Sổ tay Giải đáp Thắc mắc Vật lí (Phần 2)

Vật lí là gì?

Vật lí là nghiên cứu cấu trúc của thế giới tự nhiên. Nó tìm cách lí giải các hiện tượng tự nhiên theo một cấu trúc lí thuyết toàn diện ở dạng thức toán học. Vật lí phụ thuộc vào thiết bị đo chuẩn xác, các phép đo chính xác, và biểu diễn các kết quả theo các thuật ngữ toán học. Nó mô tả và lí giải chuyển động của các vật chịu tác dụng lực. Vật lí tạo nên cơ sở của hóa học, sinh học, địa chất học, và thiên văn học. Mặc dù những khoa học này bao hàm nghiên cứu của các hệ phức tạp hơn nhiều so với các hệ mà nhà vật lí nghiên cứu, nhưng những phương diện căn bản đều xây dựng trên vật lí học.

Vật lí còn được áp dụng cho kĩ thuật và công nghệ. Vì thế, kiến thức vật lí là thiết yếu trong thế giới kĩ nghệ ngày nay. Vì những lí do này, vật lí thường được gọi là ngành khoa học cơ bản.

Vật lí học có những phân ngành nào?

Từ vật lí (physics) có nguồn gốc Hi Lạp là physis, nghĩa là tự nhiên. Aristotle (384–322 tCN) có viết một bộ sách nổi tiếng hàng đầu mang tựa đề Physics, một bộ gồm tám quyển sách là một mô tả chi tiết của chuyển động và các nguyên nhân của nó. Tựa đề tiếng Hi Lạp cổ của bộ sách được dịch tốt nhất là Triết học Tự nhiên, hay tác phẩm viết về tự nhiên. Vì lí do đó, những người nghiên cứu sự vận hành của tự nhiên được gọi là “Nhà triết học Tự nhiên”. Họ được đào tạo về triết học và tự nhận họ là nhà triết học. Một trong những quyển giáo khoa hiện đại buổi đầu dùng từ physics trong tựa đề của nó được xuất bản vào năm 1732. Cho đến thế kỉ mười chín thì những người nghiên cứu vật lí mới được gọi là nhà vật lí. Vào thế kỉ mười chín, hai mươi, và hai mươi mốt, vật lí học tỏ ra là một lĩnh vực nghiên cứu rất rộng và quan trọng. Do tầm bao quát mênh mông của vật lí học, các nhà vật lí ngày nay phải tập trung sức làm việc của nó vào một hoặc hai phân ngành gì đó của vật lí học. Những phân ngành quan trọng nhất của vật lí học được liệt kê dưới đây.

Cơ học lượng tử và thuyết tương đối – Cả hai lĩnh vực này nghiên cứu các mô tả và lí giải cách thức những hạt nhỏ tương tác (vật lí lượng tử), chuyển động của các vật gần bằng tốc độ ánh sáng (thuyết tương đối hẹp), và nguyên nhân và hệ quả của lực hấp dẫn (thuyết tương đối rộng).
Các hạt sơ cấp và các trường – Nghiên cứu các hạt là cơ sở của toàn bộ vật chất. Các tính chất của chúng và các tương tác của chúng đều được xét đến.
Vật lí hạt nhân – Nghiên cứu các tính chất của hạt nhân nguyên tử và các tính chất của proton và neutron cấu tạo nên chúng.
Vật lí nguyên tử và vật lí phân tử – Nghiên cứu các nguyên tử độc thân và các phân tử được tạo nên bởi những nguyên tử này. Nghiên cứu xét các tương tác lẫn nhau và tương tác với ánh sáng.
Vật lí vật chất ngưng tụ – Còn gọi là vật lí chất rắn, vật lí vật chất ngưng tụ là nghiên cứu các tính chất vật lí và tính chất điện của các vật liệu rắn. Một lĩnh vực nghiên cứu hấp dẫn là nghiên cứu các vật liệu nano, đưa đến sự phát triển của công nghệ nano.
Điện từ học và quang học – Nghiên cứu cách thức lực điện và lực từ tương tác với vật chất. Ánh sáng là một loại sóng điện từ, cho nên nó là một bộ phận của điện từ học.
Nhiệt động lực học và cơ học thống kê – Nghiên cứu nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến vật chất và nhiệt được truyền như thế nào. Nhiệt động lực học xét các vật vĩ mô; cơ học thống kê xét chuyển động nguyên tử và chuyển động phân tử của những số lượng rất lớn của hạt, bao gồm cả cách chúng bị ảnh hưởng bởi sự truyền nhiệt.
Cơ học – Nghiên cứu tác dụng của lực đối với chuyển động và năng lượng của các vật. Cơ học hiện đại chủ yếu nghiên cứu các chất lưu (động lực học chất lưu) và các hạt mịn (ví dụ như cát), đồng thời nghiên cứu chuyển động của các sao và thiên hà.
Vật lí plasma – Các plasma là gồm những nguyên tử tích điện. Vật lí plasma nghiên cứu các plasma trong đèn huỳnh quang, trong ti vi màn ảnh rộng, trong khí quyển của Trái đất, và trong các sao và vật chất giữa các sao. Các nhà vật lí plasma còn nghiên cứu chế tạo lò phản ứng nhiệt hạch có điều khiển để sản xuất điện.
Nghiên cứu giáo dục vật lí – Nghiên cứu cách người ta học vật lí và làm sao dạy vật lí cho họ học tốt nhất.
Âm học – Thanh học nghiên cứu các cách nhạc cụ tạo ra âm thanh. Âm học ứng dụng nghiên cứu làm thế nào thiết kế phòng hòa nhạc tối ưu nhất. Siêu âm học sử dụng sóng âm để ghi hình bên trong của kim loại, chất lỏng, và cơ thể người.
Thiên văn vật lí – Nghiên cứu các vật thể thiên văn, ví dụ như các hành tinh, các sao, và các thiên hà, tương tác với nhau như thế nào. Một ngành con là vũ trụ học, nghiên cứu sự ra đời của vũ trụ, các thiên hà, và các sao.
Vật lí khí quyển – Nghiên cứu bầu khí quyển của Trái đất và của những hành tinh khác. Ngày nay, đa số hoạt động nghiên cứu là khảo sát các nguyên nhân và hệ quả của sự ấm lên toàn cầu và biến đổi khí hậu.
Sinh lí học – Nghiên cứu các tương tác vật lí của các phân tử sinh học và ứng dụng của vật lí học trong sinh học.
Hóa lí học – Nghiên cứu các nguyên nhân vật lí của các phản ứng hóa học giữa các nguyên tử và phân tử, và cách sử dụng ánh sáng để tìm hiểu và gây ra những phản ứng này.
Vật lí địa cầu – Vật lí địa cầu là vật lí học của Trái đất. Nó nghiên cứu các lực và năng lượng tìm thấy bên trong Trái đất. Nhà vật lí địa cầu nghiên cứu các mảng kiến tạo, động đất, hoạt động núi lửa, và hải dương học.
Vật lí y khoa – Nghiên cứu phương thức sử dụng các quá trình vật lí để ghi ảnh của bên trong cơ thể người, đồng thời sử dụng bức xạ và các hạt năng lượng cao để điều trị những căn bệnh như ung thư.