Tư duy khoa học
Kiến thức bắt đầu với những quan sát và sự hiếu kì. Các nhà khoa học tổ chức tư duy của họ bằng cách sử dụng các quan sát, các mô hình, và các lí thuyết, như tóm tắt dưới đây.
Lí thuyết
Một lí thuyết là một tập hợp các ý tưởng, được nhiều nhà khoa học công nhận, phù hợp với nhau để giải thích một hiện tượng tự nhiên đặc biệt nào đó. Các lí thuyết mới thường phát sinh từ những lí thuyết cũ, mang lại những cái nhìn mới mẻ, đôi khi thay đổi triệt để, về vũ trụ. Một thí dụ như vậy, vẫn đang trong quá trình phát triển, là GUT, hay Lí thuyết Thống nhất Lớn, đang được nhiều nhà nghiên cứu thuộc nhiều lĩnh vực vật lí khác nhau ngày đêm tìm kiếm. Thông qua GUT, các nhà vật lí hi vọng một ngày nào đó có thể mô tả mọi hiện tượng vật lí trong vũ trụ bằng cách sử dụng cùng những bộ quy luật giống nhau.
Mô hình
Mô hình là sự biểu diễn của hiện tượng, và có thể có nhiều dạng thức khác nhau, bao gồm một danh sách các quy tắc, các nét vẽ bút chì trên một mảnh giấy, một vật thể có thể thao tác được, hoặc một công thức toán học. Một quan sát có thể được giải thích bằng nhiều mô hình; tuy nhiên, trong đa số trường hợp, một loại mô hình nào đó có hiệu quả hơn những loại khác.
Quan sát
Một quan sát là thông tin thu thập bằng cách sử dụng một hoặc nhiều trong năm giác quan của chúng ta. Các quan sát có thể mang lại nhiều sự giải thích, vì những người tham gia cùng một sự kiện thường tường thuật những thứ khác nhau. Phải mất hàng trăm quan sát về một hiện tượng nào đó mới phát triển được một lí thuyết. Có hai loại quan sát có thể thực hiện. Thứ nhất là quan sát định tính, tức là mô tả bằng lời thôi: “Một cái lông chim đang rơi từ từ xuống đất”. Thứ hai là quan sát định lượng, tức là sử dụng các con số và đơn vị đo: “Hòn đá rơi với tốc độ 2 m/s”.
Hình 1.4 Chắc hẳn bạn đã từng nghe nói đến thuyết tương đối đặc biệt của Einstein. Một phần của lí thuyết trên phát biểu rằng tốc độ ánh sáng, c, là cái duy nhất trong vũ trụ là hằng số. Mọi số đo khác là mang tính tương đối, phụ thuộc vào hệ quy chiếu của nhà quan sát. Công thức (mô hình) nổi tiếng của lí thuyết trên là E = mc2.
Hình 1.5 “Mô hình tấm cao su” này thường được sử dụng để mô tả quan niệm của Albert Einstein về không gian cong. Mô hình cho thấy một khối lượng ở giữa có thể làm cho không gian xung quanh khối lượng đó cong đi.
Hình 1.6 Các quan sát có thể là định lượng hoặc định tính. Người đi xe đạp có thể xác định tốc độ của cô ta bằng cách áp dụng mô hình toán học, v = Dd/Dt, cho số liệu khoảng cách và thời gian có thể quan sát được của cô ta.
Các nghề vật lí
Mục tiêu kĩ năng
- Khởi động và lên kế hoạch
- Tiến hành nghiên cứu
Khi bạn đọc phần giới thiệu này, thế giới trước mắt bạn, từ các chu kì tự nhiên của thời tiết cho đến các linh kiện viễn thông công nghệ cao, đều hoạt động trên các nguyên lí cơ bản của vật lí học. Phạm vi bao quát của vật lí học có thể diễn đạt thành một danh sách rất dài gồm các nghề nghiệp có liên quan đến nghiên cứu vật lí. Thí dụ, bạn có thích đến ngồi trong rạp hát không? Kiến thức về sự hoạt động của các loại đèn là cái không thể thiếu đối với các kĩ thuật thắp sáng phức tạp trong các rạp hát ngày nay. Bạn có phải là một nhạc sĩ không? Bạn có thể thu được những hiệu ứng âm nhạc tốt hơn bằng cách hiểu rõ hơn về bản chất của âm thanh. Hãy nghiên cứu biểu đồ ở bên, lưu ý đến những cơ hội nghề nghiệp thuộc lĩnh vực vật lí học sử dụng phần nhiều kiến thức và kĩ năng mà bạn học được trong khóa học này. Hãy xem xét một hoặc nhiều nghề có thể khiến bạn bị cuốn hút, và bắt đầu tìm hiểu những yêu cầu giáo dục để đạt tới mục tiêu nghề nghiệp đó. Những người thành công và hạnh phúc nhất trong con đường sự nghiệp là những người thật sự yêu thích công việc của mình, chứ không phải vì công việc đó họ làm tốt, bạn hãy ghi nhớ điều đó khi lựa chọn các cơ hội nghề nghiệp cho bản thân mình.
1. Công nghệ nano là gì? Hãy trích dẫn những thí dụ đặc biệt cho thấy công nghệ này có thể ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta như thế nào.
2. Bạn định nghĩa vật lí như thế nào?
3. Vì sao các nhà khoa học sử dụng phương pháp khảo sát khoa học để nghiên cứu các vấn đề?
4. Sự khác biệt giữa một mô hình, một lí thuyết và một quan sát là gì? Mỗi khái niệm có tầm quan trọng như thế nào?
5. Mô tả sự khác biệt giữa sự quan sát định tính và quan sát định lượng. Cho thí dụ cho mỗi trường hợp.
SGK vật lý 11, McGraw-Hill Ryerson
