Top 10 phát minh vĩ đại của Newton

Có lẽ chúng ta ai cũng biết đến thiên tài Issac Newton qua câu chuyện kinh điển “quả táo rơi vào đầu” làm nảy sinh ý tưởng về thuyết vạn vật hấp dẫn. Nhưng không chỉ vậy, ông còn là người có những phát minh vĩ đại, đem đến cho thế giới nhiều thành tựu quý giá.

Sinh ra là con của một người nông dân thất học nhưng ông đã từ giã cõi đời như một nhà bác học thật sự. Ông có kiến thức uyên thâm ở các lĩnh vực hóa học, toán học, vật lý học, thiên văn học và thần học. Dòng chữ “Let men rejoice that so great a glory of the human race has appearred” “Loài người nên hoan hỉ rằng một vinh quang lớn lao bực ấy của nhân loại đã xuất hiện” khắc trên mộ của Newton tại điện Westminster đã thể hiện sự kính nể của nhân loại đối với ông.

Bài viết này xin giới thiệu 10 thành tựu tiêu biểu trong cuộc đời ông.

10. Pháo quỹ đạo của Newton

Là một nhà vật lý, ông có niềm đam mê khám phá về cơ chế, tính chất hoạt động của trường lực trên trái đất. Trong việc lập ra thuyết vạn vật hấp dẫn, Newton đã hình dung một ngọn núi khổng lồ nơi ông đặt pháo quỹ đạo khổng lồ của mình. Tất nhiên là nhà khoa học không định gây chiến với ai đó ngoài vũ trụ cả. Thí nghiệm được sử dụng để đưa ra giả thuyết rằng vạn vật đều phụ thuộc vào lực hấp dẫn và nó là động lực quan trọng cho chuyển động của các hành tinh.

Nếu không có lực hấp dẫn hoặc sức cản không khí, quả pháo sẽ bay theo một đường thẳng từ trái đất. Nếu lực hấp dẫn tác động lên quá pháo, nó sẽ bay theo đường tùy thuộc vào vận tốc ban đầu của nó .

- Tốc độ thấp , nó chỉ đơn giản là sẽ rơi trở lại trên Trái đất. Nếu tốc độ là tốc độ quỹ đạo, nó sẽ đi lòng vòng xung quanh Trái đất theo một quỹ đạo tròn cố định giống như mặt trăng.

- Tốc độ cao hơn so với vận tốc quỹ đạo , nhưng không đủ lớn để rời khỏi trái đất hoàn toàn (thấp hơn vận tốc thoát ) nó sẽ tiếp tục xoay quanh Trái đất dọc theo một quỹ đạo hình elip.

- Tốc độ rất cao, nó thực sự sẽ rời khỏi quỹ đạo và bay ra ngoài vũ trụ.

Xuất bản lần đầu vào năm 1687 , phép vạn vật hấp dẫn của Newton đưa ra giả thuyết rằng tất cả các hạt tác dụng một lực hấp dẫn và lực hấp dẫn đã bị ảnh hưởng bởi cả khối lượng và khoảng cách phổ lệnh cho chuyển động của tất cả mọi thứ trong quỹ đạo. Einstein sau này đã cập nhật thêm một số các chi tiết của quan điểm này nhưng nhà vật lý thế kỉ 16 đã đặt nền móng vững chắc ban đầu.

9. Cửa cho mèo

Bộ óc vĩ đại của ông đã phát minh, lập ra nhiều thành tựu to lớn cho thế giới nhưng cũng chính bộ óc đấy lại có một phát minh nho nhỏ rất thú vị. Tuy không mang tầm vĩ mô như các thành tựu khác nhưng phát minh này cũng chiếm một phần quan trọng cho cuộc sống của chúng ta. Đó chính là cửa phụ cho thú cưng.

Một điều về Newton là ông không kết hôn và cũng không có nhiều mối quan hệ thân thiết cho lắm. Nhưng ông lại gắn bó nhiều với vật nuôi của mình là chó và mèo. Theo các sử gia thì ông là một người rất thương yêu động vật.

Có câu chuyện rằng khi ông đang làm thí nghiệm ở đại học Cambridge thì công việc bị gián đoạn liên tục bởi con mèo của ông cứ làm ồn và cào vào cửa văn phòng. Ông đã cho gọi một thợ mộc đến và làm 2 lỗ trên cửa của mình, một lỗ nhỏ cho mèo con và lỗ to cho mèo mẹ. Tất nhiên là lỗ bé chẳng có tác dụng khi cả 2 chú mèo đều đi qua đường lỗ to hơn. Cũng không có xác nhận chính xác rằng câu chuyện này có phải là thật không nhưng không thể phủ nhận được rằng cửa nhỏ vẫn đang tồn tại đến ngày nay và Newton là tác giả của phát minh thú vị này.

8. Đặt ra ba định luật chuyển động

Có thể vẫn tồn tại sự hoài nghi trong câu chuyện về vật nuôi và chiếc cửa của Newton nhưng thành tựu về lĩnh vực vật lý của ông thì quá rõ ràng và không ai có thể nghi ngờ. Ông đã tập hợp được ba định luật chuyển động, đặt nền tảng cho cơ học cổ điển. Ba định luật của Newton về chuyển động được phát biểu năm 1687 :

- Định luật 1 : Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.

- Định luật 2 : Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

- Định luật 3 : Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.

Nhìn thì có vẻ như rất đơn giản, nhưng các học giả từ thời cổ đã đã vật lộn với các khái niệm cơ bản của chuyển động trong nhiều thế kỷ. Triết gia Hy Lạp Aristotle nghĩ rằng khói di chuyển lên vì khói chủ yếu là không khí. Triết gia Pháp René Descartes đã tìm ra định luật chuyển động tương tự như các phần của định luật Newton thứ nhất và thứ ba, nhưng ông cho rằng chúng bắt nguồn từ năng lượng của Chúa.

Trải qua mấy thế kỷ, mặc dù ba định luật của Newton được phát biểu theo nhiều hình thức khác nhau nhưng bản chất không có gì thay đổi.

7. Giả kim thuật

Sự ham hiểu biết của Newton là vô hạn, ông còn dấn thân vào công việc tìm kiếm và chế tạo đá giả kim huyền thoại. Có nhiều sách, tài liệu, văn bản có những mô tả về lĩnh vực này. Nhưng đại khái bản chất là con người tạo ra được một hòn đá hoặc loại dung dịch có khả năng biến chì thành vàng, chữa bệnh … Nếu ai yêu thích seri truyện Harry Potter thì nó chính là viên đá phù thủy.

Tại sao một biểu tượng lớn của khoa học như Newton lại yêu thích giả kim thuật (đến bây giờ vẫn được coi là không thể có) ? Vấn đề chính là ở thời đại ông sống chính là vào thời đại cách mạng khoa học. Thuật giả kim bắt đầu được nghiên cứu theo các phương pháp phân tích hóa học, khoa học. Nó ở trong mắt nhà khoa học trở nên thực tế và là sự mong mỏi khám phá của ông chứ không phải tính huyền thoại như trước nữa.

Ông đã dành nhiều thời gian cho việc nghiên cứu này nhưng có lẽ đã không có nhiều kết quả khả quan. Cuối cùng thì ông cũng chỉ sản xuất ra được một loại hợp kim đồng tím, được coi là minh họa cho thuật giả kim.

6. Vi phân, tích phân

Những người không ưa gì vi phân tích phân trong toán học phổ thông có thể cũng sẽ không ưa thích Newton cho lắm khi biết ông là cha đẻ của chúng.

Giống như nhiều nhà khoa học của thời đại mình, Newton thấy rằng đại số và hình học đơn giản không đủ cho nhu cầu nghiên cứu khoa học của mình. Ví dụ như các nhà toán học có thể tính toán tốc độ của một con tàu nhưng họ không thể tìm ra được tốc dộ mà con tàu đang tăng tốc. Họ có thể đo được góc bắn pháo nổ trên thuyền nhưng không tính toán được ở đạn pháo sẽ bay bao xa ở góc đó. Tất cả những điều tày đòi hỏi phải có một phương tiện toán học khác để tính toán những vấn đề liên quan đến sự thay đổi biến.

Sự thúc đẩy cuối cùng mà Newton cần có là đợi bùng phát dịch hạch ở Anh mùa xuân năm 1665. Phải nghỉ một thời gian đợi dịch bệnh qua đi, ông đã có hơn 1 năm để tự do nghiên cứu và xây dựng một loại hình toán học mới. Đó chính là vi phân.

Ngày nay, chúng ta đã quá quen thuộc với môn toán nay, đó là một công cụ quan trọng với các nhà vật lý, kinh tế và các nhà khoa học xác suất. Trong những năm 1960, thậm chí nó còn giúp một kỹ sư vẽ được biểu đồ một chuyến đi từ trái đất đến mặt trăng.

Tuy nhiên trong thời gian đó nhà khoa học người Đức Gottfried Leibniz cũng có những nghiên cứu phát triển độc lập phương pháp này trong thời gian đó. Và fan hâm mộ của hai nhà khoa học đã tranh cãi khá nhiều xem thực sự ai mới là cha đẻ của vi phân. Tuy nhiên hai khổ chủ không bao giờ tranh cãi về vấn đề này và họ đều rất tôn trọng những thành tựu của nhau.

5. Cầu vồng

Đương nhiên là Newton không sáng tạo ra cầu vồng nhưng ông đã đem sự lý giải này đến với chúng ta. Năm 1704, ông đã viết một cuốn sách vể khúc xạ ánh sáng và đã thay đổi cách chúng ta suy nghĩ về màu sắc và ánh sáng.

Các nhà khoa học thời đó biết rằng cầu vồng được tạo ra bởi sự khúc xạ, phản xạ ánh sáng trong giọt mưa nhưng họ không lý giải được sao cầu vồng có nhiều màu sắc. Khi Newton bắt đầu nghiên cứu đầu tiên của ông ở Cambridge, lý thuyết phổ biến là nước đã nhuộm tia nắng mặt trời thành nhiều màu khác nhau bằng cách nào đó.

Nếu bây giờ nghe lý giải như thế thì chúng ta sẽ thấy có vẻ nực cười nhưng thực sự là hồi đó người ta chưa tìm ra được bất cứ lý giải logic nào. Newton đã sử dụng một bóng đèn vào một lăng kính, chạy ánh sáng trắng qua lăng kính để tách nó thành một cầu vồng nhiều màu sắc. Thủ thuật thí nghiệm ánh sáng qua lăng kính không có gì mới nhưmg các nhà khoa học đã giả định lăng kính màu ánh sáng. Bằng cách phản chiếu các tia sáng rải rác qua lăng kính khác, Newton đã lật lại vấn đề khi cho ra ánh sáng trắng, chứng minh rằng màu sắc là một đặc tính của ánh sáng.

4. Cải tiến kính thiên văn

Newton sinh ra ở cái thời mà kính thiên văn còn chưa được hoàn thiện hoàn toàn. Thông qua các thí nghiệm với màu sắc, Newton biết các ống kính khúc xạ các màu sắc khác nhau ở các góc độ khác nhau, tạo ra một hình ảnh mờ cho người xem.

Ông đã có một sự cải tiến, đề xuất sử dụng ánh sáng tương phản từ gương chứ không phải khúc xạ từ ống kính. Một tấm gương lớn sẽ chụp hình ảnh và một tấm gương nhỏ sẽ phản xạ đến mặt người nhìn. Phương pháp này không chỉ tạo ra một hình ảnh rõ ràng hơn mà còn giúp thu nhỏ kích cỡ kính thiên văn đi nhiều.

Một nhà toán học người Scotland đã đề xuất ý tưởng về kính thiên văn phản xạ đầu tiên nhưng Newton lại là người thực sự đã tạo ra được nó. Ông cho ra mắt mẫu thử nghiệm đầu tiên vào năm 1670 tại Hội Hoàng Gia. Kính thiên văn chỉ dài khoảng 15cm và có độ phóng đại khoảng 40 lần. Ngày nay, các nhà thiên văn học đều sử dụng loại kính thiên văn dựa trên mẫu ban đầu cơ bản của Newton.

3. Khắc phục hao hụt từ tiền xu

Khi được bổ nhiệm vào vai trò lãnh đạo xưởng đúc tiền Hoàng Gia – nơi sản xuất tiền xu của nước Anh. Ông đã dành 30 năm cuối đời để điều hành nơi này và đã cải tiến vài thứ để ngăn chặn nạn tiền giả. Cơ bản có thể nhìn nhận ông như một Batman ở thế kỉ 17.

Cuối những năm 1600, hệ thống tài chính nước anh lâm vào khủng hoảng toàn diện. Các đồng xu thì làm bằng bạc. Khi đúc các đồng xu, một vài đồng từ mỗi mẻ được đặt vào một hộp nhỏ (gọi là pyx) và sau đó cân để xem chúng bị lệch với chuẩn yêu cầu là bao nhiêu. Nếu đồng xu cân nặng hơn giá trị in trên mặt nó, những kẻ đầu cơ sẽ mua chúng, nấu chảy rồi bán lại cho chính xưởng đúc để kiếm lời, một quy trình gọi là culling.

Newton đã áp dụng “định luật làm lạnh” để làm chậm sự làm lạnh của đồng xu và giảm biến thể. Ông tính toán rằng cải tiến của Newton đã tiết kiệm được 41.510 bảng Anh thời đó, tương đương 3 triệu bảng ngày nay. Bốn lãnh đạo của xưởng sau Newton cũng áp dụng những kỹ thuật của ông và một lần nữa tiết kiệm gấp đôi số tiền. Nghĩa là Newton đã giúp tiết kiệm cho nước Anh khoảng 10 triệu bảng với giá trị đồng tiền hiện nay.

2. Sự mất nhiệt

Tìm hiểu của Newton về việc sự mất nhiệt đã giải quyết một vấn đề huyền bí với khoa học và những bộ não thông tuệ thời đó.

Newton đã rất quan tâm đến khía cạnh vật lý lạnh đi của chất. Cuối những năm 1700, ông đã tiến hành các thí nghiệm liên quan đến quả bóng sắt nóng. Ông thấy rằng khi sự khác biệt về nhiệt độ giữa bóng và không khí xung quanh là ít hơn 50 độ F, tốc độ mất nhiệt tỷ lệ thuận với sự khác biệt nhiệt độ.

Như vậy, định luật của Newton về trạng thái làm mát mà tốc độ mất nhiệt của cơ thể là tỷ lệ thuận với sự khác biệt về nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường xung quanh của nó. Nhà hóa học người Pháp Pierre Dulong và nhà vât lý Alexis Petit sau đó đã hoàn thiện nó năm 1817, nhưng nền tảng cơ bản công việc là từ Newton.

1. Dự đoán ngày tận thế

Con người luôn lo lắng về ngày tận thế của thế giới. Nhưng với Newton thì ông không chấp nhận nỗi sợ hãi đơn giản qua các câu chuyện hay huyền thoại. Ông là một người thực tế và đã tiến hành kiểm định, đưa ra những quan điểm riêng của mình dựa trên việc nghiên cứu Kinh thánh.

Để phục vụ nghiên cứu, Newton đã học tiếng Do Thái, và tập trung nghiên cứu triết học Do Thái bí truyền, những điều thần bí của Kabbala và Talmud. Tính toán của ông về ngày tận thế là dựa trên thông tin thu thập từ Sách của Daniel, trong đó dự báo ngày tận thế xảy ra 1.260 năm sau đó. Newton tính thời điểm tận thế bắt đầu từ thời kỳ của hoàng đế La Mã Charlemagne năm 800, nghĩa là ngày tận thế sẽ rơi vào năm 2060. Ông cho rằng có thể thời điểm sau đấy, nhưng không thể sớm hơn.

Nếu bạn tin tưởng Newton thì hãy yên tâm rằng năm 2012 chúng ta vẫn sẽ bình yên.

Tham khảo Genk, howstuffworks