Giá trị của tính vạn năng
Tuy nhiên, cả trong cơ học vấn đề về các lực chưa hẳn có thể gọi là sáng sủa được. Vấn đề tại sao, do những quá trính vật lý nào mà lại xuất hiện lực này hoặc lực khác vẫn chưa được làm sáng tỏ. Có lẽ chính Newton cũng cảm thấy điều này. Sau đây là những lời ông : “Tôi không biết tôi là gì đối với Vũ trụ; còn tôi tự cảm thấy, tôi chỉ như một cậu bé đang chơi trên bờ biển, say mê với những viên đá phẳng phiu, hay những vỏ ốc đẹp khác thường mà chốc chốc tôi lại tìm thấy, trong khi đó đại dương chân lý hùng vĩ nằm ngay trước mắt tôi lại hoàn toàn bí ẩn”.
Trong cơ học, những trở ngại có liên quan đến bản chất của các lực thường được tuyên bố là không quan trọng, chỉ bởi vì người ta cố tránh nói về chúng. Quan điểm như vậy hoàn toàn có thể tồn tại. Để tính toán quỹ đạo chuyển động của vật thể chỉ cần biết về mặt định lượng lực bằng bao nhiêu. Không cần đi sâu vào bản chất của các lực mà chỉ sử dụng những phương pháp đo chúng cũng có thể biết được giá trị của chúng và xác định được khi nào chúng sẽ tác động và sẽ tác động như thế nào. Chính vì thế trong cơ học “không cần thiết để định nghĩa về lực giải thích xem bản thân lực là cái gì và lực là nguyên nhân hay hệ quả của chuyển động” (Hanry Poincare).
Điều cho rằng bản chất của lực không quan trọng đối với cơ học là thiếu sót của cơ học, nhưng đồng thời cũng là ưu điểm của nó. Chính vì thế cơ học có thể mô tả thành công cả chuyển động của các phân tử lẫn chuyển động của các vì sao.
Điều này thật tuyệt diệu, nhưng dù sao “vết đen” vẫn còn. Vì vậy chẳng có gì đáng ngạc nhiên khi các nhà bác học cảm thấy còn thiếu sự hiểu biết đầy đủ trong nhận thức về lực và luôn cố gắng vượt qua những khó khăn đó. Một trong số người thực hiện điều đó bằng cách chuyển từ chỗ đưa ra các lực một cách hơi hình thức sang những ý định phân tích sâu sắc hơn bản chất của tương tác; một số người khác, chẳng hạn như nhà vật lý nổi tiếng người Đức G.Hertz, đã gạt bỏ hoàn toàn khái niệm lực ra khỏi cơ học.
Cơ học không cần lực và lực không cần cơ học
Hertz đã xây dựng thành công cơ học, hoàn toàn không dùng tới khái niệm lực, nhưng hoá ra, ở chừng mực nào đó việc này thật không “bõ công”. Việc loại trừ lực ra khỏi cơ học, một mặt đã đưa đến sự cần thiết phải đưa và những giả thiết mới, mặt khác làm phức tạp cách diễn đạt những nguyên lý cơ bản của cơ học đến mức toàn bộ sơ đồ của Hertz nói chung không được công nhận.
Thật là thú vị khi lưu ý rằng sự nhận thức không đầy đủ về bản chất của các lực đã làm nảy sinh các ý muốn loại trừ lực ra khỏi khoa học, đồng thời gây ra tác dụng hoàn toàn ngược lại. Thuật ngữ “lực” bắt đầu nhảy từ cơ học vào những lĩnh vực khác của khoa học, đồng thời mất dần mức độ chặt chẽ mà nó đã tiếp nhận được trong phạm vi cơ học. F.Engels nhân chuyện này đã viết: “…Nếu người ta gọi một nguyên nhân nào đó của chuyển động là lực, thì điều đó tự nó hoàn toàn không làm tổn hại tới cơ học; nhưng vì thế người ta quen chuyển quy ước đó vào lĩnh vực vật lý, hoá học và sinh vật học, và khi đó thì không tránh khỏi sự lầm lẫn… Giới hạn ở phạm trù lực để tăng đặc trưng các quá trình , có nghĩa là các nhà vật lý đã thể hiện sự thiếu hiểu biết của mình về thực chất của những quá trình này. Biết được bao nhiêu cách tương tác của các vật thể thì ngươì ta cũng xác định được bấy nhiêu lực. Ít người quan tâm đến mối liên hệ giữa chúng”. Nhiều năm đã trôi đi kể từ khi Engels viết những dòng này . Các nhà vật lý về cơ bản đã thoát khỏi những xu hướng như vậy. Nhưng cho đến nay trong hệ thống thuật ngữ vẫn còn lưu lại dư âm của thời kỳ mà Engels đã nói đến. Các bạn hãy nhớ lại chẳng hạn như sức điện động (thực chất không phải là lực mà là công), động lực (động năng), cường độ ánh sáng, cường độ dòng điện: không có một khái niệm nào trong số những khái niệm này lại liên quan đến lực theo quan niệm thông thường của cơ học.
3. Lòng nhân đạo của Robert Mayer
Chúng ta đã nói đến những ý đồ không thành công trong việc loại trừ lực ra khỏi cơ học. Song, dù lực vẫn được giữ lại trong cơ học cổ điển, sự phát triển của vật lý về toàn bộ đã chỉ ra rằng hoàn toàn không phải mọi tương tác đều có thể đặc trưng môt cách đầy đủ bằng các lực cơ học.
Thoạt tiên rất khó cho rằng một mối nguy nào đấy lại đe doạ được lực. Cơ học của Newton vẫn tiếp tục phát triển. Cùng với lực, hàng loạt khái niệm khác được đưa vào: động lượng, năng lượng. v.v… Dần dần năng lượng bắt đầu có ý nghĩa ngày càng lớn. Cũng như lực, năng lượng có thể đặc trưng một cách định lượng cho tương tác của các vật thể, thêm vào đó không chỉ riêng tương tác mà cả trạng thái chuyển động của chúng.
Trong cơ học năng lượng được xác định cả bằng tốc độ của các vật thể lẫn đặc trưng của tương tác giữa các vật thể đó với nhau (điều sau đặc biệt quan trọng với chúng ta). Hơn nữa, hoá ra tất cả những luận điểm căn bản của cơ học Newton đều có thể hoàn toàn xếp đặt lại được, nếu có thể nói được như vậy, thí dụ theo ngôn ngữ năng lượng. Cả hai cách mô tả chuyển động theo lực cũng như theo năng lượng đều tương đương với nhau: công của lực bằng độ biến thiên của năng lượng. Có thể xem chính năng lượng của hệ các vật thể như là trữ lượng công mà hệ này có thể thực hiện được. Lượng năng lượng cơ học của hệ cô lập nói chung không còn là không đổi: khi có lực ma sát nó giảm xuống.
Tình hình thay đổi hoàn toàn vào giữa thế kỷ 19 khi định luật cơ bản của tự nhiên học hiện đại, định luật bảo toàn năng lượng, đã được trình bày một cách chính xác.
Một trong những nhà sáng lập ra định luật này, Robert Mayer, đã đánh giá ý nghĩa của nó như sau: “Bây giờ để tiếp cận với khoa học về chuyển động chúng ta không cần phải ngay từ đầu nắm được những kiến thức cao xa của toán học; ngược lại, chính tự nhiên sẽ hiện ra trong vẻ đẹp bình dị của mình trước cái nhìn kinh ngạc của chúng ta, và thậm chí một người với những khả năng ít ỏi cũng có thể thấy được tập hợp các vấn đề mà đến bây giờ đã là bí ẩn đối với các nhà bác học vĩ đại nhất”.
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