng mặt khác, nhà vật lý buộc phải hạn chế chủ đề của mình một cách mạnh mẽ hơn, hài lòng với việc mô tả những … hiện tượng đơn giản nhất…” Sự hạn chế buộc anh ta phải

5

BẤT NGỜ, HIỂU, khâm phục

thêm nghi ngờ: “Độ chính xác, rõ ràng và tự tin cao nhất - phải trả giá bằng sự hoàn chỉnh… Liệu kết quả của một hoạt động khiêm tốn như vậy có xứng đáng với cái tên đáng tự hào là “bức tranh thế giới” không?” Đáp số Einstein khá chắc chắn: “Tôi nghĩ là có, bởi vì các quy định chung làm cơ sở cho việc xây dựng tinh thần của vật lý lý thuyết khẳng định là có giá trị đối với tất cả các sự kiện xảy ra trong tự nhiên. Bằng cách suy luận thuần túy logic, người ta có thể rút ra một bức tranh từ chúng, tức là lý thuyết về mọi hiện tượng tự nhiên, bao gồm cả sự sống.” Tiếp theo là lời cảnh báo: “trừ khi quá trình suy luận này vượt xa khả năng sáng tạo của tư duy con người”. Một vị trí quan trọng trong bài viết của Einstein là câu hỏi về vai trò của trực giác trong việc tạo ra một bức tranh đầy đủ về thế giới. Tôi sẽ chỉ trích dẫn một cụm từ mà tôi cho là rất quan trọng để hiểu bản chất của kiến ​​thức: “Không phải con đường logic dẫn đến những quy luật này mà chỉ là trực giác dựa trên cái nhìn sâu sắc về bản chất của kinh nghiệm”. Như sự phát triển của khoa học cho thấy, giới hạn tư duy của con người đang ngày càng mở rộng một cách đáng kinh ngạc. Tuy nhiên, chúng ta không thể trả lời một cách rõ ràng liệu một lý thuyết về mọi hiện tượng tự nhiên, bao gồm cả sự sống, có được xây dựng hay không. Đối với tôi, dường như quá trình nhận thức sẽ kéo dài chừng nào nền văn minh nhân loại còn tiếp tục tồn tại. Thật không may, không khó để tưởng tượng ra kết quả bi thảm của sự tiến bộ mà chúng ta rất tôn kính. Chúng ta hãy trình bày những gì đã được nói theo phong cách cao sang một cách tầm thường hơn nhiều. Từ một số lượng lớn sự thật mà đến cuối thế kỷ 19 vẫn chưa hiểu rõ, Max Planck đã chọn một - bức xạ vật đen. Ông cố gắng tìm lời giải thích trong khuôn khổ vật lý cổ điển, nhưng thất bại và đi đến kết luận: không phải lúc nào cũng có thể sử dụng các định luật vật lý cổ điển. Vật lý học của Newton và Faraday–Maxwell nhận được danh hiệu “cổ điển” sau khi vật lý lượng tử mới ra đời và phát triển. Vào đầu thế kỷ 19 và 20, tất cả đều

vật lý học, mà tôi nhắc lại, đã tự chứng minh một cách hoàn hảo. Không còn nghi ngờ gì nữa, tất cả đều bắt đầu với sự ngạc nhiên: tại sao không thể mô tả bức xạ vật đen bằng thuật ngữ cổ điển? Tôi kêu gọi sự ngưỡng mộ trước cách thể hiện ý tưởng “nổi loạn” của Planck. Ernest Rutherford phát hiện ra rằng gần như toàn bộ khối lượng của một nguyên tử tập trung ở hạt nhân của nó, và ý tưởng về nguyên tử như một hệ hành tinh đã nảy sinh: hạt nhân là mặt trời, các electron là các hành tinh. Niels Bohr nhận ra rằng nếu không liên quan đến ý tưởng lượng tử của Planck thì không thể giải thích được tính ổn định của nguyên tử. Lý thuyết về nguyên tử hydro của Bohr mang tính chiết trung: các điều kiện lượng tử được thêm vào một cách tùy tiện vào các định luật chuyển động nổi tiếng của cơ học Newton, và công thức cho phổ hydro đã mô tả chính xác các thực tế thực nghiệm. Những người chiến thắng không được đánh giá, nhưng kết quả đạt được phải trả giá như thế nào! Về bản chất, logic chặt chẽ của mọi vật lý đã bị phá hủy. Đương nhiên, việc tìm kiếm lối thoát cho tình trạng này bắt đầu. Giờ đây, khóa học về cơ học lượng tử đã được đưa vào bộ môn tiêu chuẩn được nghiên cứu bởi phần lớn thanh niên được giáo dục về khoa học tự nhiên và kỹ thuật cao hơn, rất khó để tưởng tượng không chỉ căng thẳng về trí tuệ mà còn cả cảm xúc để tạo ra nền tảng của một nền vật lý mới. Một trong những cuốn sách của Daniil Danin mô tả một tình tiết như vậy. Werner Heisenberg, khi đó là một nhà khoa học trẻ, đã thảo luận với Niels Bohr về những khó khăn logic của nền vật lý mới. Cuộc thảo luận đã diễn ra trong một thời gian dài. Dường như cả hai đều không có lối thoát. Bohr đi đến kết luận rằng cuộc thảo luận nên dừng lại một thời gian, và không báo trước cho người đồng nghiệp trẻ của mình, ông rời đi, đi nghỉ cho riêng mình. Khi Heisenberg biết được thầy đã bỏ rơi mình, ông đã bật khóc (!). Kết quả của tình tiết này thật đáng chú ý: Bohr trở về sau kỳ nghỉ với nguyên tắc bổ sung, và Heisenberg, khi Bohr vắng mặt, đã suy ra hệ thức bất định.

6

KVANT 2019/№8

Những kết quả này hoàn toàn cần thiết cho logic của cơ học lượng tử. Cơ học lượng tử chắc chắn phải được coi là một thành phần quan trọng của cái mà Einstein gọi là một bức tranh đơn giản và rõ ràng về thế giới. Tất nhiên, người ta không thể cho rằng tất cả các hiện tượng tự nhiên đều có thể giải thích được nhờ nó. Bạn có thể tập trung sự chú ý của mình vào những gì không được giải thích. Đây là những gì các chuyên gia làm. Nhưng không chỉ vậy. Nhiều người xa rời vật lý cảm thấy thế giới xung quanh họ đầy rẫy những điều bí ẩn và bí mật. Và họ đã đúng. Thật vậy, ở hầu hết mọi bước, người ta đều có thể gặp phải một hiện tượng hoặc sự kiện mà chúng ta chưa biết hoặc chưa biết lời giải thích - ngay cả với những người trong nghề của họ cũng có thể biết lời giải thích nếu có. Những người nhìn khoa học thế giới như thể từ bên ngoài thường rút ra kết luận sai lầm từ những quan sát như vậy về sự bất lực cơ bản của khoa học. Thái cực còn lại là cường điệu hóa khả năng của khoa học. Có những người tin rằng khoa học có thể làm được mọi thứ. Đương nhiên, quan điểm khoa học này cũng sai lầm. Tôi sẽ đề cập đến phát biểu của một trong những người sáng tạo ra vật lý mới, Erwin Schrödinger: “Khoa học không thể cho chúng ta biết một lời về lý do tại sao âm nhạc khiến chúng ta hạnh phúc, tại sao và bằng cách nào một bài hát cũ có thể khiến chúng ta khóc. Về nguyên tắc, chúng tôi tin rằng khoa học có thể mô tả… Nhưng khoa học không biết gì về cảm giác vui sướng và hối tiếc đi kèm với quá trình [học tập], nên họ im lặng về chúng.” Những từ quan trọng trong câu trích dẫn này là: “Về nguyên tắc, khoa học có thể mô tả được”. Khoa học luôn mô tả. Sẽ đúng hơn nếu làm rõ: “về nguyên tắc, khoa học tự nhiên có thể mô tả”. Nhưng chúng ta đừng tập trung vào những quan điểm cực đoan. Ba từ trong tiêu đề bài viết có thể được đặt theo nhiều cách khác nhau. Điều này có thể thay đổi ý nghĩa một chút. Hãy để nó, ví dụ: ngạc nhiên - ngưỡng mộ - hiểu biết. Ngạc nhiên và vui mừng trước những gì mình nhìn thấy, nhà khoa học hiểu được bản chất của hiện tượng này và theo Einstein, biến điều kỳ diệu thành chuyện tầm thường.

Thứ tự từ được áp dụng trong tiêu đề: ngạc nhiên - hiểu biết - ngưỡng mộ có nghĩa là một cái gì đó khác. Cụ thể: Tôi ngạc nhiên trước việc không thể giải thích hiện tượng quan sát được đã buộc nhà khoa học phải vượt ra ngoài ranh giới của lý thuyết được chấp nhận. i Việc tạo ra một lý thuyết mới theo sau. Một sự hiểu biết xuất hiện bao hàm nhiều sự kiện và hiện tượng. i Bức tranh mới về thế giới gợi lên sự ngưỡng mộ thực sự. Sự ngưỡng mộ cũng dành cho các nhà khoa học, những người thực sự mở rộng lĩnh vực kiến ​​thức mỗi ngày. Chia sẻ sự ngưỡng mộ là rất khó khăn. Cả dấu chấm than, ooh, aah đều không giúp ích được gì. Tôi sẽ cho bạn biết điều gì làm tôi thích thú. Gần đây tôi đã viết một bài báo có tựa đề “Mọi thứ được làm từ gì” (nó được đăng trên ba số của tạp chí “Khoa học và Cuộc sống”: số 10,11,12 năm 2003). Bài báo mô tả cách các nguyên tử, phân tử, chất rắn được tạo ra từ các hạt thuộc ba loại - electron, proton, neutron, tức là mọi thứ tạo nên thế giới xung quanh chúng ta, bao gồm cả chính chúng ta. Bài viết kết thúc bằng những từ sau: “Sự ngưỡng mộ và giải thích không hòa hợp với nhau. Bằng cách giải thích cách bạn có thể loại bỏ sự ngưỡng mộ. Tôi thực sự muốn điều đó, khi hiểu một cách khái quát các nguyên tắc cấu trúc của mọi thứ trên thế giới, bạn không mất khả năng ngưỡng mộ thực tế là để tạo ra tất cả sự đa dạng tuyệt vời này, chỉ cần ba loại hạt là đủ - electron, proton và neutron. “Hãy nghĩ xem,” người hoài nghi sẽ nói, “với sự trợ giúp của hai ký hiệu (không và một), bạn có thể mã hóa bất kỳ văn bản nào: một hướng dẫn nhàm chán và một bài thơ hay.” Đúng rồi! Nhưng ai đó đã tạo ra văn bản, cũng như bất kỳ thiết bị nào. Khi ai đó tạo ra một cỗ máy độc đáo hoặc một bài thơ xuất sắc, người đó chắc chắn đáng được ngưỡng mộ. Nhưng thiên nhiên cũng gợi lên sự ngưỡng mộ, tự nhiên tạo ra vô số electron, proton và neutron.” Chúng ta hãy nói thêm rằng con đường tự nhiên lại đơn điệu một cách đáng ngạc nhiên. Không còn nghi ngờ gì nữa rằng “quy tắc lắp ráp” mà thiên nhiên sử dụng trên Trái đất và ở những nơi xa xôi nhưng có thể quan sát được

7

BẤT NGỜ, HIỂU, khâm phục

Vũ trụ, giống nhau. “Phần có thể quan sát được của Vũ trụ” nghe có vẻ rất trần tục. Nhưng nó chiếm một hình cầu có bán kính khoảng $10^{10}$ năm ánh sáng, tức là ánh sáng từ ranh giới vùng quan sát được của Vũ trụ di chuyển về phía người quan sát $10^{10}$ năm. Và phần có thể quan sát được của Vũ trụ chứa đầy hàng tỷ thiên hà - những cụm sao trị giá hàng tỷ đô la. Tôi xin gọi đây là quả cầu khổng lồ không thể tưởng tượng được là terra cognita - vùng đất được biết đến, trái ngược với terra incognita - vùng đất chưa được biết đến. Tất nhiên, đây là một sự cường điệu có chủ ý: thế giới đầy rẫy những bí mật. Nhưng cần nhấn mạnh hai trường hợp sau đây. 1) Một sự chia cắt kỳ lạ của thế giới. Thế giới được thiết kế theo cách mà bạn có thể khám phá và hiểu nó theo từng phần. Nếu không có điều này, thế giới sẽ hoàn toàn không thể biết được. 2) Dựa trên sự chia cắt hiện có một cách khách quan của thế giới, các ngành khoa học tự nhiên đã phát triển ý thức chuyên môn độc đáo của các nhà khoa học. Chuyên gia biết cái gì thuộc về “bộ phận” của mình và cái gì không. Lịch sử khoa học biết đến những “cuộc xâm lược” đáng kể. Đầu tiên là các nhà hóa học và sau đó là các nhà vật lý học về sinh học. Sự can thiệp của họ đã mang lại kết quả to lớn: nó giúp nâng cao sự hiểu biết về các vấn đề trong hoạt động và phát triển của các sinh vật sống - ngay đến cấp độ nguyên tử-phân tử. Người ta ít biết rằng chỉ có sự can thiệp vào vũ trụ học của các chuyên gia vật lý vi mô (trong vật lý hạt cơ bản) mới có thể đặt ra câu hỏi về sự phát triển của Vũ trụ và thu được đáp số đáng khích lệ, mang lại hy vọng tìm ra Vũ trụ phát triển như thế nào kể từ thời điểm Vụ nổ lớn cho đến ngày nay. Những nỗ lực xác định những thành tựu ấn tượng nhất của khoa học thường mang tính chất cụ thể - vô tuyến, điện, năng lượng nguyên tử… Tất cả những điều này thực sự đáng ngưỡng mộ. Nhưng điều làm tôi thích thú nhất về khoa học là phương pháp luận của nó. Mỗi khoa học đã phát triển các quy tắc nghiêm ngặt để xử lý đối tượng nghiên cứu. Những quy tắc này rất đa dạng -

chúng ta, nhưng chúng có những đặc điểm chung. Một trong những yêu cầu chính là tính khách quan. Khi nói đến một thí nghiệm hoặc việc rút ra một công thức, khoa học yêu cầu nghiêm ngặt tính lặp lại, khả năng xác minh độc lập. Đó là phương pháp khoa học gợi lên sự tôn trọng đặc biệt. Ngay cả giả khoa học, giả vờ là khoa học, cũng sử dụng thuật ngữ khoa học, cố gắng nhấn mạnh tính khách quan của nó và độ tin cậy của các phương pháp mà nó sử dụng. Chúng ta hãy quay trở lại vùng đất bao la rộng lớn mà tôi gọi là “vùng đất đã biết”. Giả sử chúng ta đã tạo một mô hình - thứ gì đó giống như một quả địa cầu với các “biểu tượng” được in trên đó, mô tả các vật thể của thế giới xung quanh chúng ta. Hãy để màu sắc của một vật thể phụ thuộc vào mức độ hiểu biết về bản chất của vật thể đó. Sau đó, “quả địa cầu” sẽ thay đổi màu sắc liên tục: các “biểu tượng” mới sẽ liên tục xuất hiện và những biểu tượng hiện có sẽ thay đổi màu sắc. Kiến thức khoa học về thế giới xung quanh chúng ta không ngừng được nâng cao và đào sâu. Một hiện tượng bí ẩn bất ngờ nhận được một mô tả chi tiết, những đặc điểm mới, chưa từng được biết đến của nó được phát hiện, nó được đưa vào ứng dụng khoa học và thường dẫn đến những khám phá mới. Khoa học là một trong những lĩnh vực hoạt động năng động nhất của con người. Đồng thời, khoa học có đặc điểm là lựa chọn nghiêm ngặt: nó không “tấn công” bất kỳ bí mật nào. Khoa học, như một quy luật, tự đặt ra bài toán rằng nó có thể giải quyết được. Có một logic nhất định trong sự phát triển của khoa học: những gì ngày hôm qua nằm ngoài khoa học do không thể tiếp cận được thì ngày nay lại nằm trong chương trình nghị sự. Việc không thể tiếp cận không phải lúc nào cũng là hậu quả của việc không chuẩn bị sẵn các công cụ tri thức khoa học. Thông thường, không thể tiếp cận có nghĩa là thế giới quan của các nhà khoa học chưa được chuẩn bị để đưa ra bài toán thích hợp. Một trong những đặc điểm quan trọng của các nhà khoa học vĩ đại là cảm giác về sự thay đổi của tình huống, sự thay đổi cho phép người ta chuyển từ ngu dốt sang hiểu biết. Vì vậy, khoa học là năng động. Trong hàng nghìn tạp chí khoa học thuộc nhiều danh mục khác nhau, hàng trăm nghìn nhà khoa học xuất bản các bài báo của họ, báo cáo dữ liệu mới và các lý thuyết mới.

8

KVANT 2019/№8

một số cân nhắc. Luồng thông tin là rất lớn, trên thực tế là vô biên. Các hình thức lưu trữ thông tin mới và tìm kiếm thông tin cần thiết đang xuất hiện và được cải tiến. Đoạn cuối được viết không phải để đi sâu vào khoa học máy tính mà để yêu cầu bạn chia sẻ với tôi sự ngưỡng mộ của tôi đối với những điều sau đây. Việc hiểu cấu trúc nguyên tử-phân tử của $тел^{1}$ vĩ mô đã dẫn đến thực tế là chính từ “hiểu biết” liên quan đến các hiện tượng và tính chất vĩ mô của các vật thể vĩ mô đã mang một ý nghĩa mới. Hiểu rốt cuộc có nghĩa là hiểu làm thế nào các nguyên tử, phân tử, điện tử, theo vị trí của chúng trong cơ thể (tức là cấu trúc của cơ thể, thành phần của nó) và chuyển động của chúng, “nhận ra” tính chất hoặc hiện tượng này hay đặc tính kia. Đương nhiên, không phải lúc nào việc mô tả các tính chất và hiện tượng vĩ mô cũng được đưa lên cấp độ vi mô. Nhưng, chắc chắn rằng, bất kỳ thực tế, bất kỳ quan sát nào - mọi thứ không phù hợp với lý thuyết nguyên tử-phân tử, mâu thuẫn với nó, sẽ được ghi nhận, nghiên cứu cẩn thận, đạt được danh tiếng, đánh giá và sẽ có ý nghĩa cơ bản. Theo như tôi biết, vẫn chưa có gì như thế này. Đôi khi có cảm giác rằng điều gì đó đã được phát hiện, điều gì đó đã được phát hiện không phù hợp với nền tảng Procrustean của vật lý lượng tử hiện đại. Nhưng một thời gian ngắn trôi qua, và “điều gì đó” tìm ra lời giải thích trong khuôn khổ các quy luật tự nhiên đã biết, hoặc hóa ra đó là một sai sót. Chính hoàn cảnh này đã cho tôi cơ sở để gọi vùng đất rộng lớn không thể tưởng tượng nổi là “vùng đất nổi tiếng”. Sau khi xây dựng cơ học lượng tử, vật lý nguyên tử phân tử đã trở thành một ngành khoa học hoàn chỉnh. Tính chất của ba loại hạt (electron, proton, neutron),

1 Thuật ngữ “vật thể vĩ mô” trong ngữ cảnh này có nghĩa là vật thể bao gồm một số lượng lớn các nguyên tử và phân tử. Tính chất vĩ mô, hiện tượng vĩ mô là tính chất, hiện tượng trong đó có sự tham gia của một số lượng lớn các hạt nguyên tử và hạ nguyên tử.

từ đó mọi thứ được xây dựng dường như đã được xác định đầy đủ. Ngày càng nhiều nhà khoa học có xu hướng nghĩ rằng việc giải thích (mô tả) ngay cả hiện tượng bí ẩn nhất (hiện tượng sự sống) sẽ không đòi hỏi phải khám phá ra các hạt (không chỉ electron, proton, neutron, mà cả nguyên tử và phân tử) của bất kỳ tính chất cụ thể nào chỉ tự biểu hiện khi các hạt tham gia vào hoạt động của một sinh vật sống. Tất nhiên, luận điểm cuối cùng là không thể chứng minh được. Nhưng lịch sử khoa học hơn 70 năm qua, với sự phát triển thực sự ngoạn mục của nó, không biết một sự thật nào có thể mâu thuẫn với tuyên bố này. Phải chăng điều này có nghĩa là vai trò của các nhà vật lý tương lai chỉ là làm rõ mô tả các hiện tượng xảy ra và nâng cao hiểu biết của chúng ta về các đặc tính của vật thể? Tất nhiên là không! Tôi chỉ muốn thu hút sự chú ý đến nơi trên “quả cầu” tưởng tượng của chúng ta là nguồn gốc của những sự thật mới có thể buộc chúng ta thay đổi ý tưởng về những gì thế giới được xây dựng từ đó. Vào đầu thế kỷ 20, người ta thấy rõ rằng việc cố gắng tìm hiểu cấu trúc của thế giới đòi hỏi phải nghiên cứu chuyển động của các vật thể cực nhỏ trong các vùng không gian nhỏ hơn một trăm triệu lần so với một centimet (đây là kích thước của một nguyên tử). Việc phát hiện ra rằng mỗi nguyên tử chứa một hạt nhân đặc gồm proton và neutron đã buộc sự chú ý đến những quy mô không gian nhỏ hơn nguyên tử hàng trăm nghìn lần. Đây là công trình của vật lý hạt nhân, nghiên cứu cấu trúc hạt nhân nguyên tử và lực tác dụng giữa proton và neutron. Mặc dù các vật thể của vật lý hạt nhân rất nhỏ $( 10^{-} 14 - 10^{-} 13$ cm), nhưng những thành công của nó đã mang lại năng lượng hạt nhân và các phương pháp giết người chưa từng có cho thế giới - bom nguyên tử và nhiệt hạch (hydro). Tôi sẽ vượt qua những thành tựu này của vật lý hạt nhân trong im lặng. Tôi rất vui khi họ thêm vào một chút. Nhưng có điều gì đó về vật lý nhiệt hạch làm tôi thích thú - hiểu được cơ chế phát sáng của Mặt trời và các ngôi sao khác. Sự xâm nhập của các hạt hạt nhân vào thế giới đã dẫn đến việc phát hiện ra một điều hoàn toàn bất ngờ

9

BẤT NGỜ, HIỂU, khâm phục

tính chất nhất định của các hạt vi mô. Đã có sự xem xét lại ý tưởng của chúng ta về đơn vị cấu trúc của vật chất - về các hạt cơ bản. Thứ nhất, có quá nhiều hạt cơ bản để đóng vai trò là thực thể sơ cấp (hiện nay có hơn 300 hạt cơ bản). Thứ hai, các hạt cơ bản biến đổi lẫn nhau. Đó là lý do tại sao không thể chỉ ra ba (electron, proton, neutron) trong số chúng mà từ đó thế giới vĩ mô được xây dựng. Hóa ra, một trong ba “viên gạch” - neutron, chỉ tồn tại vĩnh viễn bên trong hầu hết các hạt nhân, và trong không gian tự do, nó phân rã thành một electron, một proton và một phản neutrino$^{2}$. Thứ ba, mọi sự biến đổi của các hạt cơ bản đều tuân theo các định luật bảo toàn chặt chẽ, đó là hệ quả của tính đối xứng của không gian. Hóa ra tính đối xứng của không gian ít rõ ràng hơn nhiều so với người ta tưởng. Sự phát triển của vật lý hạt cơ bản khiến việc cố gắng “nhìn” bên trong proton và neutron là cần thiết. Chúng tôi dừng lại. Và một thế giới mới đã mở ra. Thế giới của quark. Ấn tượng đầu tiên: có thể được bao nhiêu? Các hạt có thực sự giống với những con búp bê làm tổ không? Và cứ thế đến vô cùng? Nhiều năm trôi qua. Thế giới quark đang được nghiên cứu chi tiết hơn. Nhưng ngày càng rõ ràng là chúng ta đã đạt được điều gì đó thực sự mới. Không còn nghi ngờ gì nữa rằng proton và neutron được tạo thành từ các quark. Nhưng bên ngoài các hạt chúng không tồn tại. Họ chỉ ở bên trong. Có lẽ đây là bằng chứng cho thấy vật lý đã vươn tới những thực thể thực sự cơ bản. Tuy nhiên, tôi không thực sự tin điều đó. Có quá nhiều quark khác nhau. Còn rất nhiều điều thú vị ở phía trước… Hóa ra là những tín hiệu có thể buộc chúng ta phải xem xét lại những ý tưởng cơ bản của mình về các định luật cơ bản

2 Bỏ qua tiền tố “anti”. Nó được viết cho chính xác. Nhiều hạt tồn tại theo cặp. Có vẻ như chỉ có phản electron mới được đặt một cái tên đặc biệt - positron. Một hạt và một phản hạt có thể hủy nhau - ví dụ như biến mất, biến thành các photon, giống như một electron và một positron.

nakh của tự nhiên, nên được mong đợi từ các vùng không gian vi mô. Nhưng không chỉ vậy. Sau khi học cách tiếp nhận và phân tích tín hiệu từ những nơi trong Vũ trụ cách xa chúng ta, các nhà vật lý phát hiện ra rằng có một điều gì đó không thể hiểu được. Khi mô tả động lực học của Vũ trụ, sử dụng các định luật tự nhiên dường như đã được chứng minh rõ ràng, chúng ta phải đối mặt với sự hoang mang: đối với mô tả, cần nhiều vật chất và năng lượng hơn mức có thể phát hiện được trong Vũ trụ. Có chuyện gì thì tương lai sẽ rõ. Hãy để tôi nhắc bạn rằng các tín hiệu về “rắc rối” đến với chúng ta từ khoảng cách cỡ $10^{10}$ năm ánh sáng, do đó, tính từ quá khứ, cách chúng ta $10^{10}$ năm. Công thức cho sự ngưỡng mộ của tôi rất đơn giản. Tôi rất vui mừng với nhận thức về thế giới và nhận thức thực sự của nó. Bất kể những gì còn phải học, tôi đều ngạc nhiên trước những gì đã đạt được. Lĩnh vực kiến ​​thức – terra cognita – rộng lớn đến mức không thể tưởng tượng được. Tuy nhiên, như đã nói, kiến ​​thức mới liên tục được sinh ra trên đó. Không có lý do gì để coi kiến ​​thức này là hạng hai so với kiến ​​thức trực tiếp mở rộng lĩnh vực đã biết. Trong nỗ lực giải thích các sự kiện quan sát được và dự đoán các hiện tượng hoặc tính chất mới, những ý tưởng mới đã ra đời. Mặc dù những ý tưởng này không mâu thuẫn với nền tảng của vật lý lượng tử hiện đại, nhưng chúng không tầm thường đến mức có thể so sánh được với những khám phá ở biên giới của lĩnh vực đã biết. Những ý tưởng mới đôi khi phổ biến đến mức chúng không bị giới hạn trong lĩnh vực mà chúng nảy sinh. Một số được chuyển đến biên giới của không gian đã biết - sang vật lý của các hạt cơ bản, đến vật lý của Vũ trụ. Cảm giác về sự thống nhất của vật lý và tính phổ quát của nó là một trong những yếu tố khiến tôi ngưỡng mộ.

• • • Chúng ta sống được bao quanh bởi những đồ vật và thiết bị được tạo ra bằng kết quả của những thành tựu khoa học. Tôi vui vẻ chuyển từ giấy bút sang máy tính, thật khó tưởng tượng

10

KVANT 2019/№8

cuộc sống không có điện thoại và TV. Máy bay và sóng vô tuyến đã thay đổi kích thước cảm nhận được của quả địa cầu. Tôi hài lòng với TV và máy tính. Tôi không biết chính xác chúng hoạt động như thế nào. Tôi không biết nhiều về cấu trúc cụ thể của các cơ chế đơn giản hơn nhiều - đầu máy diesel hoặc ô tô. Tôi hiểu rõ các nguyên tắc chung làm nền tảng cho kỹ thuật và tôi thực sự tôn trọng những người có thể giúp các thiết bị tôi sử dụng hoạt động trơn tru. Nhưng, thành thật mà nói, tôi có sự ngưỡng mộ không kém phần sâu sắc đối với một thứ khác - sự hiểu biết về cách mọi thứ hoạt động trong tự nhiên. Sự hiểu biết là không cần thiết đối với tôi. Của tôi

kiến thức về các chi tiết cụ thể còn rất hạn chế. Nhưng tôi biết rằng có những người biết. Không có người nào biết mọi thứ về thế giới. Kiến thức được phân phối cho nhiều người. Người nắm giữ tri thức là nhân loại. Các chuyên khảo và bách khoa toàn thư đã được tạo ra thông qua tác phẩm của từng cá nhân. Chúng chứa đựng kiến ​​thức về thế giới. Không có kiến ​​​​thức đơn giản. Không ai có một công thức đơn giản chứa đựng chìa khóa của vũ trụ. Lượng kiến ​​thức được nhân loại tích lũy truyền cảm hứng cho sự tôn trọng và hy vọng cho tương lai. Tôi thực sự muốn tin rằng nhân loại cuối cùng sẽ chứng tỏ được giá trị xứng đáng với bức tranh tuyệt vời về thế giới mà nó đã tạo ra.

Trong suốt và mờ đục

L.ASHKINAZI

Và rồi căn phòng bừng sáng với tiếng rít của cô. Từ Internet

NHƯ BẠN CÓ THỂ ĐOÁN, ánh sáng là cần thiết để nhìn thấy. Sự phân chia các chất và nói chung, mọi thứ xung quanh chúng ta thành trong suốt và mờ đục phát sinh trong lịch sử. Điều quan trọng là một người phải nhìn thấy vật thể, tức là thứ gì đó mờ đục, tán xạ ánh sáng, phản chiếu hoặc phát ra và nhìn qua một môi trường trong suốt - khí quyển (luôn luôn) và đôi khi cộng qua chân không (để chiêm ngưỡng Mặt trăng) hoặc nước (khi săn mồi từ bờ bằng giáo). Sau đó, với sự phát triển của quang học (kính lúp, kính cận, kính thiên văn) và ngành làm đẹp (gương), bộ phận này trở nên mạnh mẽ hơn. Vì vậy, trong sách giáo khoa, tất cả các chất được chia thành chất trong suốt và chất khác. Tính chất quang học của môi trường trong suốt là đặc trưng

DOI: https://doi.org/10.4213/kvant20190801

Họ gọi nó là chiết suất và đề cập đến sự phụ thuộc của nó vào bước sóng, tức là vào sự phân tán ánh sáng. Và về những chất khác, tức là các chất mờ đục, sách giáo khoa không nói gì cả, chỉ đề cập đến gương - như một thành phần của hệ thống quang học. Mặc dù hầu như không có bề mặt gương trong tự nhiên nhưng đây là hai ví dụ và một câu hỏi liên quan. Câu 1. Hình 1 và Hình 2 thể hiện nội dung gì và tại sao lại có hình ảnh như vậy? Sự hiếm có về bản chất của các bề mặt gương là niềm hạnh phúc của chúng ta: chúng ta nhìn thấy các vật thể là kết quả của sự tán xạ ánh sáng của chúng, ít thường xuyên hơn là do bức xạ (Mặt trời, sét, đom đóm). Lần duy nhất tổ tiên chúng ta cần đến sự phản chiếu là khi nhìn thấy mắt động vật trong bóng tối. Một thế giới trong đó sự phản xạ gương chiếm ưu thế so với sự tán xạ trên các bề mặt (hãy thử tưởng tượng điều này) sẽ rất khó định hướng.

12

KVANT 2019/№8

động vật có một lớp phản chiếu đằng sau các tế bào nhạy cảm. Đây là điều mà những người bạn mèo của chúng ta đã làm chẳng hạn (Hình 3).

Hình 3

Câu hỏi 4. Tại sao? Mọi người đã đi theo một con đường khác và tạo ra các bộ khuếch đại độ sáng và thiết bị nhìn đêm. Nhưng vẫn còn những hạn chế bên ngoài. Trong không khí trong lành, một người nhìn thấy một đường chân trời (nếu bạn đứng trên bề mặt của một quả cầu lý tưởng) cách đó khoảng 5 km (và trên Mặt trăng?). Hơn nữa, một người nhìn thấy đường chân trời bằng cách leo lên ngọn núi cao nhất, và trong trường hợp này nó cách đó hơn ba trăm km. Trong không khí sạch lý tưởng, do sự tán xạ ánh sáng do dao động mật độ, tầm nhìn bị giới hạn ở giá trị gần như nhau, nhưng đây chỉ là sự trùng hợp ngẫu nhiên. Nói cách khác, sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển, chính thứ làm cho bầu trời có màu xanh, ở khoảng cách ba trăm km sẽ tạo ra một phông nền khiến các vật thể sẽ không nhìn thấy được trong đám mây mù này. Nhưng nếu độ dày của khí quyển lớn hơn hiện nay 30 lần thì chúng ta sẽ không có thiên văn học, và bức tranh thế giới sẽ khác trong một thời gian dài. Chính điều này – sự tán xạ do dao động mật độ – xác định những tổn hao tối thiểu trong sợi quang, trong các vật dẫn ánh sáng, gọi là tổn hao Rayleigh. Nói chung, tổn thất trong sợi quang là một lĩnh vực có liên quan và được nghiên cứu tích cực. Vì một lý do đơn giản: đường cáp quang mang theo hầu hết mọi thứ—mọi thứ! – thông tin mà nhân loại gửi đi.

Trong không gian vũ trụ có tầm nhìn rộng lớn - những ngôi sao xa nhất mà con người có thể nhìn thấy mà không cần sử dụng dụng cụ quang học đều nằm ở khoảng cách khoảng mười nghìn năm ánh sáng. Nhưng có sự khác biệt cơ bản giữa Trái đất và Không gian về việc sử dụng tầm nhìn. Những gì chúng ta thấy trên Trái đất đã giúp chúng ta có thể xây dựng được một bức tranh tuy hạn chế nhưng chính xác về thế giới. Nơi nào một người nhìn thấy một ngọn núi, thật khó để leo lên, và nơi một người nhìn thấy một dòng sông, có nước, cá và cá sấu đói. Nhưng để hiểu được ít nhất những đặc điểm chung nhất của những gì chúng ta thấy trong Không gian, cần phải chế tạo ra kính thiên văn và các dụng cụ quang học khác. Điều chính là vật lý là cần thiết. Điều gì sẽ xảy ra nếu tầm nhìn ngắn hơn đáng kể? Ví dụ, không phải km, mà là mét - chẳng hạn như do bầu khí quyển kém trong suốt hơn? Các chiến thuật phát triển bề mặt trái đất sẽ thay đổi - không đi thuyền trên biển, càng không bay. Con người sẽ bắt đầu xây dựng các công trình của mình (cả tòa nhà và đường sá) một cách tuần tự và nếu có thể, liên tục “leo” nền văn minh lên bề mặt Trái đất và chỉ sau đó mới xây dựng các công trình của mình hướng lên trên. Xã hội có thể phát triển, công nghệ và khoa học cũng vậy, nhưng ý tưởng về toàn bộ hành tinh, ngay cả khi nó nảy sinh, sẽ muộn hơn nhiều. Và ý tưởng về Vũ trụ hoàn toàn không nảy sinh - cho đến thời điểm làn da văn minh đã phát triển đến ranh giới của bầu khí quyển. Điều này, do sức bền hạn chế của vật liệu xây dựng, nhìn chung sẽ có vấn đề. Chúng ta thấy khả năng “tầm nhìn xa” ảnh hưởng đáng kể đến diện mạo của nền văn minh. Chúng ta thật may mắn - Mặt trời tỏa sáng trong phạm vi trong suốt của bầu khí quyển Trái đất. Nếu nó chiếu sáng ở vùng tử ngoại hoặc hồng ngoại, nơi bầu khí quyển không trong suốt, chúng ta sẽ sống trong bóng tối. Hoặc, nếu nó tỏa sáng như vậy, nhưng bầu khí quyển bao gồm các loại khí không trong suốt trong phạm vi chỉ định, thì kết quả cũng sẽ như vậy. Chiếu mặt trời vào

14

KVANT 2019/№8

mực, máu, một số loại nước ép rau và trái cây không phải tự tạo màu mà bằng thuốc nhuộm - tức là bổ sung một lượng nhỏ chất tạo màu vào nước. Trường hợp đặc biệt với dầu là hỗn hợp hydrocarbon, một số trong suốt, trong khi một số khác hấp thụ bức xạ và màu sắc phụ thuộc vào nồng độ của chất sau. Các nhà hóa học có thể nói rất lâu về chất nào là thuốc nhuộm và sự hấp thụ ánh sáng phụ thuộc vào cấu trúc của các phân tử như thế nào (phần mở đầu của câu chuyện, một lần nữa, là về sự cộng hưởng), nhưng bằng cách này hay cách khác, là những chất lỏng mờ đục trong đó sự sống có thể tồn tại. Ví dụ, tại sao nước ép nho hoặc nước ép lựu lại không tốt cho môi trường sống của bạn? Hãy phát triển mang - và tiến lên nào, các Ichthyanders trẻ! Nhưng tất cả đều ở trong một môi trường đồng nhất nhưng cũng có những môi trường không đồng nhất. Bạn có thể nói gì về bầu khí quyển có sự kết hợp giữa nhiệt độ và áp suất mà đối với một số chất của nó - và ít nhất là đối với nước $H_{2} O$ - chúng ta chỉ đi đến đường phân chia khí-lỏng trên sơ đồ trạng thái? Ví dụ, bầu khí quyển chủ yếu là oxy, áp suất là 0,05 atm và nhiệt độ là $40 \infty C$? Trời hơi nóng đối với chúng tôi và có ít oxy hơn chúng tôi mong muốn, nhưng nước trong các đại dương biển luôn sôi lặng lẽ và có những giọt nước cực nhỏ lơ lửng trong không khí (vì có một làn gió yếu thổi từ đất nóng). Sự sống hoàn toàn có thể xảy ra, thậm chí cả sự sống protein. Còn khả năng hiển thị thì sao? Câu 6. Nhân tiện, nếu chúng ta có một số hạt trong không khí, chẳng hạn như giọt nước, thì khoảng cách tầm nhìn phụ thuộc vào điều gì và cách tính nó như thế nào? Và sẽ tốt hơn nữa nếu di chuyển dọc theo đường tiếp xúc giữa chất lỏng và chất khí, chúng ta đạt đến nhiệt độ tới hạn khi sự khác biệt giữa chúng biến mất. Tại thời điểm này, chúng ta sẽ có độ trắng đục tới mức chúng ta sẽ không nhìn thấy mũi của mình - chỉ có sự dao động mật độ và sự tán xạ của bức xạ. Lý do tương tự áp dụng cho sự phân tán trong chất lỏng không đồng nhất, chẳng hạn như nhũ tương, khi các giọt nhỏ của chất khác nổi trong một chất lỏng hoặc ở dạng huyền phù, khi các hạt rắn nổi hoặc trong bọt,

khi có nhiều bong bóng. Nhưng trong mọi trường hợp, chúng ta cần biết tính chất quang học của mọi vật liệu liên quan đến tình huống đó. Câu 7. Và nếu chẳng hạn như các chiết suất trùng nhau thì sao? Có một ví dụ rất đơn giản và nổi tiếng về nhũ tương có khả năng tán xạ ánh sáng hoàn hảo - sữa. Chất rắn cũng tán xạ ánh sáng nếu chúng không đồng nhất và kích thước của những điểm không đồng nhất tương đương với bước sóng hoặc lớn hơn. Một ví dụ là kính. Thủy tinh vô định hình thông thường là trong suốt (trừ khi các hạt tán xạ ánh sáng được thêm vào nó). Nếu thủy tinh được kết tinh, nó sẽ trở nên tán xạ ánh sáng, mờ và ánh sáng sẽ bị tán xạ ở ranh giới của các tinh thể. Nhưng nếu bạn kết tinh thủy tinh sao cho các tinh thể rất nhỏ, hàng chục nanomet hoặc nhỏ hơn, tức là nhỏ hơn nhiều so với bước sóng, thì nếu đáp ứng một số điều kiện khác, nó sẽ trở nên trong suốt. Ngày nay nó được gọi là “nanistall”, đủ thứ vô nghĩa được viết về nó và – nếu nó có màu – nó được quảng cáo là “đá” trang sức. Sự tán xạ bức xạ được đặc trưng bởi dạng bức xạ, tức là sự phụ thuộc của công suất vào góc; Họ vẽ nó một cách tự nhiên theo tọa độ cực. Với sự phản xạ thuần túy, nó là một “cái kim” hẹp ở cùng góc mà bức xạ tới. Đối với sự phản xạ khuếch tán hoàn toàn từ một bề mặt gồ ghề hỗn loạn, công suất tỷ lệ với cosin của góc so với pháp tuyến (định luật Lambert). Trong tình huống thực tế, luôn có sự kết hợp của cả hai; ngay cả một bề mặt được đánh bóng hoàn hảo cũng không phản ánh một cách thuần túy. Một số nguồn chỉ ra rằng thủy tinh được đánh bóng hoàn hảo chiếm $10^{3}$ phần trăm, kim loại được đánh bóng hoàn hảo - $10^{2} 10^{1}$ phần trăm. Có lẽ con số cụ thể còn tùy thuộc vào mức độ và ý nghĩa của “lý tưởng”.

(Còn tiếp)

26

KVAN T 2019/Số 8

1. ăn một ít cốt lết cùng với tất cả những con ruồi đậu trên đó; 2) chuyển một con ruồi từ miếng cốt lết này sang miếng cốt lết khác (có thể có số lượng ruồi tùy ý trên miếng cốt lết). Quả bóng muốn ăn không quá một triệu con ruồi. Chứng minh rằng anh ta không thể hành động theo cách mà mỗi miếng cốt lết đều bị ăn trong một động tác.

$Ф2565.^{1}$ Khi nghiên cứu ùn tắc giao thông, các kỹ sư giao thông phải tính toán năng lực của đường - số lượng ô tô tối đa có thể đi qua một đoạn đường cụ thể - và dựa trên khả năng cũng như sở thích của người lái xe bình thường. Cho một dòng ô tô di chuyển dọc theo một đoạn đường thẳng. Tốc độ của chúng là như nhau và không thay đổi theo thời gian. Một biểu đồ được đưa ra về sự phụ thuộc của tốc độ v (tính bằng kilômét trên giờ) mà ô tô di chuyển theo dòng vào số lượng ô tô n trên 100 mét đường (Hình 1). Tối đa là bao nhiêu

Giả sử điều ngược lại: Sharik ăn tất cả các miếng cốt lết theo thứ tự nào đó và đồng thời ăn không quá một triệu con ruồi. Chúng ta hãy trình bày hai lập luận có thể đưa ra lời giải bài toán. 1. Lưu ý rằng từ một thời điểm nào đó, Sharik sẽ chỉ ăn thịt cốt lết không có ruồi. Kể từ thời điểm này, số lượng cốt lết không có ruồi không thể tăng sau hành động của Sharik: nếu anh ta tạo ra một số cốt lết mới không có ruồi (bằng cách di chuyển một con ruồi từ nó), thì trước đó anh ta đã ăn một số cốt lết không có ruồi. Sau đó, đến một thời điểm nào đó, số lượng cốt lết không có ruồi sẽ ổn định. Sau khoảnh khắc này, Sharik ăn một miếng cốt lết không có ruồi trong mỗi lần di chuyển và chuyển một con ruồi từ miếng cốt lết có đúng một con ruồi sang miếng cốt lết đã có ruồi. Vì vậy, một miếng cốt lết sẽ xuất hiện với ít nhất hai con ruồi trên đó, và Sharik sẽ không bao giờ ăn miếng cốt lết này nữa (anh ấy không còn loại bỏ ruồi khỏi những miếng cốt lết đó nữa và anh ấy không còn ăn thịt cốt lết có ruồi nữa). Sự mâu thuẫn. Bài toán đã giải quyết. 2. Hãy đánh số các miếng cốt lết theo thứ tự Sharik sẽ ăn chúng. Trong $10^{6}$ nước đi đầu tiên, Sharik sẽ chuyển một số con ruồi sang một số miếng thịt cốt lết. Gọi n là số lớn nhất trong số các cốt lết này. Hãy xem xét n cốt lết đầu tiên. Trong $10^{6}$ lần di chuyển đầu tiên, tổng số ruồi trên người chúng không hề giảm (không tính số ruồi mà Sharik đã ăn). Điều này có nghĩa là trước khi ăn miếng cốt lết thứ n, Sharik sẽ có thời gian để chuyển không quá $n^{1} 10^{6}$ ruồi sang miếng cốt lết có số lượng cao hơn. Do đó, trong n bước đầu tiên anh ta sẽ ăn ít nhất $10^{6} 1$ ruồi. Sự mâu thuẫn. Bài toán đã giải quyết. Liệu số ô tô của I. Mitrofanov có thể đi trong 1 giờ quanh một điểm nhất định trên đường không?

M2561*. Lời giải trong số này bài toán xem trong bài viết của K. Kokhas “Thang composite”.

1 Tác giả lời giải bài toán F2565–F2568 – S. Mu-

Hình 1

Nếu trên đường có ít ô tô thì dù tốc độ cao nhưng vẫn có một số ít ô tô chạy dọc đường. Nếu có nhiều ô tô trên đường thì tốc độ thấp và số lượng ô tô lưu thông trên đường lại ít. Do đó, ở mức độ tập trung tối ưu của ô tô trên đường, lưu lượng của nó sẽ đạt mức tối đa. Hãy tìm sự tập trung này. Giả sử có n ô tô trên 100 mét đường. Hãy tính xem có bao nhiêu ô tô đi qua một điểm nhất định trên đường cao tốc trong khoảng thời gian ’t. Vì tất cả các ô tô đều chuyển động với cùng tốc độ v n nên những ô tô ở cách điểm này không quá v ’t sẽ có thời gian để đi qua điểm đang xét. Và số N của chúng có thể được tìm thấy từ

Ravyev

VẬT LIỆU KIỂM TRA

Thế vận hội “Chinh phục đồi chim sẻ!”

VẬT LÝ

Thế vận hội “Chinh phục đồi chim sẻ!” đã hoạt động từ năm 2005. Ngay từ đầu, nó đã nảy sinh như một dự án xã hội nhằm tìm kiếm những học sinh tài năng ở tất cả các vùng của Nga. Năm học 2018/19, Olympic Vật lý được tổ chức dành cho hai khối học sinh: cấp THCS (lớp 7, 8 và 9) và cấp trung học (lớp 10, 11). Vòng loại của Olympic được tổ chức từ xa: sau khi nhận nhiệm vụ, mỗi người tham gia có một tuần (168 giờ) để hoàn thành nhiệm vụ. Chặng cuối cùng được tổ chức trực tiếp tại sáu thành phố của Liên bang Nga: Zheleznovodsk, Kemerovo, Moscow, Chelyabinsk, Nizhny Novgorod, Ufa. Theo truyền thống, Olympic sử dụng bài toán ban đầu có độ khó khá cao, những độ khó phức tạp và thú vị nhất được sử dụng trong phần sáng tạo của giai đoạn vòng loại. Một số người trong số họ không có “điều đúng duy nhất” lời giải, vì người tham gia có thể sử dụng các mô hình khác nhau của hiện tượng đang được xem xét và đánh giá của anh ta về lời giải phụ thuộc vào tính đầy đủ và mức độ chính xác của mô hình được sử dụng cũng như tính chính xác của lời giải trong mô hình đã chọn. Dưới đây là ví dụ về các nhiệm vụ trong cả hai giai đoạn của Olympic Vật lý dành cho học sinh “cao cấp”.

12 m/s. Bỏ qua sức cản của không khí, tìm t. Coi gia tốc rơi tự do là 10 m $с^{2}$. Đáp số viết trong vài giây, không có gợi ý đơn vị đo lường, chính xác đến phần mười. 3. Một lượng helium không đổi tham gia vào một quá trình trong đó khí đầu tiên giãn nở đoạn nhiệt và sau đó trở về nhiệt độ ban đầu trong quá trình đẳng áp. Trong toàn bộ quá trình, heli thực hiện công 735 J. Tìm công mà helium thực hiện trong quá trình đoạn nhiệt. Viết Đáp số bằng joules, không có đơn vị gợi ý, làm tròn đến số nguyên gần nhất nếu cần.

Phần II (nhiệm vụ sáng tạo) Nghiên cứu chưa biết của Tiến sĩ F.D.Ch. Willard 1. Những cái bóng trên quỹ đạo Trong một trong những dự án của F.D.C. Willard, một chuyên gia nổi tiếng về đông lạnh,

Giai đoạn vòng loại

Phần I (Bài kiểm tra) 1. Một thanh đồng hình trụ dài 2 m được đưa vào nơi tạo ra một điện trường có cường độ 50 V/m và được đặt sao cho trục của nó tạo một góc 60° so với hướng của cường độ điện trường này (như trước khi đưa thanh vào). Tìm hiệu điện thế giữa hai đầu thanh. Viết Đáp số bằng vôn, không có đơn vị gợi ý. 2. Một quả bóng nhỏ nặng được ném từ ban công theo một góc so với phương ngang với tốc độ 9 m/s. Sau thời gian t, khi tốc độ của nó vuông góc với vận tốc ban đầu thì nó bằng với nhu cầu đặt nó lên một vệ tinh địa tĩnh. Đây là tên được đặt cho các vệ tinh quay trong mặt phẳng xích đạo của trái đất sao cho chúng luôn ở trên cùng một bề mặt trái đất. Các thiết bị trên vệ tinh được cung cấp năng lượng từ các tấm pin mặt trời, nhưng nguồn cung cấp năng lượng từ Mặt trời tất nhiên là không đồng đều. Mức tiêu thụ năng lượng của quá trình lắp đặt rất nhỏ nên nó chỉ được trang bị một loại pin được thiết kế

54

KVAN T 2019/Số 8

và cũng xây dựng các dây cung rút gọn chúng (Hình 3; ở đây m = 2 và k = 3). Sau những cách xây dựng này, chúng ta thu được một n-giác lồi, có thể chia thành các tam giác cân bằng các đường chéo không giao nhau. Thật vậy, bằng cách nối điểm O với các điểm chia đường tròn đầu tiên thành các cung, chúng ta thu được k tam giác cân. Các điểm phân chia của hình tròn thứ hai trước tiên có thể được nối thông qua một, trong trường hợp này, các hình tam giác cân sẽ bị cắt đi và trong hình còn lại, số dây cung trên hình tròn thứ hai sẽ giảm đi một nửa. Sau đó, bạn có thể kết nối lại các dấu chấm thông qua một, v.v. Vẫn còn phải đảm bảo rằng các hợp âm của vòng tròn thứ nhất và thứ hai bằng nhau. Nếu chọn điểm A và B rất gần nhau thì dây của đường tròn thứ nhất sẽ nhỏ hơn dây của đường tròn thứ hai. Chúng ta sẽ di chuyển các điểm A và B xung quanh đường tròn theo các hướng khác nhau, liên tục tăng độ dài cung AB. Khi chúng gần như đối nhau về mặt đường kính, cung AB của đường tròn thứ hai sẽ rất gần với đường kính của đường tròn thứ nhất. Điều này có nghĩa là cung AB của đường tròn thứ hai sẽ nhỏ hơn cung của đường tròn thứ nhất và vì $k 2^{m}$ nên các dây của đường tròn thứ hai sẽ nhỏ hơn các dây của đường tròn thứ nhất. Do đó, theo định lý giá trị trung gian, tại một điểm nào đó độ dài dây của cả hai đường tròn đều bằng nhau, tức là n-giác được xây dựng là hình bằng nhau. 11. Thứ hai. Hãy chia bảng thành các phần như trong Hình 4. Sau đó, với mỗi nước đi, người chơi đầu tiên sẽ vẽ hai ô nằm trong một phần. Trong đáp số cái thứ hai có thể vẽ một góc nằm hoàn toàn trong cùng một phần giữa các ô vừa sơn (Hình 4 hiển thị hai tùy chọn cho thao tác di chuyển phản hồi của cái thứ hai). Như vậy, người thứ hai luôn có nước đi nên sẽ không thua, và vì ván đấu sớm muộn gì cũng kết thúc nên anh ta sẽ thắng. 12. Khi N = 4k hoặc N = 4k + 1. Đánh giá. Hãy sắp xếp các số thành ba

Hình 4

theo cách mong đợi. Khi đó, hiệu giữa các số lân cận là 1, 2,…, N – 1 theo một thứ tự nào đó. Chúng ta sẽ đi theo vòng tròn, chú ý đến sự đồng đều của các con số. Khi đi qua một hiệu lẻ (và chỉ trong trường hợp này), tính chẵn lẻ sẽ thay đổi. Để hình tròn khép lại thì phải có số chẵn số lẻ. Nhưng điều này sẽ chỉ áp dụng cho N = 4k và N = 4k + 1. Ví dụ. 1) N = 4k. Chúng tôi ném ra số 3k. Tiếp theo, ta sắp xếp các số theo chiều kim đồng hồ như sau: 1, 4k, 2, 4k –1, 3, 4k – 2, 4, 4k – 3, …, 3k+1, k+1. Khi đó các số từ 1 đến k + 1 và tất cả các số lớn hơn số bị bỏ đi sẽ được sắp xếp. Chúng tôi đã nhận được chênh lệch từ 2k đến 4k – bao gồm 1. Sau đó từ 1, di chuyển ngược chiều kim đồng hồ, ta sắp xếp tuần tự: 2k, 2k + 1, 2k – 1, 2k + 2, 2k – 2, 2k + 3, 2k – $3,…,^{2} k k^{2},^{2} k k^{1}$, tức là ở vị trí lẻ các số giảm từ 2k xuống k + 2, ở vị trí chẵn chúng tăng từ 2k + 1 lên 3k – 1. Như vậy, tất cả các số còn lại đều được sắp xếp, ngoại trừ cho người bị ném ra ngoài. Chúng tôi đã nhận được sự khác biệt từ 1 đến 2k – bao gồm 3. Sự khác biệt 2k – 1 sẽ nằm giữa một và số 2k. Hiệu 2k – 2 sẽ nằm giữa các số 3k – 1 và k+1 và sẽ khép kín vòng tròn. 2). Chúng tôi đã nhận được sự khác biệt từ 2k + 1 đến 4k. Sau đó, theo chiều ngược lại từ một ta sắp xếp các số như sau: 2k + 1, 2k, 2k + + 2, 2k – 1, 2k + 3, 2k – $2,…,^{2} k k^{2},^{2} k k^{1}$, tức là ở những nơi chẵn các số giảm từ 2k xuống k + 2, ở những nơi lẻ chúng tăng từ 2k + 1 lên 3k. Như vậy, tất cả các số còn lại trừ số bị bỏ đi đều được sắp xếp. Chúng tôi thu được sự khác biệt từ 1 đến 2k – bao gồm 2. Hiệu 2k sẽ nằm giữa số 1 và số 2k + 1. Hiệu 2k – 1 sẽ nằm giữa số 3k và k + 1 và sẽ đóng vòng tròn. 13. Bạn có thể. Ví dụ: Gọi O là tâm của tam giác đều ABC có cạnh 3 và các điểm D, E, F chia các đoạn OA, OB và OS theo tỷ lệ 2: 1

Hình 5