Các định Luật Vật Lý Chính Của Newton Và Einstein Giúp Giải Thích Vũ Trụ

Qua nhiều năm, một điều mà các nhà khoa học đã phát hiện ra là thiên nhiên nói chung phức tạp hơn chúng ta tưởng tượng. Các định luật vật lý được coi là cơ bản, mặc dù nhiều định luật trong số đó đề cập đến các hệ thống lý tưởng hoặc lý thuyết khó có thể tái tạo trong thế giới thực.

Giống như các lĩnh vực khoa học khác, các định luật vật lý mới được xây dựng dựa trên hoặc sửa đổi các định luật hiện có và nghiên cứu lý thuyết. Thuyết tương đối của Albert Einstein  , được ông phát triển vào đầu những năm 1900, được xây dựng dựa trên lý thuyết được phát triển lần đầu tiên bởi Ngài Isaac Newton hơn 200 năm trước đó.

Luật vạn vật hấp dẫn

Công trình đột phá của Ngài Isaac Newton trong lĩnh vực vật lý được xuất bản lần đầu tiên vào năm 1687 trong cuốn sách " Các nguyên tắc toán học của triết học tự nhiên ", thường được gọi là "Nguyên lý". Trong đó, ông nêu ra các lý thuyết về lực hấp dẫn và chuyển động. Định luật vật lý của ông về lực hấp dẫn nói rằng một vật thể thu hút một vật thể khác tỷ lệ thuận với khối lượng tổng hợp của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Ba định luật chuyển động

Ba định luật chuyển động của Newton ,  cũng được tìm thấy trong "The Principia", chi phối cách chuyển động của các đối tượng vật chất. Chúng xác định mối quan hệ cơ bản giữa gia tốc của một vật và các lực tác dụng lên nó.

• Quy tắc thứ nhất : Một vật sẽ đứng yên hoặc ở trạng thái chuyển động đều trừ khi trạng thái đó bị thay đổi bởi ngoại lực. 
• Quy tắc thứ hai : Lực bằng sự thay đổi động lượng (khối lượng nhân với vận tốc) theo thời gian. Nói cách khác, tốc độ thay đổi tỷ lệ thuận với lượng lực tác dụng. 
• Quy tắc thứ ba : Đối với mọi hành động trong tự nhiên đều có phản ứng bình đẳng và ngược chiều. 

Cùng với nhau, ba nguyên lý mà Newton đã vạch ra tạo thành nền tảng của cơ học cổ điển, mô tả cách các vật thể hoạt động vật lý dưới tác động của các lực bên ngoài.

Bảo toàn khối lượng và năng lượng

Albert Einstein đã giới thiệu phương trình nổi tiếng của mình E = mc 2 trong một bài báo đăng trên tạp chí năm 1905 với tiêu đề "Về điện động lực học của các vật thể chuyển động." Bài báo đã trình bày lý thuyết tương đối hẹp của ông, dựa trên hai định đề:

• Nguyên lý Tương đối : Các định luật vật lý đều giống nhau đối với mọi hệ quy chiếu quán tính. 
• Nguyên lý Hằng số Tốc độ Ánh sáng : Ánh sáng luôn truyền trong chân không với một vận tốc xác định, vận tốc này không phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của vật phát ra.

Nguyên tắc đầu tiên nói một cách đơn giản rằng các định luật vật lý áp dụng như nhau cho tất cả mọi người trong mọi tình huống. Nguyên tắc thứ hai là nguyên tắc quan trọng hơn. Nó quy định rằng  tốc độ ánh sáng  trong chân không là không đổi . Không giống như tất cả các dạng chuyển động khác, nó không được đo khác nhau đối với những người quan sát trong các hệ quy chiếu quán tính khác nhau.

Định luật nhiệt động lực học

Các  định luật nhiệt động học  thực chất là những biểu hiện cụ thể của định luật bảo toàn khối lượng vì nó liên quan đến các quá trình nhiệt động lực học. Lĩnh vực này lần đầu tiên được khám phá vào những năm 1650 bởi Otto von Guericke ở Đức và Robert Boyle và Robert Hooke ở Anh. Cả ba nhà khoa học đều sử dụng máy bơm chân không, mà von Guericke đã đi tiên phong, để nghiên cứu các nguyên tắc của áp suất, nhiệt độ và thể tích.

• Định luật Zeroeth của Nhiệt động lực học  làm cho khái niệm về  nhiệt độ trở nên  khả thi.
• Định luật Nhiệt động lực học đầu tiên  chứng minh mối quan hệ giữa nội năng, nhiệt lượng thêm vào và hoạt động trong một hệ thống.
• Định luật thứ hai của nhiệt động lực học  liên quan đến dòng nhiệt tự nhiên trong một hệ thống kín.
• Định luật thứ ba của Nhiệt động lực học  tuyên bố rằng không thể tạo ra một  quá trình nhiệt động lực học  hoàn toàn hiệu quả.

Định luật tĩnh điện

Hai định luật vật lý chi phối mối quan hệ giữa các hạt mang điện và khả năng tạo ra lực  tĩnh điện và trường tĩnh điện của chúng. 

• Định luật Coulomb được đặt tên cho Charles-Augustin Coulomb, một nhà nghiên cứu người Pháp làm việc vào những năm 1700. Lực giữa hai điện tích điểm tỉ lệ thuận với độ lớn của mỗi điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các tâm của chúng. Nếu các vật có cùng điện tích, dương hoặc âm, chúng sẽ đẩy nhau. Nếu chúng mang điện tích trái dấu thì chúng sẽ hút nhau.
• Định luật Gauss được đặt theo tên của Carl Friedrich Gauss, một nhà toán học người Đức làm việc vào đầu thế kỷ 19. Định luật này phát biểu rằng dòng thực của điện trường qua một bề mặt kín tỷ lệ với điện tích xung quanh. Gauss đã đề xuất các định luật tương tự liên quan đến từ học và điện từ học nói chung.

Ngoài vật lý cơ bản

Trong lĩnh vực thuyết tương đối và cơ học lượng tử , các nhà khoa học nhận thấy rằng những định luật này vẫn được áp dụng, mặc dù cách giải thích của chúng đòi hỏi một số cải tiến để áp dụng, dẫn đến các lĩnh vực như điện tử lượng tử và lực hấp dẫn lượng tử.