- Các lĩnh vực nghiên cứu của Vật lí học:

+ Vật lí thiên văn và vũ trụ học;

+ Vật lí hạt cơ bản và năng lượng cao;

+ Vật lí nano;

+ Vật lí laser;

+ Vật lí bán dẫn;

+ Vật lí y sinh.

- Các nhà khoa học trong các lĩnh vực vật lí nghiên cứu thông qua thí nghiệm hoặc các mô hình toán học.

- NASA phóng tàu tiếp cận mặt Trời ở khoảng cách gần chưa từng có (2018):

+ Vào 3h31 sáng 12/8 theo giờ địa phương, NASA đã phóng thành công tên lửa Delta IV Heavy mang tàu thăm dò Parker Solar Probe vào vũ trụ. Sứ mệnh được các nhà khoa học giao phó cho Parker là tiếp cận Mặt trời gần hơn bất cứ tàu thăm dò nào trước đây từng làm.

+ Việc tiếp cận ở khoảng cách gần chưa từng có như vậy giúp chúng ta nhận được nhiều thông tin quan trọng hơn về Mặt trời, để có thể giải đáp nhiều bí ẩn chưa được sáng tỏ. Chẳng hạn vì sao nhiệt độ ở vành nhật hoa lại nóng hơn nhiều so với bề mặt của Mặt trời – đây là câu hỏi sẽ được giải đáp trong thời gian tới.

- Tàu thăm dò của NASA tìm thấy một "siêu Trái Đất" (2018)

+ TESS là tàu săn hành tinh "mới toanh" được NASA phóng lên vũ trụ vào ngày 18/04/2018, nhiệm vụ của nó là theo dõi hơn 200.000 ngôi sao sáng nhất trên bầu trời và xác định các hành tinh quay xung quanh chúng.

+ Không phụ kỳ vọng của các khoa học gia đặt vào mình, vào tháng 9 mới đây, TESS đã khám phá ra hành tinh Pi Mensae c với kích cỡ lớn gấp 2,1 lần Trái Đất, và khối lượng gấp 4,8 lần. Hành tinh có quỹ đạo quay xung quanh một ngôi sao lùn với chu kỳ là 6,27 ngày, và cách chúng ta 60 năm ánh sáng.

+ Pi Mensae c có thể được định nghĩa như một "siêu Trái Đất", thuật ngữ dùng để chỉ những hành tinh đá có khối lượng lớn hơn Trái Đất.

- Tàu thăm dò Insight hạ cánh thành công xuống bề mặt sao Hỏa (2018)

+ Lần thứ 8 trong lịch sử, một tàu thăm dò mới của NASA lại hạ cánh thành công trên bề mặt "hành tinh đỏ". Đó là vào ngày 27/11/2018, tàu thăm dò InSight sau 6 tháng du hành trong vũ trụ đã đáp xuống an toàn trên bề mặt đầy bụi của sao Hỏa.

+ Từ đây, InSight sẽ bắt đầu tiến hành các hoạt động khảo sát địa chất sao Hỏa, để giúp chúng ta có cái nhìn chi tiết hơn về quá trình hình thành của hành tinh này. Từ đó có thể khoa học sẽ suy ngược phần nào về sự hình thành của chính Trái Đất.

- Trung Quốc phóng tàu thăm dò lên vùng tối của Mặt Trăng (2018)

+ Ngày 08/12/2018, ngành Khoa học vũ trụ Trung Quốc đã có thêm một bước tiến lớn, khi tên lửa chở tàu thăm dò Mặt trăng đã được phóng lên thành công. Sự kiện này nằm trong Sứ mệnh Hằng Nga-4, nhằm đặt một tàu thăm dò tại vị trí hố thiên thạch Von Kármán thuộc vùng tối của Mặt trăng.

+ Von Kármán được chọn làm điểm nghiên cứu bởi đây là một trong những hố thiên thạch lâu đời nhất trên bề mặt vệ tinh của chúng ta, vốn có thể được hình thành do va chạm thiên thạch cách đây hàng tỷ năm trước.

+ Ngoài nhiệm vụ phân tích lớp đất đá, thì con tàu còn đem theo hạt giống cải và 3kg khoai tây để tiến hành các thử nghiệm về sự phát triển của hạt giống và quá trình quang hợp trên mặt Trăng.

Vật lí hạt cơ bản là một ngành của vật lí nghiên cứu về các hạt sơ cấp chứa trong vật chất và bức xạ, cùng với những tương tác giữa chúng. Nó còn được gọi là vật lí năng lượng cao bởi vì rất nhiều hạt trong số đó không xuất hiện ở điều kiện môi trường tự nhiên, mà chỉ được tạo ra hay phát hiện trong các vụ va chạm giữa các hạt, nhờ các máy gia tốc.

Các hạt cơ bản cấu tạo nên vật chất được phân loại thành 2 loại hạt:

- Hạt cơ bản hay còn gọi là hạt sơ cấp là những hạt không thể chia nhỏ hơn được nữa.

- Hạt tổ hợp là những hạt được cấu thành bởi các hạt khác như proton, neutron, được cấu thành từ các hạt quark.

Ví dụ: proton, neutron được cấu thành từ hạt quark.

Vật liệu kích cỡ nano có những tính chất rất khác biệt vì kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính chất khác biệt bắt đầu từ nguyên nhân này.

Vật liệu nano là một loại vật liệu mới có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng,…có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước của chúng so sánh được với kích thước của tế bào khoảng từ 1 nanomét đến 100 nanomét (1nm = 10-9m).

Các nhà khoa học nghiên cứu vật liệu nano bằng cách sử dụng lí thuyết, bằng thực nghiệm thông qua các thiết bị hiện đại như kính hiển vi điện tử có khả năng quan sát đến kích thước cỡ nguyên tử hay phân tử và mô phỏng trên máy tính.

Vật liệu nano được ứng dụng trong mọi lĩnh vực, ví dụ:

- Y sinh học: Các hóa chất và dược phẩm kích cỡ nano khi đưa vào cơ thể, giúp can thiệp ở quy mô phân tử hay tế bào dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư, …

- Năng lượng: Sử dụng các vật liệu nano chế tạo các loại pin, tụ điện làm tăng tính hiệu quả dự trữ điện năng hoặc tạo ra vật liệu siêu dẫn.

- Môi trường: giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác động môi trường.

- Công nghệ thông tin: dùng vật liệu nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ, chế tạo màn hình máy tính, điện thoại và chế tạo các vật liệu siêu nhẹ, siêu bền được sử dụng để sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…

Ưu điểm của laser so với ánh sáng thông thường: cho phép tập trung năng lượng rất lớn, đồng thời nó có tính đơn sắc và định hướng cao nên có thể chiếu rất xa mà không bị phân tán hay tán xạ khi truyền qua mặt phân cách giữa các môi trường.

Laser là từ viết tắt tiếng Anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cảm ứng), là nguồn ánh sáng thu được nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra khi kích hoạt các phần tử của một môi trường vật chất.

Laser được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực:

- Trong công nghiệp chế tạo, laser được sử dụng để cắt kim loại.

- Trong y học, laser được sử dụng như một dao mổ để phẫu thuật. Kĩ thuật phẫu thuật này giảm thời gian hồi phục và biến chứng sau phẫu thuật. Bệnh nhân sẽ ít phải chịu đau đớn hơn so với phẫu thuật bằng dao mổ truyền thống.

- Trong viễn thông, laser được ứng dụng để truyền tin tức. Các thiết bị viễn thông laser có kích thước nhỏ gọn, nhẹ và tiêu thụ ít năng lượng. Dải sóng truyền tin của laser lớn hơn so với truyền tin bằng sóng điện từ nên truyền được nhiều kênh thông tin hơn so với hệ thống vô tuyến.

- Trong nghiên cứu vũ trụ: laser được sử dụng để đo những khoảng cách cực lớn, xác định vị trí của các vật thể trong vũ trụ, theo dõi, điều khiển và liên lạc với các tàu vũ trụ.

- Ứng dụng của vật lí bán dẫn trong đời sống và khoa học, kĩ thuật.

 + Chất bán dẫn là một trong những nhân tố quan trọng để tạo ra các linh kiện hoàn chỉnh như diode, transistor, các loại thẻ nhớ, SSD, HDD,…. Các linh kiện này thông qua sự phối hợp, lắp ghép và liên kết với nhau sẽ tạo nên những bản mạch điện tử.

- Chất bán dẫn giúp tạo nên những thiết bị điện như rơle bán dẫn, linh kiện bán dẫn, bóng bán dẫn, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến đo mức, diot bán dẫn, bộ chuyển đổi tín hiệu, CT dòng, PLC, biến tần,…

- Chất bán dẫn có vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, internet, thiết bị trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe, xe lửa, …

- Kể từ khi phát minh ra các thiết bị bán dẫn điện ở Hoa Kỳ vào những năm 1940, sự phát triển công nghệ cũng đã trải qua ba thế hệ:

+ Thế hệ đầu tiên bao gồm đa tạp, điốt silicon và thyristor, được đại diện bởi các thyristor dựa trên silicon. Tính năng chính là bán điều khiển, chỉ có thể điều khiển dẫn.

+ Thế hệ thứ hai chủ yếu dựa trên các vật liệu silicon, bao gồm MOSFET, GTO, IGBT và IGCT. Tính năng chính là nó không chỉ có thể điều khiển bật mà còn có khả năng tắt tự động, có thể nhận ra chuyển đổi miễn phí và tần số cao hơn.

+ Thế hệ thứ ba của chất bán dẫn, chủ yếu là vật liệu dải rộng, bao gồm vật liệu SiC, GaN, … Mặc dù vật liệu và thiết bị SiC bắt đầu nghiên cứu vào những năm 1980, sự phát triển nhanh chóng thực sự vẫn là sau năm 2000, mặc dù có các sản phẩm SiC SBD và MOSFET, nhưng khi đó công nghệ chưa trưởng thành.

Nội dung nghiên cứu của vật lí y sinh rất rộng, như cơ chế sinh bệnh và tác dụng của các yếu tố từ môi trường và các yếu tố vật lí, các kĩ thuật chẩn đoán và điều trị bệnh hiện đại. Những năm gần đây, vật lí y sinh còn nghiên cứu chế tạo các thiết bị hỗ trợ, phục hồi chức năng vận động và thiết bị nano để điều hòa chức năng sinh học, như:

+ Laser trị liệu, điện trị liệu, từ trị liệu, quang trị liệu, siêu âm trị liệu và sóng ngắn trị liệu.

+ Các kĩ thuật như khuếch đại PCR có thể dùng để xem kết quả thí nghiệm bằng mắt thường hoặc với thiết bị phóng đại quang học. Bằng kĩ thuật này, giúp nghiên cứu hệ thống tương tác phúc tạp trong các tiến trình tạo ra sự sống.

* Trả lời:

- Một số công nghệ mới trong vật lí laser:

+ Máy đo cự ly hàng không đo chính xác cự ly từ máy bay đến mục tiêu trên mặt đất, nâng cao độ trúng đích khi ném bom.

+ Rada laser có độ chính xác cao hơn rada thông thường, có thể hướng dẫn hai tàu vũ trụ ghép nối chính xác trên không gian.

+ Máy bay chiến đấu bay ở tầm siêu thấp, nếu trang bị rada laser có thể né chính xác tất cả chướng ngại vật, kể cả đường dây điện.

+ Bom có lắp thiết bị dẫn đường và đuôi có lắp hệ thống lái điều khiển bằng laser sẽ tự động tìm kiếm và đánh trúng mục tiêu.

+ La bàn laser thay thế la bàn phổ thông, để đo phương vị máy bay, dùng trong máy bay phản lực cỡ lớn và máy bay chiến đấu tính năng cao.

+ Vũ khí laser công suất thấp làm loá mắt đối phương, dùng trong tác chiến gần, khoảng cách chỉ vài km, có thể xách tay, lắp trên xe tăng, máy bay trực thăng.

+ Vũ khí laser năng lượng cao dùng chùm tia laser cực mạnh chiếu đến một điểm trên mục tiêu để vật liệu chảy ra hoặc khí hoá, bằng cách đó, chùm tia laser mạnh có thể phá huỷ đường điện, gây cháy thùng nhiên liệu máy bay…

+ Vũ khí laser lắp đặt trên vệ tinh hay máy bay có thể bắn hạ tên lửa đạn đạo và vệ tinh đối phương, ngăn chặn các vật thể vũ trụ va chạm với Trái Đất. Các nhà khoa học Nga và tại Đại học Kỹ thuật Không quân Trung Quốc đã đề xuất dùng tia laser khổng lồ phá hủy vệ tinh cũ và các loại rác vũ trụ khác để dọn sạch quỹ đạo Trái Đất.

 Quá trình phát triển của Vật lí

Sơ đồ dưới đây thể hiện ba mốc thời gian quan trình trong quá trình phát triển của Vật lí bao gồm: giai đoạn Tiền Vật lí, Vật lí cổ điển, Vật lí hiện đại.

II. Vai trò của Vật lí đối với khoa học, kỹ thuật và công nghệ

- Vật lí được coi là cơ sở của khoa học tự nhiên. Các khái niệm, định luật, nguyên lí của vật lí thường được dùng để giải thích cơ chế của các hiện tượng tự nhiên từ trong thế giới sinh học đến các phản ứng hóa học đến các hiện tượng trong vũ trụ.

- Có rất nhiều lĩnh vực liên môn như Vật lí sinh học, Vật lí địa lý, Vật lí thiên văn, Hóa lí, Sinh học lượng tử, Hóa học lượng tử.

- Vật lí là cơ sở của công nghệ.

+ Máy hơi nước James Watt (Giêm Oát) ra đời năm 1765 dựa trên nghiên cứu về Nhiệt của Vật lí. Sáng chế này đã tạo nên bước khởi đầu cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ nhất, thay thế sức lực cơ bắp bằng sức lực máy móc.

+ Năm 1831, việc Faraday phát hiện hiện tượng cảm ứng điện từ giúp cho máy phát điện ra đời và cũng là cơ sở cho cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ hai vào cuối thế kỉ XIX. Đặc trưng của cuộc cách mạng công nghiệp lần hai là sự xuất hiện ngày càng nhiều các thiết bị dùng điện.

+ Vào những năm 70 của thế kỉ XX, nhờ những thành tựu nghiên cứu về điện tử, chất bán dẫn và vi mạch, cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ ba được diễn ra với đặc trưng là tự động hóa trong quá trình sản xuất.

+ Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư được cho là bắt đầu vào đầu thế kỉ XXI với đặc trưng là sử dụng trí tuệ nhân tạo, robot, internet toàn cầu, công nghệ vật liệu siêu nhỏ, bóng đèn thông minh, điện thoại thông minh, nhà ở thông minh.

- Mọi thiết bị mà con người sử dụng hằng ngày đều ít nhiều gắn bó với các thành tự Vật lí. Tuy nhiên việc ứng dụng những thành tựu vào công nghệ không chỉ mang lại lợi ích cho nhân loại mà còn làm ô nhiễm môi trường sống, hủy hoại hệ sinh thái nếu không sử dụng đúng phương pháp, đúng mục đích.

Xem thêm các bài viết liên quan,chi tiết khác:

Lý thuyết Vật Lí 10 Bài 1: Làm quen với Vật lí

Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 1: Làm quen với Vật Lí