Các phương trình đỉnh cao của mọi thời đại

1. Đồng hạng nhất - lý thuyết điện từ của Clerk Maxwell

D=p

B=0

E=-∂B/∂t

H= ∂D/∂t+j

Trong đó D là trường dịch chuyển (displacement field), E là điện trường (electric field), B là mật độ thông lượng từ (magnetic-flux density), H là cường độ từ trường (magnetic-field strength), p là mật độ điện tích tự do (free charge density) và j là mật độ dòng tự do (free current density).

Công thức này được nhà vật lý Scotland nổi tiếng James Clerk Maxwell viết ra năm 1873. Chúng mô tả sự biến đổi của một sóng điện từ - chẳng hạn một chùm sáng, một tia X hoặc một sóng viba - theo không gian và thời gian.

Điều thú vị về phương trình này là chúng cho thấy điện trường và từ trường - hai loại lực mà trước đó các nhà khoa học nghĩ rằng chẳng có quan hệ gì với nhau - thực ra lại có liên kết chặt chẽ. Sau phát hiện này, các nhà vật lý tiếp tục liên kết lực điện từ với hai loại lực khác của tự nhiên là lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu - hai lực tác động ở trong nhân của nguyên tử.

Kết quả của giả thuyết được gọi là Mô hình chuẩn của vật lý hạt (Standard Model). Thách thức lớn nhất đối với giới khoa học giờ đây là tìm hiểu rằng liệu lực hấp dẫn - loại lực cơ bản thứ tư trong tự nhiên - có liên quan với mô hình này hay không. Vì thế Maxwell thực chất là nhà vật lý đầu tiên tiến hành hợp nhất các lực của tự nhiên thành một khung lý thuyết đơn nhất.  

Phương trình của Maxwell được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp viễn thông, Chẳng hạn, để thiết kế các ăngten cho điện thoại di động của bạn.

2. Đồng hạng nhất - Phương trình của Euler

Phương trình được khám phá bởi nhà toán học Thụy Sĩ Leonhard Euler vào thế kỷ 18. Các nhà vật lý thích phương trình này bởi nó chứa đựng 9 khái niệm cơ bản của toán học trong một công thức duy nhất.

9 khái niệm này bao gồm: p bằng chu vi của một đường tròn chia cho đường kính của nó, i - là căn bậc hai của một số âm, và e - là số 2.71828. Sáu khái niệm còn lại là: phép nhân, cộng, phương trình, một, không và "phép tính số mũ".

Phương trình này có ích gì cho bạn? Chẳng gì cả. Công thức của Euler thuần túy là một công thức toán học không có liên quan hiển nhiên nào với thực tế, mặc dù nó được một số nhà vật lý đánh giá là "đẹp".

3. Định luật thứ hai của Newton

Công thức này mô tả một thực tế là nếu bạn dùng một lực (F) tác động lên một vật có khối lượng m, vật này sẽ đạt được một gia tốc a nào đó. Phương trình được Isaac Newton mô tả vào cuối thế kỷ 17 và là nền tảng của định luật thứ hai về chuyển động của ông.

Ích lợi của phương trình? Định luật hai của Newton có thể được dùng để giải thích bằng cách nào chiếc xe Mini Cooper mới cứng của bạn có thể tăng tốc từ 0 đến 60 dặm/giờ.

4. Định lý Pythagoras 

Một công thức học đường được ưa thích. Định lý Pythagoras giải thích về mối liên quan giữa các cạnh của một tam giác vuông. Nếu a và b là độ dài của hai cạnh ngắn hơn và c là độ dài của cạnh dài nhất, và muốn tìm ra độ dài của c, bạn chỉ việc tính tổng của bình phương hai cạnh ngắn và lấy căn bậc hai của tổng đó. Công thức này được nhà khoa học Hy Lạp cổ đại Pythagoras mô tả vào thế kỷ 6 trước Công nguyên.

Ứng dụng của phương trình này? Phương trình của Pythagoras hỗ trợ trong phép đo tam giác, giúp chỉ ra vị trí của một ai đó đang sử dụng điện thoại di động chỉ bằng cách sử dụng tín hiệu phản hồi từ 3 ăngten di động khác.

5. Phương trình của Schrödinger

Công thức được viết bởi nhà vật lý người Áo Erwin Schrödinger vào giữa những năm 1920. Nó mô tả phản ứng của các hạt hạ nguyên tử (như electron), và giúp đóng góp vào lý thuyết "cơ chế lượng tử".

Với các hạt nhỏ như electron, người ta không thể xác định đồng thời chính xác vị trí của chúng trong không gian cũng như tốc độ chuyển động của chúng. Tất cả những gì bạn có thể làm là giả định chúng đang ở một vị trí nào đó trong một khoảng thời gian nhất định. Ký hiệu Ψ trong phương trình được gọi là "hàm sóng" - mô tả xác suất vật thể tồn tại ở những điểm khác nhau trong không gian.

Ích lợi của phương trình? Phương trình của Schrödinger có nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử. Chẳng hạn, nó được Công ty Quantum Beam ở Cambridge sử dụng để xây dựng một hệ thống dựa trên laser, cho phép kết nối máy tính ở nhà của bạn với mạng Internet mà không cần dây dẫn.

6. Phương trình của Einstein

Công thức nổi tiếng của Einstein cho thấy khối lượng và năng lượng là không thể tách rời. Nếu một vật thể có khối lượng m, nó sẽ có năng lượng là E=mc², trong đó c là vật tốc ánh sáng. Vì c là cực lớn - ánh sáng di chuyển ở tốc độ 300 triệu mét mỗi giây - nên ngay cả những vật cực nhỏ cũng có năng lượng rất lớn.

Một cách tương đương, năng lượng cũng có khối lượng. Bạn có thể sẽ được nghe nhiều về phương trình này vào năm 2005, trong dịp kỷ niệm lần thứ 100 ngày Einstein khám phá ra nó như một phần trong thuyết tương đối của ông.

Ích lợi của phương trình này? E=mc² quyết định lượng năng lượng giải phóng ra khi các nguyên tử bị phân chia trong lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân.

Nguồn: vnexpress   11/10/2004