Các bài viết: Vật Chất Cơ Sở & Phi Vật Chất Trong Vũ Trụ, Nguyên Lý Thống Nhất Tương Tác Trong Vũ Trụ, Quy Luật Phân Bố Vật Chất Trong Vũ Trụ, đã định nghĩa các đại lượng “năng phần”, “mật độ năng phần”, “cường độ năng phần”, đã khẳng định “tương tác phân tranh” là tương tác cơ bản duy nhất trong Vũ Trụ, “lực phân tranh” là lực tương tác cơ bản duy nhất trong Vũ Trụ, đã xác định công thức tính “năng phần” và “cường độ năng phần”. Trong bài viết này sẽ giới thiệu công thức tính “lực phân tranh”, tức là một công thức được áp dụng cho mọi lực tương tác cơ bản như lực điện từ, lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu, lực trọng trường, v.v.
Tóm lược nội dung các bài trước có liên quan đến lực phân tranh:
Thế giới vật chất trong Vũ Trụ và hạt sơ cấp: Thế giới vật chất trong Vũ Trụ chỉ có một chất liệu duy nhất mà tôi đặt tên cho nó là vật chất A, các bạn có thể đặt cho nó một cái tên tùy ý. Vật chất A này tồn tại dưới dạng vô số hạt vật chất sơ cấp riêng biệt (còn gọi là phần tử). Mỗi hạt sơ cấp là một tồn tại độc lập sở hữu bỡi chính nó. Các hạt sơ cấp không thể hòa nhập thành một hạt sơ cấp. Vật chất A thuộc hạt sơ cấp này không hòa nhập với vật chất A thuộc hạt sơ cấp kia. Mỗi hạt sơ cấp không thể chia tách thành các hạt sơ cấp khác. Mỗi hạt sơ cấp là một trường liên tục vật chất A chiếm đầy không gian của hạt, có lượng vật chất A không đổi. Có vô số hạt sơ cấp có khối lượng từ rất nhỏ đến rất lớn. Bất cứ hạt sơ cấp có khối lượng lớn hay nhỏ, nó cũng có thể tồn tại dưới dạng một điểm hoặc có thể tích nhỏ hoặc thể tích lớn. Vật chất trong mỗi hạt sơ cấp được phân bố lớn nhất tại một điểm, nên được gọi là tâm của hạt, và phân bố giảm dần khi càng xa tâm theo quy luật tỷ lệ nghịch bình phương khoảng cách đến tâm. (Xem hình minh họa H2). Sự phân bố này luôn có khuynh hướng sao cho tâm của hạt trùng với trọng tâm không gian của hạt. Ví dụ như hạt có hình cầu thì tâm của hạt luôn có khuynh hướng trùng với tâm của hình cầu. (Xem hình minh họa H4-2). Giữa một hạt sơ cấp với các hạt sơ cấp xung quanh không có bất cứ khoảng hở nào, nghĩa là trong Vũ Trụ không có bất cứ vị trí nào không có vật chất A. Như vậy, trong Vũ Trụ, các hạt sơ cấp sắp xếp hạt này trong hạt kia hoặc đan xen một cách liên tục không có bất cứ khoảng trống nào.
Năng phần: Năng phần của một vùng không gian là tổng giá trị vật chất A trong vùng không gian đó. Mỗi hạt sơ cấp (còn gọi là phần tử) có một đại lượng biểu thị cho nó, được gọi là năng phần của hạt sơ cấp. Năng phần của một hạt sơ cấp là tổng giá trị vật chất A thuộc sở hữu của hạt sơ cấp đó.
Năng phần của mỗi hạt sơ cấp thì không đổi.
(Chữ “năng” không có nghĩa là năng lượng. “Năng phần” là một danh từ mới).
Mật độ năng phần: Mật độ năng phần của một vùng không gian là đại lượng đo bằng tỷ số giữa năng phần của vùng không gian đó và thể tích của vùng không gian đó. Mật độ năng phần của hạt sơ cấp là đại lượng đo bằng tỷ số giữa năng phần của hạt sơ cấp và thể tích không gian của hạt sơ cấp đó.
Cường độ năng phần: Cường độ năng phần tại một điểm là giá trị vật chất A tại điểm đó. Cường độ năng phần tại một điểm thuộc không gian của một hạt sơ cấp là giá trị vật chất A thuộc sở hữu của hạt sơ cấp đó tại điểm đó.
Mặt đồng mức: Trong một hạt sơ cấp, tập hợp mọi điểm có cùng cường độ năng phần là một mặt. Mặt mà mọi điểm của nó có cùng cường độ năng phần được gọi là mặt đồng mức. Trong một hạt sơ cấp, các mặt đồng mức không cắt nhau. Hình dạng của các mặt đồng mức của một hạt sơ cấp phụ thuộc vào sự phân tranh của các hạt sơ cấp khác xung quanh nó và các hạt sơ cấp nằm trong nó. Đường đồng mức là đường giao nhau giữa một mặt phẳng với mặt đồng mức. Đường đồng mức xích đạo là đường giao nhau giữa một mặt phẳng qua tâm của hạt với mặt đồng mức. (Xem hình minh họa H5).
Tương tác phân tranh: Hạt này chen lấn hoặc và chiếm lấy không gian của hạt kia do sự chênh lệch cường độ năng phần tại mỗi điểm ở mặt tiếp xúc và do sự chênh lệch mật độ năng phần của hai không gian tương ứng. Các hạt dịch theo chiều hướng chen lấn, chiếm lấy sao cho giữa các hạt đạt được sự cân bằng về cường độ năng phần tại mỗi điểm ở mặt tiếp xúc và cân bằng về mật độ năng phần tại khu vực chen lấn, chiếm lấy. Quá trình tương tác kết thúc khi: cân bằng về cường độ năng phần tại mỗi điểm trên mặt tiếp xúc, cường độ năng phần tại mọi điểm của mỗi hạt không còn thay đổi, và cân bằng về mật độ năng phần tại khu vực đã chen lấn, chiếm lấy. (Xem hình minh họa H3-2). Khi tương tác với nhau, tâm của hai hạt dịch chuyển lại gần nhau thì gọi là hút nhau, đại lượng biểu thị cho hướng và sức mạnh hút nhau được gọi là lực hút. Khi tâm của hai hạt dịch chuyển ra xa nhau thì gọi là đẩy nhau, đại lượng biểu thị cho hướng và sức mạnh đẩy nhau được gọi là lực đẩy. Tương tác chen lấn hoặc và chiếm lấy được gọi là tương tác phân tranh. Tương tác phân tranh là tương tác cơ bản duy nhất trong Vũ Trụ. Các loại tương tác cơ bản như tương tác điện từ, tương tác hạt nhân mạnh, tương tác hạt nhân yếu, … là các kết quả nhận biết khác nhau của con người về tương tác phân tranh. Lực được hình thành do tương tác phân tranh gọi là lực phân tranh (lực hút và lực đẩy). (Xem hình minh họa H16). Lực phân tranh là lực tương tác cơ bản duy nhất trong Vũ Trụ. Các loại lực tương tác cơ bản như lực trọng trường, lực điện từ, lực hạt nhân mạnh, lực hạt nhân yếu,… là các kết quả nhận biết khác nhau của con người về lực phân tranh.
Công thức tính năng phần, cường độ năng phần:
Hạt sơ cấp ở trạng thái cân bằng tĩnh là tâm của hạt nằm tại trọng tâm của hạt và không có biến động nội tại.
- Năng phần của hạt sơ cấp (ký hiệu là N) thì bằng tổng cường độ năng phần (ký hiệu là N(r)) trong hạt đó.
N = ∑ N(r) (1)
- Ở trạng thái cân bằng tĩnh, mặt đồng mức có diện tích S’(r) trong hạt sơ cấp là mặt thuộc mặt cầu có diện tích S(r) có tâm tại tâm của hạt và có bán kính r. (Xem hình minh họa H14).
N = ∫ [S’(r).N(r)].dr (2)
∫ là tích phân từ 0 đến R, R là khoảng cách từ điểm xa nhất thuộc không gian của hạt đến tâm của hạt. Mặt đồng mức có diện tích S’(r) có thể là mặt cầu nguyên vẹn hoặc một phần của mặt cầu.
- Ở trạng thái cân bằng tĩnh, cường độ năng phần trong hạt sơ cấp được phân bố cao nhất tại tâm là No và giảm dần theo quy luật sao cho giá trị của cường độ năng phần N(r) tại một điểm trên mặt đồng mức nhân với diện tích mặt cầu S(r) chứa mặt đồng mức đó (có bán kính r và có tâm tại tâm của hạt) là một giá trị không đổi.
N(r).S(r) = Nc là hằng số (3)
Chọn: Rc = căn bậc ba của (3V/4π) (3a)
Rc được gọi là bán kính hình học của hạt sơ cấp có thể tích V.
Thì: Nc = N/Rc (3b)
Do đó: N(r) = 1/(4π.Rc).N/(r^2) (3c)
Chọn: H = 1/(4π.Rc) (3d)
H được gọi là hệ số hình học của hạt sơ cấp.
Như vậy: N(r) = H.N/(r^2) (3e)
Ký hiệu r^2 là r lũy thừa 2.
Trường hợp đặc biệt: Hạt sơ cấp ở trạng thái cân bằng tĩnh và có dạng hình cầu bán kính R. (Xem hình minh họa H15).
Trong trường hợp này, S’(r) = S(r) = 4π.r^2, tức là các mặt đồng mức là mặt cầu nguyên vẹn. Và Rc = R.
Nc = N/R (4)
N(r) = 1/(4πR).N/(r^2) = H.N/(r^2) (5)
Định nghĩa về năng lượng và khối lượng:
Năng lượng:
Năng lượng của một hạt sơ cấp là tổng giá trị vật chất A thuộc sở hữu của hạt đó theo trạng thái động toàn phần. Năng lượng của một hạt sơ cấp thì không đổi.
Năng lượng của một vật là tổng năng lượng của các hạt sơ cấp trong vật đó. Năng lượng của một vật thì không đổi.
Mật độ năng lượng của một hạt sơ cấp là tỷ số giữa năng lượng của hạt chia cho thể tích của hạt đó.
Thể tích thực của một vật là tổng thể tích của các hạt sơ cấp trong vật đó.
Mật độ năng lượng của một vật là tỷ số giữa năng lượng của vật đó chia cho thể tích thực của vật đó.
Cường độ năng lượng tại một điểm là giá trị vật chất A tại điểm đó theo trạng thái động toàn phần.
Khi xác định giá trị vật chất A dưới dạng năng lượng thì thay thế danh từ “năng phần” bỡi danh từ “năng lượng”.
Bài toán về năng lượng sẽ được giới thiệu ở các bài viết tiếp theo.
Khối lượng:
Khối lượng của một hạt sơ cấp là tổng giá trị vật chất A thuộc sở hữu của hạt đó theo trạng thái tĩnh toàn phần. Khối lượng của một hạt sơ cấp thì không đổi.
Khối lượng của một vật là tổng khối lượng của các hạt sơ cấp trong vật đó. Khối lượng của một vật thì không đổi.
Mật độ khối lượng của một hạt sơ cấp là tỷ số giữa khối lượng của hạt chia cho thể tích của hạt đó.
Mật độ khối lượng của một vật là tỷ số giữa khối lượng của vật đó chia cho thể tích thực của vật đó.
Cường độ khối lượng tại một điểm là giá trị vật chất A tại điểm đó theo trạng thái tĩnh toàn phần. Đơn vị đo cường độ khối lượng được chọn là B (1kg = B.m^3).
Khi xác định giá trị vật chất A dưới dạng khối lượng thì thay thế danh từ “năng phần” bỡi danh từ “khối lượng”.
Vì vậy:
- Khối lượng của hạt sơ cấp (ký hiệu là M, đơn vị là kg hoặc B.m^3) thì bằng tổng cường độ khối lượng (ký hiệu là M(r), đơn vị là B) trong hạt đó.
M = ∑ M(r) (kg hoặc B.m^3) (6)
- Ở trạng thái cân bằng tĩnh, mặt đồng mức có diện tích S’(r) trong hạt sơ cấp là mặt thuộc mặt cầu có diện tích S(r) có tâm tại tâm của hạt và có bán kính r.
M = ∫ [S’(r).M(r)].dr (kg hoặc B.m^3) (7)
∫ là tích phân từ 0 đến R, R là khoảng cách từ điểm xa nhất thuộc không gian của hạt đến tâm của hạt. Mặt đồng mức có diện tích S’(r) có thể là mặt cầu nguyên vẹn hoặc một phần của mặt cầu.
- Ở trạng thái cân bằng tĩnh, cường độ khối lượng trong hạt sơ cấp được phân bố cao nhất tại tâm là Mo và giảm dần theo quy luật sao cho giá trị của cường độ khối lượng M(r) tại một điểm trên mặt đồng mức nhân với diện tích mặt cầu S(r) chứa mặt đồng mức đó (có bán kính r và có tâm tại tâm của hạt) là một giá trị không đổi.
M(r).S(r) = Mc là hằng số (B.m^2) (8)
Chọn: Rc = căn bậc ba của (3V/4π) (m) (8a)
Rc được gọi là bán kính hình học của hạt sơ cấp có thể tích V.
Thì: Mc = M/Rc (B.m^2) (8b)
Do đó: M(r) = 1/(4π.Rc).M/(r^2) (B) (8c)
Chọn: H = 1/(4π.Rc) (1/m) (8d)
H được gọi là hệ số hình học của hạt sơ cấp.
Như vậy: M(r) = H.M/(r^2) (B) (8e)
Ký hiệu r^2 là r lũy thừa 2.
Trường hợp đặc biệt: Hạt sơ cấp ở trạng thái cân bằng tĩnh và có dạng hình cầu bán kính R.
Trong trường hợp này, S’(r) = S(r) = 4π.r^2, tức là các mặt đồng mức là mặt cầu nguyên vẹn. Và Rc = R.
Mc = M/R (B.m^2) (9)
M(r) = 1/(4πR).M/(r^2) = H.M/(r^2) (B) (10)
Công thức tính lực phân tranh: được áp dụng cho mọi lực tương tác cơ bản.
Xét hạt sơ cấp m có khối lượng là m (B.m^3 hoặc kg) và có thể tích là dV (m^3) nằm tại điểm X thuộc không gian của hạt sơ cấp M có khối lượng là M (B.m^3 hoặc kg).
Tâm X của hạt m và tâm O của hạt M cách nhau một khoảng OX = r (m).
Giá trị thể tích dV sao cho có thể xem như cường độ khối lượng tại mọi điểm trong không gian dV đều bằng nhau. Khi đó, cường độ khối lượng tại mọi điểm trong không gian dV cũng chính là mật độ khối lượng của không gian dV. (***)
Khối lượng vật chất thuộc sở hữu của hạt M trong không gian dV khi không có hạt m là:
MdV = M(r).dV (B.m^3 hoặc kg)
Với M(r) là cường độ khối lượng của hạt M tại điểm X.
Lực tương tác lên hạt m là:
F = M(r).(MdV – m) = M(r).[M(r).dV – m] (B^2.m^3 hoặc N) (11)
Hoặc: F = H.M/(r^2).[H.M/(r^2).dV – m] (B^2.m^3 hoặc N) (12)
Theo công thức trên cho thấy, biểu đồ lực phân tranh là đường cong bậc -4 của khoảng cách, có dạng:
y = a.(b^2)/(x^4) – b.c/(x^2)
Và thể tích dV của vật m có ảnh hưởng đến lực tương tác.
Các trường hợp của lực phân tranh: (Xem hình minh họa H19).
1. F > 0: F là lực đẩy <=> M(r) > D = m/dV hoặc r < căn bậc hai của (H.M/D).
2. F < 0: F là lực hút <=> M(r) < D = m/dV hoặc r > căn bậc hai của (H.M/D).
3. F = 0: hạt m không bị đẩy và không bị hút <=> M(r) = D = m/dV hoặc r = căn bậc hai của (H.M/D).
Khi tính lực tác dụng một hạt hay một vật có thể tích lớn hơn dV theo điều kiện (***) thì phải chia nó ra thành nhiều dV và tổng hợp lực của chúng.
Xét hạt m tại vị trí X với OX = r sao cho tại đó M(r).dV << m thì lực tác dụng lên hạt m tại vị trí X có công thức gần đúng là:
F = - H.M.m/(r^2) (B^2.m^3 hoặc N) (13)
Nghĩa là tại X, hạt m bị hút với độ lớn tính theo công thức (13).
Một số nhận định:
1. Công thức (11) tính lực phân tranh đồng dạng với công thức tính lực đẩy Archimedes.
2. Vạn vật không hấp dẫn. Không có trường hấp dẫn, tương tác hấp dẫn và lực hấp dẫn.
3. Hằng số hấp dẫn G (G là một trường hợp riêng của hệ số hình học H) là một sự nhầm lẫn khi nói nó là đại diện cho mọi trường hợp hoặc và cho mọi vật. Hằng số hấp dẫn G phải được loại bỏ.
4. Khối lượng của các hành tinh được tính toán dựa theo Hằng số hấp dẫn G đều sai. Nếu nó đúng thì đó chỉ là một trường hợp ngẫu nhiên.
5. Công thức tính lực hấp dẫn trong Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton F = - G.M.m/(r^2) chỉ phù hợp khi: đó phải là lực phân tranh và cho trường hợp bị hút, và chỉ có kết quả gần đúng như công thức (13) với (G.M/r^2) có được từ thí nghiệm đo đạc thực tế theo từng hạt sơ cấp, theo từng vị trí và từng thời điểm.
6. Công thức tính lực hấp dẫn trong Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, khi áp dụng ở thang vĩ mô để tính lực trọng trường như lực hút của Trái Đất, của Mặt Trăng, của Mặt Trời,… F = - G.M.m/(r^2) chỉ phù hợp khi: đó phải là lực phân tranh và cho trường hợp bị hút, và chỉ có kết quả gần đúng như công thức (13) với gia tốc trọng trường g = G.M/(r^2) (g là một trường hợp riêng của cường độ khối lượng M(r)) có được từ thí nghiệm đo thực tế theo từng hành tinh, theo từng vị trí mà hành tinh đang định xứ và từng thời điểm.
7. Mọi hệ vật chất tồn tại dưới dạng quanh một khối tâm, dù ở thang vi mô hay vĩ mô như nguyên tử, hệ Trái Đất, hệ Mặt Trăng, hệ Mặt Trời, Thiên Hà,… và Vũ Trụ, chúng đều do một hạt sơ cấp hoặc một số hạt sơ cấp ghép thành hạt thứ cấp làm chủ hệ vật chất đó. Hạt như vậy được gọi là “phần tử chủ” của hệ. Vật chất khác bồi tụ trong phần tử chủ mà nó không đang nằm trong một phần tử chủ khác thì vật chất bồi tụ đó chịu và chỉ chịu lực phân tranh của phần tử chủ, không tương tác trực tiếp với vật chất bồi tụ khác, không tương tác trực tiếp với vật chất xung quanh phần tử chủ, trừ khi vật chất đó vừa nằm trong phần tử chủ lại vừa tiếp xúc với hạt khác. Xem thêm thông tin về “phần tử chủ” tại bài viết Hạt Sơ Cấp Thì Như Thế Nào? Chân Không Là Gì? Vạn Vật Có Hấp Dẫn Với Nhau Không?
8. Sử dụng công thức tính lực phân tranh (hút và đẩy) của hành tinh tác dụng lên vật nằm trong không gian phần tử chủ của hành tinh đó, cường độ khối lượng M(r) = H.M/(r^2) chính là gia tốc trọng trường của phần tử chủ của hành tinh đó.
9. Khi thí nghiệm đo đạc cường độ khối lượng M(r), hệ số hình học H của một hạt hoặc của một phần tử chủ (như hạt proton, phần tử chủ của Trái Đất, của Mặt Trời,…) tại một điểm trong không gian của nó thì kết quả đo đạc có thể sẽ khác nhau theo từng vị trí mà nó đang định xứ, theo từng thời điểm.
10. Khối lượng M của một hạt hoặc của một phần tử chủ được tính toán theo công thức M(r) = H.M/(r^2) thì không bao gồm khối lượng của các vật chất khác bồi tụ trong nó. Khối lượng của một hệ vật chất ở cả thang vi mô lẫn vĩ mô, tồn tại dưới dạng quanh một khối tâm, thì bao gồm khối lượng M của phần tử chủ, khối lượng vật chất khác bồi tụ trong phần tử chủ. Ví dụ: giả sử công thức tính lực vạn vật hấp dẫn của Newton đúng, Hằng số hấp dẫn G cũng đúng, thì khối lượng M của Trái Đất đã tính là M = 5,972E24 (kg) chỉ là khối lượng của phần tử chủ hệ Trái Đất, chưa bao gồm vật chất bồi tụ trong nó như các lớp nhân ngoài, lớp mantle, lớp vỏ, lớp khí quyển, hệ Mặt Trăng,…
11. Vũ Trụ luôn mở rộng theo thời gian, nội tại Vũ Trụ luôn giãn nở theo thời gian. Vì vậy thể tích của các hạt sơ cấp cũng luôn giãn nở theo thời gian. Cho nên hệ số hình học H luôn giảm theo thời gian. Sự giãn nở có thể làm cho các cấu trúc bị phân rã cho dù là cấu trúc vi mô hay vĩ mô.
Các bạn cho rằng khối lượng Trái Đất đang giảm. Khi các bạn đo đạc gia tốc trọng trường tại một vị trí, các bạn thấy nó giảm theo thời gian. Trong khi đó, các bạn đã cho rằng hằng số hấp dẫn G không đổi nên từ đó mà có kết luận khối lượng M của Trái Đất giảm theo thời gian.
Hiện tượng thể tích của hạt thay đổi đột ngột có thể xảy ra do điều kiện tương tác xung quanh và nội tại của nó. Làm cho hệ số hình học H thay đổi đột ngột. Sự giãn nở đột ngột thường gây ra hiện tượng phân rã và các biến động lớn bên trong và xung quanh nó. Sự thay đổi đột ngột lớn có thể diễn ra cục bộ trong một vùng không gian hoặc toàn bộ không gian của hạt tùy thuộc vào tương tác phân tranh xảy ra xung quanh hoặc bên trong nó.
Nếu xét ở thang vĩ mô như Trái Đất, sự thay đổi đột ngột này làm cho gia tốc trọng trường thay đổi đột ngột. Nó làm cho các thiết bị, máy móc đang vận hành trong không gian của Trái Đất, kể cả Mặt Trăng có thể bị lệch quỹ đạo.
Khối lượng M của phần tử chủ Trái đất không bao giờ thay đổi vì khối lượng hạt sơ cấp không thay đổi, trừ khi phần tử chủ là hạt thứ cấp (hạt ghép từ một số hạt sơ cấp) bị phân rã.
· Chú thích:
- So với bài viết Quy Luật Phân Bố Vật Chất Trong Vũ Trụ, trong bài viết này đã loại bỏ toán tử [:] vì nó gây khó khăn khi tính toán thực tế.
- Các công thức (3a), (3b), (3c), (3d), (3e) là các công thức được bổ sung trong bài viết này so với bài viết Quy Luật Phân Bố Vật Chất Trong Vũ Trụ.
- Đơn vị B là viết tắt của từ Buddha để tưởng nhớ tâm đại từ đại bi của chư Phật dành cho loài người và khen ngợi tuệ siêu việt của chư Phật. So với bài viết Quy Luật Phân Bố Vật Chất Trong Vũ Trụ, trong bài viết này, đơn vị B được chọn làm đơn vị cho cường độ khối lượng. Về sau, đơn vị B của cường độ khối lượng cùng với đơn vị không- thời gian sẽ lập thành hệ đơn vị mới áp dụng cho toàn bộ các đại lượng vật lý.
Pháp Không Chân Như
----------------------------------
Tham khảo các bài viết:
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét