Neue Theorie für Flüssigkeiten im 21. Jahrhundert
Lý thuyết mới về chất lỏng trong thế kỷ 21
本文已针对德语学习者进行翻译和简化,原文内容版权归 Quanta 所有。
选中单词或短语即可查词、翻译、高亮或添加笔记。
阅读进度
第 1/28 段
先读德语原文,需要时可展开任意段落下方的翻译。
越南语翻译
Từ năm 1800 đến đầu những năm 2000, các nhà vật lý vẫn dùng chung một lý thuyết để mô tả chất lỏng. Giờ đây, với một ý tưởng hiện đại, họ đã giải thích lại chất lỏng theo cách hoàn toàn mới — xây dựng từ cấp độ vi mô đi lên.
越南语翻译

越南语翻译
Deposit Photos/Alamy
越南语翻译
Nửa cuối thế kỷ 20 chứng kiến một bước ngoặt lớn trong vật lý. Các nhà khoa học nhận ra thế giới quanh ta được tạo nên từ thế giới vi mô của các phân tử, và thế giới phân tử ấy lại bắt nguồn từ một thế giới còn nhỏ hơn nữa của các hạt cơ bản. Nhận thức này đã làm thay đổi nhiều lý thuyết về vật chất.
越南语翻译
Thế nhưng lý thuyết về chất lỏng gần như không thay đổi. Các phương trình mô tả chất lỏng vẫn đơn giản và cũ kỹ: đó là các phương trình Navier-Stokes, được xây dựng lần đầu vào thế kỷ 19. Chúng dự đoán rất tốt cách chất lỏng chảy và xoáy, nhưng lại không phản ánh được bản chất rằng vật chất được cấu thành từ vô số phần tử nhỏ.
越南语翻译
Giờ đây các nhà vật lý đã có một lý thuyết giải thích được điều đó. Họ đã dành 20 năm để xây dựng lại lý thuyết chất lỏng từ nền móng. Trong quá trình này, họ đưa ra một định nghĩa hoàn toàn mới cho câu hỏi: chất lỏng là gì? Định nghĩa này dựa trên tính đối xứng — những đặc tính cơ bản của tự nhiên. Họ chỉ ra rằng các phương trình Navier-Stokes thực chất bắt nguồn từ các đối xứng đó, và vì vậy mới có hình thức như hiện nay.
越南语翻译
Khi đã hiểu rõ nguồn gốc của các phương trình Navier-Stokes, các nhà nghiên cứu có thể tiến xa hơn. Họ định nghĩa lại chất lỏng là gì và dự đoán những dạng hành vi mới nảy sinh từ chuyển động của các hạt vi mô.
越南语翻译
Điều thú vị là con đường dẫn đến hiểu biết này lại khá trớ trêu. Nó bắt đầu từ những nhà vật lý chuyên nghĩ về những thứ vô cùng lớn: hố đen và vũ trụ. Chính ý tưởng của họ đã giúp đưa lý thuyết chất lỏng bước vào thời hiện đại.
越南语翻译
Khởi đầu của khoa học về chất lỏng
越南语翻译
Trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học đã dần hiểu được những nguyên tắc cơ bản chi phối chất lỏng.
越南语翻译
Vào những năm 1750, nhà toán học Leonhard Euler đã lấy định luật hai của Newton — tức là F = ma — và điều chỉnh nó cho chất lỏng nhằm dự đoán chuyển động của chúng. Các phương trình của Euler mô tả hoàn hảo những chất lỏng “lý tưởng”, tức là không có độ nhớt. Độ nhớt có thể hiểu như độ dính bên trong chất lỏng. Nếu không có độ nhớt, dòng chảy có thể tiếp diễn mãi mãi.
越南语翻译
Đầu thế kỷ 19, Claude-Louis Navier và George Gabriel Stokes đã cải tiến các phương trình của Euler. Bộ phương trình mới mang tên Navier-Stokes có thể mô tả mọi chất lỏng, dù lý tưởng hay không. Nó giải thích được cách một chất lỏng lan tỏa trong chất lỏng khác, như giọt mực loang trong cốc nước, và cả hiện tượng ma sát. Ngay cả không khí, về mặt kỹ thuật cũng là một chất lỏng, cũng có ma sát.
越南语翻译

越南语翻译
George Gabriel Stokes (trái), nhà toán học và vật lý người Ireland, và Claude-Louis Navier, kỹ sư người Pháp, đã phát triển lý thuyết về chất lỏng vào thế kỷ 19. Archivio storico dell ’ Accademia delle Scienze; Public Domain
越南语翻译
Ngày nay, các nhà vật lý và kỹ sư dùng phương trình Navier-Stokes cho rất nhiều việc: thiết kế cánh máy bay và chân vịt tàu thuyền, dự báo vị trí bão đổ bộ, mô phỏng cách biến đổi khí hậu làm tăng nguy cơ hạn hán, cũng như dự đoán dòng chảy của dung nham, sự di chuyển của mây tro bụi và hoạt động bên trong các ngôi sao.
越南语翻译
Nhưng họ cũng hiểu rằng chất lỏng còn nhiều điều phức tạp hơn những gì Euler, Navier và Stokes từng biết.
越南语翻译
Các phương trình Navier-Stokes coi chất lỏng như một môi trường liên tục, chảy trơn tru dù phóng đại đến mức nào. Thực tế, chất lỏng được tạo thành từ các phân tử và nguyên tử. Khi nhìn ở cự ly rất gần, dòng chảy xuất hiện những dao động nhỏ do cấu trúc dạng hạt này gây ra, và các phương trình cổ điển không thể hiện được những dao động đó.
越南语翻译
“Navier-Stokes về cơ bản chỉ là một phép gần đúng”, Michael Landry, nhà vật lý tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), nhận xét. “Đó không phải là một phương trình chính xác tuyệt đối.”
越南语翻译
Vì vậy, lý thuyết chất lỏng trở thành một ngoại lệ. Trong suốt những năm 1900, con người liên tục khám phá cấu trúc thế giới ở những thang đo ngày càng nhỏ. Các nhà vật lý đã làm mới nhiều lý thuyết về vật chất để tính đến sự tồn tại của nguyên tử.
越南语翻译
Những lý thuyết mới này cũng chỉ là gần đúng, vì không ai có thể theo dõi từng nguyên tử riêng lẻ — điều đó là bất khả thi. Tuy vậy, qua nhiều thập kỷ, các nhà vật lý đã tìm ra cách viết lại và suy ra các lý thuyết theo hướng phù hợp hơn với thế giới nguyên tử.
越南语翻译
Đến những năm 1970, Kenneth Wilson, nhà vật lý tại Đại học Cornell, đã tập hợp các mảnh ghép đó thành một khung toán học hoàn chỉnh. Bằng những tính toán chính xác, Wilson chỉ ra rằng thế giới vi mô chỉ ảnh hưởng đến thang đo lớn mà chúng ta quan sát theo một số ít cách. Ông phát triển một phương pháp hoàn toàn mới để xây dựng các lý thuyết ở thang đo lớn, gọi là lý thuyết trường hiệu dụng. Phương pháp này trở thành nền tảng mới cho nhiều lĩnh vực vật lý và mang lại cho ông giải Nobel.
越南语翻译
Mọi chuyện bắt đầu từ nam châm.
越南语翻译
Đối xứng quan trọng hơn vật chất
越南语翻译
Từ những năm 1960, các nhà vật lý đã băn khoăn về một đặc tính chung của kim loại. Khi làm lạnh một kim loại, đến một lúc nào đó các nguyên tử của nó sẽ sắp xếp cùng hướng và kim loại trở nên có từ tính. Quá trình sắp xếp chung này luôn diễn ra với cùng một tốc độ, dù đó là sắt, niken, coban hay vật liệu khác. Đó là một câu đố chưa có lời giải.
越南语翻译
Cách tiếp cận của Wilson sau này đã giải thích vì sao lại như vậy. Chìa khóa nằm ở việc xem xét tính đối xứng của vật liệu.
越南语翻译

越南语翻译
Kenneth Wilson, nhà vật lý tại Đại học Cornell, nhận giải Nobel Vật lý năm 1982. Keystone Pictures USA/ZUMAPRESS
越南语翻译
Có thể hiểu đối xứng một cách đơn giản: đó là một phép biến đổi nhưng không làm thay đổi bản chất sự vật.
