Bầu trời chiều ẩn giấu

BTCAG biaMời các bạn download (miễn phí) cuốn sách Bầu trời chiều ẩn giấu  về đọc giải trí những ngày tháng Giêng.

Link để download sách, bản ebook định dạng pdf đọc trên thiết bị di động ở đây, hoặc ở đây.

Còn ở đây (hoặc ở đây) là bản để in (file lớn hơn).

Bu tri chiu n giu là là một cuốn ebook rất nhỏ, chỉ có 6 chương, gói gọn trong 52 trang sách. Sách viết kiểu diễn nôm về các định luật vật lý quan trọng. Hình thức diễn đạt theo kiểu kể chuyện về hành trình và nỗ lực của con người đi khám phá thế giới tự nhiên. Thế giới tự nhiên ấy bắt đầu từ Big Bang cho đến ngày hôm nay, và ngày mai. Thế giới ấy có cả vũ trụ bao la, và cả những hạt hạ nguyên tử bé tí.

Bốn chương đầu của cuốn sách nói về lịch sử hình thành khoa học tự nhiên và các phát minh quan trọng của vật lý, bắt đầu từ Thales của Hy lạp cổ đại, kết thúc bằng Edward Witten với M-Theory cuối thế kỷ 20. Phần này chỉ có 34 trang.

Hai chương sau là về các sáng chế công nghệ để phục vụ cuộc sống và khám phá không gian.

Phn 1

Chương 1: Từ Địa tâm đến Nhật tâm

Chương 2: Từ Tất định đến bất định và hành trình đi tìm sự khởi đầu của vũ trụ

Phn 2

Chương 3: Tiếng vọng từ Sáng Thế

Chương 4: Bầu trời chiều ẩn giấu

Phn 3

Chương 5: Và đây là Elon Musk

Chương 6: Đằng sau bản kế hoạch Sao Hỏa của Elon Musk

Dù cuốn sách này là ebook, nhưng Long Trần Hoàng đã thiết kế để nếu ai thích đọc sách giấy, chỉ cần mang file đến hàng photocopy lớn một chút, là người ta có thể in ra, đóng xén, làm thành sách giấy.

Nếu làm khéo, các bạn sẽ có một cuốn sách nhỏ: chứa cả thế giới trong lòng bàn tay.

Hy vọng  cuốn sách mỏng này sẽ có ích với bạn đọc. Và hy vọng các bạn sẽ thích cuốn sách.

Sách không được biên tập. Bản thảo đi thẳng từ người viết đến người chế bản (Long Trần Hoàng) nên chắc chắn có nhiều khiếm khuyết và sai sót. Mọi sai sót trong sách là của người viết.

Cám ơn Long Trần Hoàng đã làm bìa, bổ sung minh họa, và dàn trang.

(Ngày 24/2, sau 15 ngày đưa lên, đã có tổng cộng hơn 3000 lượt dowload cuốn sách).

Các nhà vũ trụ học đã xác định được vũ trụ (universe) là cực kỳ rộng lớn. Nó chứa hàng tỷ thiên hà (galaxy).

Trong hàng tỷ thiên hà ấy, có một thiên hà tên là Ngân Hà (Milky Way).

Ngân Hà này có dạng một cái đĩa phẳng khổng lồ. Đường kính của đĩa phẳng này khoảng 100 ngàn, đến 120 ngàn năm ánh sáng. (Gọi là đĩa phẳng nhưng nó cũng có một chút bề dày, cỡ 1 ngàn năm ánh sáng)

(Năm ánh sáng là đơn vị đo khoảng cách trong vũ trụ, nó dài bằng quãng đường mà ánh sáng đi được trong thời gian một năm. Tức là một khoảng cách cực kỳ lớn so với nhận thức thông thường của con người).

Trong Ngân Hà có Hệ mặt trời (Solar System). Hệ mặt trời nằm  cách tâm Ngân Hà khoảng 28 ngàn năm ánh sáng.

Ở giữa hệ mặt trời chính là Mặt Trời của chúng ta. Hệ mặt trời có hình cầu, giới hạn của hình cầu được tính từ tâm, tức là từ mặt trời, đến khoảng không gian mà lực hấp dẫn do mặt trời tạo ra là hết tác dụng). Khoảng cách này cỡ 2 năm ánh sáng.

Trái đất cách mặt trời khoảng 8.3 phút ánh sáng. Mặt trăng cách trái đất 1.28 giây ánh sáng.

Từ trái đất ta thấy mặt trăng rất xa, mà ánh sáng đi mất có hơn 1 giây là tới. Mặt trời còn xa hơn, mà ánh sáng chỉ đi 8 phút hơn là tới.

Vậy mà chỉ riêng hệ mặt trời, vốn chỉ bé xíu trong Ngân Hà, đã có bán kính 2 năm ánh sáng. Còn từ hệ mặt trời đến tâm của Ngân Hà, cách tới 28 ngàn năm ánh sáng. Còn Ngân Hà, cũng chỉ là 1 trong cả tỷ thiên hà khác của Vũ trụ bao la.

7 hành tinh có điều kiện cho sự sống mà Nasa tìm ra, cách chúng ta 40 năm ánh sáng. Tức là ở ngoài hệ mặt trời, nhưng vẫn trong cùng dải Ngân Hà.

Còn con người chúng ta, là một cái chấm con con trên trái đất. Trái đất là một cái chấm trong hệ mặt trời.

Đọc đến đây hãy dừng lại và suy nghĩ, mình là gì trong vũ trụ bao la này. Tìm được một người để yêu, và để hòa hợp, còn khó hơn làm tình với một vì sao.

Nếu cảm giác ấy không dễ chịu tí nào, bạn có thể quay sang nghĩ mình là một chương trình máy tính và vũ trụ này chỉ là giả lập.

***

(Ba chuyện đầu là các chuyện sưu tầm và cải biên.)

1.

Toán rất khó, cứ 5 người dân thì có tới 6 người dốt toán. Tôi là một ngoại lệ.

2.

Anh không thể tìm ra lời nào để tả được vẻ đẹp của em.

Cám ơn anh.

Nhưng anh có thể làm việc ấy bằng con số: 3/10.

3.

Mày thích bọn con gái mặc xi líp màu gì.

Đừng có hỏi tao những câu ngu dốt ấy.

Thế mày có biết tại sao photon không có khối lượng, mà lại có năng lượng, dù E=mc2.

Ok, trừ màu cháo lòng, màu nào tao cũng thích, được chưa.

 

4. Hai cái Tết

Mấy năm gần đây mọi người hay đòi bỏ tết Ta (chắc gốc từ Tàu) và ăn tết Tây (chắc gốc từ Tây). Tết ta nghe có vẻ lâu đời, nhưng chưa chắc đã cổ bằng tết Tây.

Hai đoạn dưới đây trích từ cuốn sách khoa học phổ thông “Bầu trời chiều ẩn giấu”.

Vùng đất nằm giữa sông Tigris và Euphrates có tên gọi trong tiếng Hy Lạp là Mesopotamia, nghĩa là Lưỡng Hà (nằm giữa hai con sông). Trên vùng đất ấy cách đây khoảng 5000 năm có người Babylon và Assyria sinh sống. Bằng mắt thường, họ quan sát và nhận ra quy luật chuyển động của bảy “hành tinh”. Người Babilon và Assyria dùng tên của bảy hành tinh để đặt tên cho cho bảy ngày.

Đến nay những cái tên ấy vẫn còn dấu vết trong những ngôn ngữ như Anh, Pháp và Ý.  Chủ nhật là Mặt Trời (Sun, Sunday), Thứ hai là Mặt Trăng (Mon, Monday), Thứ ba là Sao Hỏa (Mars, Mardi),  Thứ 4 là Sao Thủy (Mercury, Mercredi), thứ năm là là Sao Mộc (Jupiter, Jeudi), thứ sáu là Sao Kim (Venus, Vendredi), thứ bảy là Sao Thổ (Saturn, Saturday).

Đến năm 202 trước Công Nguyên, những người La Mã thành Rome bắt đầu nổi lên như một thế lực quân sự mới. Họ đánh bại đội quân của Hannibal hùng mạnh, chiếm Carthage, chiếm Tây Ban Nha và chiếm Hy Lạp của Alexander Đại Đế. Trên khắp thuộc địa của mình, người La Mã thiết lập các chế độ cai trị với người đứng đầu là các quan tổng trấn người La Mã. Quan tổng trấn sử dụng luật pháp, hệ thống thu thuế và quân đội La Mã để kiểm soát người dân. Julius Ceasar, một người đàn ông nhỏ bé nhưng có trí tuệ và nghị lực siêu phàm, đã phát minh ra một cách quản lý hiệu quả hơn đế chế rộng lớn của mình. Ông đồng bộ hóa thời gian trên toàn đế chế bằng lịch La Mã mang tên ông (lịch Julian).

Năm 1539, một sinh viên thần học vốn là quý tộc và cựu quân nhân là Ignatius xứ Loyola đã cùng 6 người bạn là sinh viên Đại học Paris thành lập Dòng Tên. Dòng Tên thề trung thành với Giáo Hoàng, cùng Giáo Hội chống lại phong trào cải cách. Họ sử dụng công cụ truyền thống là giáo dục và truyền bá kiến thức. Một đoàn giáo sĩ của Dòng Tên ấy, do thánh Francis Xavier dẫn đầu, đã theo chân nhà thám hiểm Magellan đi về Châu Á. Nửa cuối thế kỷ 16, những giáo sĩ dòng Tên ấy đã đến Kẻ Chàm (Quảng Nam) và du nhập vào nước ta chữ cái latin (nay là chữ quốc ngữ), lịch Julian (nay là dương lịch) và hình học Euclid (rất đáng tiếc, bị chúa Trịnh từ chối).  

 

5. Lượng tử hóa tình yêu

Đầu tiên, bạn cần đọc đoạn trích từ cuốn sách khoa học phổ thông “Bầu trời chiều ẩn giấu” dưới đây để biết qua qua về thuyết lượng tử.

*

Chữ lượng tử khá là mơ hồ và khó hiểu nếu ta không hiểu hàm ý mà nó truyền tải. Lượng tử dịch từ chữ latin quantum (số nhiều là quanta) nghĩa là “một đơn vị năng lượng”.

Năm 1900, Max Planck phát hiện ra rằng năng lượng mà sóng điện từ mang đi luôn là một gói năng lượng có giá trị gián đoạn. Nó bằng một, hai, ba …gói đơn vị năng lượng cơ bản, chứ không thể nào là, ví dụ, 1.5 đơn vị năng lượng cơ bản. Đây là ý nghĩa cốt lõi của lượng tử. Năng lượng tối thiểu mà sóng mang đi, theo Planck, tỷ lệ thuận với tần số của nó. Tần số càng cao (nghĩa là bước sóng ngắn), năng lượng mà sóng mang theo càng cao. Nhưng năng lượng này cũng rất nhỏ, do hệ số tỉ lệ có giá trị cực kỳ nhỏ (phần tỷ của một phần tỷ). Hằng số này được đặt theo tên Planck và ký hiệu bằng chữ h.

Năm 1911, Ernest Rutherford củng cố mô hình nguyên tử dạng mô phỏng hệ mặt trời, trong đó các electron bay quanh hạt nhân nhỏ và nặng, theo đúng các định luật của newton. Mô hình này giải thích được tính chất hóa học của nguyên tử các chất khác nhau, nhưng không thể giải thích được tại sao nguyên tử lại cực kỳ bền vững. Với mô hình hệ mặt trời, các nguyên tử lẽ ra rất dễ vỡ cấu hình gốc khi va chạm với một nguyên tử khác. Nhưng va chạm trong phản ứng hóa học của các nguyên tử của một nguyên tố, ví dụ carbon, vẫn sẽ là carbon chứ không thành nguyên tố khác.

Năm 1913, Niels Bohr bổ sung lý thuyết lượng tử vào mô hình này để hình này lý thuyết mà ngày nay gọi là thuyết lượng tử cũ. Theo thuyết này, trong số các quỹ đạo khả dĩ quanh hạt nhân,  electron chỉ được phép chuyển động trên một số quỹ đạo; khi electron nhảy từ quỹ đạo này qua quỹ đạo khác, nó sẽ thu vào hoặc phát ra một lượng tử của  năng lượng điện từ, cái mà sau này được gọi là photon. Mô hình nguyên tử Bohr-Rutherford giải thích được tính bền vững của nguyên tử. Nếu nguyên tử chỉ thay đổi năng lượng bởi các lượng tử có năng lượng gián đoạn, thì nguyên tử chỉ tồn tại ở các trạng thái dừng gián đoạn, và trạng thái thấp nhất (cân bằng bền) chính là trạng thái bình thường của nguyên tử. Mô hình mới của Bohr còn giải thích được hiện tượng phổ đặc trưng của các nguyên tử: các nguyên tử chỉ hấp thụ hoặc bức xạ ánh sáng ở một số tần số nhất định.

Năm 1921 Einstein  nghiên cứu và giải thích được hiệu ứng quang điện. Ông được trao giải Nobel vì thành tích “khiêm tốn” này, so với hai công trình khổng lồ về thuyết tương đối trước đó. Khi chiếu ánh sáng vào bề mặt kim loại, năng lượng ánh sáng va đập vào sẽ làm văng ra một số electron của mặt kim loại. Thế nhưng vận tốc electron văng ra không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào mạnh hay yếu, mà phụ thuộc vào tần số của ánh sáng chiếu vào. Chiếu ánh sáng tử ngoại (tần số cao) làm electron văng ra với vận tốc cao hơn khi chiếu ánh sáng hồng ngoại (có tần số thấp hơn). Từ đây, Einstein giải thích, ánh sáng là một luồng các hạt ánh sáng mà sau này được gọi là photon. Năng lượng của mỗi photon, theo Einstein, tuân thủ đúng theo định luật Planck: tỷ lệ thuận với tần số sóng ánh sáng.

Năm 1925, Erwin Schrödinger đề xuất một hàm toán mô tả chính xác tiến hóa của electron theo thời gian. Hàm này, ký hiệu bằng chữ Hy Lạp ѱ (psi).  Năm 1926, Max Born đề xuất một ý tưởng kỳ lạ: sóng kết hợp với hạt cơ bản, gọi là sóng xác suất. Theo đó, hàm của Schrödinger là một hàm sóng biểu diễn xác suất tìm thấy electron ở một điểm cụ thể. Đây là một khái niệm kỳ lạ, bạn không thể biết chính xác được electron ở đâu quanh hạt nhân, tất cả những gì bạn có thể làm là tính được hàm sóng, là cái giúp bạn tính toán được chính xác khả năng một electron xuất hiện một điểm cụ thể nào đó. Những điểm trong không gian mà cường độ sóng lớn (nói đúng hơn là bình phương cường độ sóng) là những điểm mà ở đấy xác suất hạt electron được tìm thấy là lớn, và ngược lại. Cho đến nay, dữ liệu thực nghiệm chưa bao giờ mâu thuẫn với ý tưởng kỳ lạ này.

Sự huyền bí của lượng tử còn đi xa hơn nữa với sự ra đời của nguyên lý bất định Werner Heisenberg năm 1927: ở mức độ hạ nguyên tử, ta không thể biết chính xác đồng thời cả vị trí lẫn vận tốc của hạt. Ta chỉ có thể biết chính xác hoặc là vị trí, hoặc là vận tốc của hạt. Hay nói một cách khác, nếu ta xác định đại lượng này càng chính xác, thì xác định đại lượng kia càng kém chính xác. Biểu diễn dưới dạng toán học, nguyên lý bất định có dạng gọn gàng (x là vị trí, p là động lượng và h là hằng số Planck).

uncer_eqn

Sóng của hạt, nói một cách chữ nghĩa, là một sóng “không tồn tại”, nó không “có thực”. Bohr và Heisenberg cho rằng hàm sóng như của Schrödinger cho biết chính xác xác suất xuất hiện của hạt ở từng thời điểm chừng nào hạt chưa bị quan sát. Ngay khi hạt bị người quan sát “đo lường”, hàm sóng sẽ “sụp đổ (collapse)” và người quan sát sẽ thấy hạt electron ở một ví trí rất cụ thể.

*

Bạn có thể làm tình với một nửa của người con gái:  nửa trên hoặc nửa dưới; nửa trước hoặc nửa phía sau. Thậm chí, bạn có thể làm tình với một cô gái rưỡi.

Nhưng bạn không thể yêu một nửa người phụ nữ. Bạn phải yêu trọn vẹn người phụ nữ ấy. Bạn có thể yêu một, hai, hoặc ba phụ nữ. Nhưng phải yêu trọn vẹn từng người một.

Đó chính là lượng tử hóa tình yêu.

Sau khi lượng tử hóa tình yêu, ta có thể áp dụng nguyên lý bất định Heisenberg: bạn không thể biết chính xác được cùng một lúc cả vị trí và cường độ của tình yêu. Nếu bạn biết bạn đang yêu rất nhiều, có thể bạn sẽ không biết mình đang yêu …ai. Nếu bạn biết mình đang yêu ai, thì bạn sẽ không thể biết mình yêu người ấy nhiều đến bao nhiêu. Cho nên đừng bao giờ hỏi cô gái mình yêu, rằng em yêu anh nhiều bao nhiêu. Hãy để mọi thứ trong tình yêu là bất định.

Điều quan trọng nhất, tình yêu được diễn đạt bằng hàm sóng cực kỳ trừu tượng. Hàm sóng ấy chỉ xuất hiện trong tâm tưởng. Đừng để ai biết sự tồn tại của sóng tình yêu. Bởi ngay khi sóng ấy bị quan sát, nó sẽ sụp đổ. Nếu bạn  yêu ai, hãy giữ nó thật kín, đừng để tình yêu của mình bị quan sát và trở nên giống như con mèo của Schrödinger, một tình yêu vừa đang sống lại vừa đang chết.

(Nếu bạn là phụ nữ, hãy tự mình đổi nam thành nữ nữ thành nam trong đoạn văn trên. Hoặc giữ nguyên nếu bạn yêu những người cùng giới tính.)

PS:

Bầu trời chiều ẩn giấu” là một cuốn sách nhỏ, kiểu diễn nôm vắn tắt về lịch sử các phát minh khoa học tự nhiên.

Sách bắt đầu từ Thales của Hy Lạp (khoảng 2600 năm trước) và kết thúc bằng String Theory (Thuyết dây) và phiên bản của Edward Witten có tên gọi M-Theory (Thuyết M) ra đời năm 1995.

Sách tôi viết gần xong, chưa nghĩ chỗ in. Cũng có thể nhờ ai đó biết chế bản, làm thành ebook, rồi up lên mạng cho mọi người load về đọc cho vui.

Advertisements