Những con số làm nên vũ trụ - Phần 34

Charles-Augustin de Coulomb

Trong khi những nhà thực nghiệm đang tìm kiếm những phương pháp mới trữ và phát điện, thì những người khác đang cố gắng lí giải và tìm hiểu nó. May thay, đã có một tiêu chuẩn vàng cho các lí thuyết vật lí – định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Newton tuyên bố rằng lực hấp dẫn giữa hai vật tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Công thức này có thể là kết quả của hai giả thuyết cơ bản. Thứ nhất là nếu một trong hai khối lượng tăng lên gấp đôi, thì lực hấp dẫn giữa hai vật đó cũng tăng lên gấp đôi. Thứ hai là cho dù lực hấp dẫn là cái gì đi nữa, vì nó phát ra từ một điểm, nên nó tỏa ra trên diện tích của một quả cầu. Diện tích bề mặt của hình cầu thì tỉ lệ với bình phương của bán kính, cho nên nếu khoảng cách giữa hai khối lượng tăng lên gấp đôi, thì diện tích mặt cầu, cái bao xung quanh vật chất gây ra lực hấp dẫn tăng lên bốn lần, làm loãng vật chất đó đi bốn lần.

Ở đây, tôi hơi xấc xược khi trình bày cách Newton có lẽ đã từng nghĩ, nhưng đó là một cách tiếp cận khá thực tế, và nếu nó xảy ra với tôi thì chắc chắn nó từng xảy ra với những người khác nữa. Dẫu sao, lực điện và lực từ có thể là đối tượng của hai giả thuyết trên: tăng gấp đôi vật chất (điện tích hay từ tích) của một trong hai vật thì lực tăng gấp đôi, tăng gấp đôi khoảng cách giữa chúng thì lực giảm đi bốn lần.

Nhân vật đã tiến hành thành công những thí nghiệm cần thiết để chứng minh những định luật này cho cả lực điện và lực từ là Charles- Augustin de Coulomb, một nhà vật lí người Pháp thế kỉ mười tám. Dụng cụ nghiên cứu chính của Coulomb là cái chúng ta đã thấy trước đây: cái cân xoắn do John Michell nghĩ ra và đã được Henry Cavendish sử dụng để cân Trái đất. Tuy nhiên, nhiệm vụ của Coulomb dễ hơn nhiều so với nhiệm vụ của Cavendish, vì lực điện từ mạnh hơn rất nhiều so với lực hấp dẫn. Thật vậy, nó mạnh hơn đến mức những sự lệch biểu kiến của cân xoắn từ những lượng điện tích hay từ tích rất nhỏ có thể dễ dàng đo được trong phòng thí nghiệm, thậm chí trong phòng thí nghiệm ở trường phổ thông.

Coulomb đã ghi lại vô số ghi chú về những nghiên cứu của ông về độ lớn của lực điện và lực từ. Dưới đây là một ví dụ trích từ Hồi kí Thứ nhất của ông, theo đó ông đã tích điện giống nhau cho hai quả cầu và đo khoảng cách của chúng. Tôi đã chỉnh lí dữ liệu có liên quan cho đơn giản đi nhiều.

Lưu ý rằng khoảng cách ban đầu giảm đi một nửa (hay gần như thế) trong mỗi hàng phía dưới, và độ lệch tăng lên gấp bốn lần, giống hệt như định luật nghịch đảo bình phương dự đoán. Gần một thế kỉ sau, James Clerk Maxwell (nhân vật sẽ trở thành quan tòa tối cao của mọi thứ thuộc về điện từ học) đã viết rằng Coulomb “không thể đánh giá quá cao sự tinh xảo và khéo léo của thiết bị của ông, độ chính xác của những quan sát của ông, và phương pháp nghiên cứu nghe có vẻ khoa học của ông”.

Thật vậy, có một sự liên quan chặt chẽ giữa công trình của Michell và Cavendish, và những nghiên cứu của Coulomb. Sự quan tâm ban đầu của Coulomb là cân xoắn, và rất có thể cái cân xoắn mà Michell chế tạo và Cavendish sử dụng là đã được Coulomb thiết kế. Cavendish đã nhắc tới Coulomb trong Kỉ yếu Triết học vào năm 1798. “Cách đây nhiều năm, đức cha John Michell… có tính toán trước một phương pháp xác định tỉ trọng của Trái đất…nhưng, vì ông dành thời gian cho những mục tiêu theo đuổi khác, nên ông đã không hoàn thành thiết bị đó mãi cho đến trước khi ông qua đời không bao lâu… Ông Coulomb, trong nhiều trường hợp đa dạng, đã sử dụng một thiết bị thuộc loại này để thử những lực hút nhỏ…”

Những con số làm nên vũ trụ
James D. Stein
Bản dịch của Thuvienvatly.com

<< Phần trước | Phần tiếp theo >>