Lực là tương tác
Tuy vậy trong vật lý nguyên tử người ta vẫn thường nói đến lực. Chắc tất cả các bạn đọc đã nghe nói tới lực hạt nhân tác dụng trong hạt nhân nguyên tử, tới lực tương tác điện từ của các electron v.v… Trong các trường hợp đó chúng ta gặp ý nghĩa mới và hy vọng rằng đó là ý nghĩa cuối cùng của cái từ tuyệt diệu này. Đó là những lực không liên quan tới cơ học. Thuật ngữ “lực” ở đây trở thành đồng nghiã với từ “tương tác”. Nó đã không còn là một đại lượng định lượng được xác định một cách chính xác, có thể đo được, có thể thế được vào phương trình mô tả những quá trình thực. Đây đơn thuần là định nghĩa định tính của dạng tương tác, là sự chỉ ra bản chất cả nó.
Như vậy, trong khoa học hiện đại người ta dùng từ “lực” trong hai ý nghĩa: thứ nhất là nghĩa lực cơ học mà ở đây nó là độ đo định lượng chính xác sự tương tác, và nghĩa thứ hai thường xuyên hơn đơn thuần chỉ ra sự có mặt của một loại tương tác xác định, mà độ đo định lượng chính xác của nó chỉ có thể là năng lượng. Chẳng hạn, khi nói về lực hạt nhân, cụ thể chúng ta ngụ ý nói tới ý nghĩa thứ hai của từ này. Về nguyên tắc không thể đặt các lực hạt nhân vào khuôn khổ của cơ học Newton được.
Tất nhiên có thể không sử dụng lực trong ý nghĩa mới này. Ở ý nghĩa nào đó thì điều này chính là một bước lùi. Nhưng có lẽ vì chúng ta đã quen sử dụng từ này và nó qua bám chắc vào ngôn ngữ của chúng ta nên nó vẫn được giữ lại về sau này.
Các từ không chỉ có một cuộc đời riêng đặc biệt trong ngôn ngữ thông dụng mà cả trong ngôn ngữ khoa học và không thể loại bỏ chúng dù dùng bất kỳ luận cứ “hợp lý” nà chống lại chúng cũng như bằng bất kỳ trật tự pháp luật nào.
Có bao nhiêu lực trong tự nhiên?
Chúng tôi quyết định đặt tên quốn sách này là “Các lực trong tự nhiên” chủ yếu vì ý nghĩa thứ hai của từ này trong khoa học hiện đại. Nhưng trong phần lớn các trường hợp, những lực sẽ được nói sau đây, vẫn có thể hiểu được trong “ý nghĩa cơ học” hẹp hơn.
Đầu tiên, câu chuyện của chúng ta sẽ nói về bản chất của các lực, có nghĩa là vấn đề mà cơ học từ chối không nghiên cứu. Ở đây ngay lập tức nảy ra vấn đề quan trọng bậc nhất : có bao nhiêu loại lực khác nhau, nghĩa là có bao nhiêu loại tương tác tồn tại trong Vũ trụ?
Hiện nay khi nói đến sự thống nhất của tự nhiên thì người ta thường hiểu đó là sự thống nhất trong cấu trúc vật chất: tất cả các vật thể được xây dựng chỉ từ một vài loại hạt cơ bản. Song cái đó chỉ thể hiện một mặt của sự thống nhất đó, còn có mặt khác nữa cũng không kém phần quan trọng.
Mặc dầu tương tác giữa các vật thể với nhau có sự đa dạng kỳ lạ , song cuối cùng đều đưa về tương tác giữa các hạt cơ bản. Trong tự nhiên, theo số liệu hiện nay, có bốn loại tương tác: tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ, tương tác hạt nhân và tương tác yếu. Trong số những tương tác kể trên chỉ có hai loại đầu có thể xét theo ý nghĩa cơ học Newton. Khi nghiên cứu các hiện tượng xảy ra trong khoảng không vô tận của Vũ trụ, trên hành tinh của chúng ta, khi theo dõi một mẫu vật chất, các cơ thể sống, các nguyên tử, hạt nhân, các biến đổi qua lại của các hạt cơ bản, chúng ta đều thấy xuất hiện cả bốn loại lực.
Về tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ, tương tác hạt nhân và tương tác yếu chúng ta biết được nhiều điều.
Vậy ta hiểu các lực thuộc bốn loại này là gì ? Khi dựa vào các tương tác trên, tại sao chúng ta có thể giải thích được một số khổng lồ các hiện tượng và có thể giải thích như thế nào?
Nội dung cuốn sách này sẽ giải đáp những câu hỏi đó.
Sự thống nhất của các lực trong tự nhiên gắn liền với sự thống nhất trong cấu trúc vật chất. Một trong hai sự thống nhất đó không chỉ không thể xảy ra được nếu không có sự thống nhất kia, mà đúng hơn có thể nói rằng, cả hai đều thể hiện những mặt khác nhau của sự thống nhất của Vũ trụ nằm sâu trong bản chất các sự việc. Có một số tương đối ít các loại hạt cơ bản ững với một số còn ít hơn các dạng tương tác giữa chúng. Và, hơn nữa, con số này, theo ý kiến của các nhà lý thuyết, còn có thể giảm xuống.
Cái gì sẽ được đề cập tới trong cuốn sách?
Bây giờ câu chuyện của chúng ta sẽ nói về vấn đề chính nhất. Những loại tương tác được kể trên đây là gì và chúng được phát hiện ra như thế nào? Bằng cách nào có thể dùng một số không nhiều những quy luật chung để giải thích được sự đa dạng vô kể của những biểu hiện tác dung qua lại giữa các vật? Phạm vi tác dụng của các lực khác nhau trong tự nhiên như thế nào? Chúng đóng vai trò gì trong những qua trình khác nhau? Và cuối cùng phải kể đến sự tương quan của các lực; về sự cân đối của các lực trong tự nhiên, mà sự cân đối đó đảm bảo tính bền vững tương đối cũng như sự phát triển liên tục, sự hồi phục của Vũ trụ, nơi mà tất cả các lực đều cần thiết như nhau.
Chúng ta bắt đầu từ cái mà từ đó quá trìh nghiên cứu bản chất của các lực trong vật lý được bắt đầu. Câu chuyện của chúng ta bắt đầu về các lực vạn vật hấp dẫn (hoặc các lực hấp dẫn). Các lực hấp dẫn đứng hàng đầu trong chuỗi xích đặc biệt của những phát minh dẫn đến việc thiết lập sự thống nhất các lực trong tự nhiên.
Còn nữa
Cuốn sách Các lực trong tự nhiên do Đặng Văn Sử biên soạn dựa trên bản dịch của Ngô Đặng Nhân. Tác giả: V.Grigôriev và G.Miakisev. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật xuất bản năm 2002. Chúng tôi xin trích đăng cuốn sách
