NĂM CỦA ÁNH SÁNG HẢI HỒNH 76 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN Việc Liên Hợp quốc lấy năm 2015 làm Năm Ánh sáng năm trùng với năm chẵn kỷ niệm loạt mốc thời gian quan trọng lịch sử khoa học ánh sáng - 1.000 năm đời năm sách quang học Ibn Al-Haytham; 200 năm Augustin Frenel đưa khái niệm sóng ánh sáng; 150 năm James Clerk Maxwell đề xuất lý thuyết trường quang điện từ; 110 năm Albert Einstein đưa lý thuyết hiệu ứng quang điện 100 năm ông sáng lập Thuyết Tương đối rộng (1915); 50 năm Arno Allan Penzias Robert Woodrow Wilson khám phá xạ vi sóng vũ trụ AI LÀ NGƯỜI ĐẦU TIÊN HIỂU ĐƯỢC TÍNH CHẤT QUAN TRỌNG CỦA ÁNH SÁNG? Theo Kinh Thánh đạo Do Thái (tức Cựu Ước Kinh Thánh Ki-tơ giáo), người hiểu tính chất quan trọng sống ánh sáng là… Đấng Tối Cao, tức Thượng Đế, ta quen gọi Chúa Trời Chương thứ Cựu Ước chương Sáng Thế ký (Genesis, tức ghi chép đời giới) mở đầu câu chuyện nói ánh sáng: Thế giới ban đầu khối hỗn độn, tối đen kịt chẳng thấy hết, chẳng có hết, có Chúa Trời Jehovah bay khối hỗn độn tối đen Dĩ nhiên Ngài chẳng nhìn thấy cả, có đâu mà nhìn! Cảm thấy tối mịt buồn quá, Ngài phán: “Phải có ánh sáng!” Vì Chúa Trời tồn nên Ngài nói xong ánh sáng xuất hiện, khắp giới sáng rực lên Đức Chúa Trời mừng, gọi quãng thời gian có ánh sáng “ban ngày”, qng thời gian khơng có ánh sáng (tối) “ban đêm”; Ngài lệnh cho sáng tối thay luân phiên xuất hiện, quy định ngày đêm gọi ngày Và ban ngày ban đêm thay xuất lần thứ nhất, tức ngày giới Trong ngày đó, Chúa Trời làm việc tạo ánh sáng cho giới chưa xuất Trong sáu ngày lại, theo thứ tự thời gian, Chúa Trời tạo khơng khí, bầu trời, nước, biển hồ, đất liền, loài thực vật, Mặt trời Mặt trăng, sao, lồi vật sống nước, loài vật bay Ngày thứ sáu, Chúa Trời tạo người: Ngài lấy đất nặn thành người đàn ông (Adam), lấy xương sườn người tạo người đàn bà (Eva) Ngày thứ bảy, thấy chẳng để làm nữa, tồn giới sáng tạo xong, Chúa Trời nghỉ làm việc gọi ngày “Ngày Chúa (Chủ nhật)” Như theo Kinh Thánh, ánh sáng thứ vật chất xuất đầu tiên, thứ quan trọng nhất, ánh sáng chẳng giới, vũ trụ hết Còn thực tế, số hàng trăm hạt sơ cấp - đơn vị cấu trúc cuối vật chất - có ánh sáng thứ người cảm nhận giác quan mình, dĩ nhiên Số 288+289 - 2015 77 nhà khoa học quan tâm trước hết Ngày biết ánh sáng mà Trái đất hưởng xạ sóng điện từ Mặt trời phát liên tục kể từ xuất Mặt trời cách 4,6 tỷ năm Ánh sáng mang lượng đến cho Trái đất, khơng có nguồn lượng vơ tận khơng thể có sống Trái đất, tức khơng có lồi người Trong hành tinh thuộc Hệ Mặt trời có Trái đất cách Mặt trời khoảng cách vừa phải để lượng mà ánh sáng mặt trời mang tới không q nhiều (q nóng) q (q lạnh) nhờ sống nảy sinh trì MỘT SỐ MỐC LỊCH SỬ CỦA KHOA HỌC ÁNH SÁNG Giờ nhìn lại lịch sử, ta thấy nghiên cứu ánh sáng đặt tảng cho phát triển khoa học công nghệ Chính nhờ nghiên cứu chất ánh sáng mà vật lý học tiến bước kỳ diệu Có thể kể số mốc lịch sử sau Cách nghìn năm - năm 1015, nhà vật lý người Ả-rập Ibn Al-Haytham (còn gọi Alhazen, 965-1040) công bố năm tập khảo luận ánh sáng, có tên 78 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội Sách Quang học (Book of Optics) Sách trình bày nhận thức lồi người thời ánh sáng, vạch số tính chất ánh sáng Trên sở nghiên cứu tượng phản xạ khúc xạ, Alhazen cho ánh sáng loại vật chất, di chuyển với vận tốc hữu hạn Ơng nói Mặt trời nguồn cung cấp ánh sáng cho Mặt trăng Alhazen gọi cha đẻ quang học Hai trăm năm trước - năm 1815, nhà vật lý-kỹ sư người Pháp Augustin-Jean Fresnel (1788-1827) giải thích thành cơng tượng nhiễu xạ giao thoa lý thuyết quang học sóng (theory of wave optics), đưa khái niệm sóng ánh sáng, vạch rõ tính chất sóng ánh sáng Đây phát kiến quan trọng Sau ơng đưa định luật tính tốn cường độ phân cực ánh sáng phản xạ khúc xạ Là kỹ sư, ơng phát minh Thấu kính Fresnel dùng cho hải đăng Năm 1824, ông tặng Huy chương Rumford Đáng tiếc cống hiến xuất sắc ông giới khoa học Pháp thừa nhận sau ông qua đời lâu Tên ông với 71 danh nhân nước Pháp khắc tháp Eiffel, lưu danh muôn đời; tiểu hành tinh 10111 đặt tên Fresnel Một trăm năm mươi năm trước - năm 1865, nhà vật lý người Scotland James Clerk Maxwell (1831-1879) đưa lý thuyết sóng điện từ ánh sáng, nâng nhận thức chất ánh sáng lên tầm cao Ông đưa hệ phương trình Maxwell, chứng minh điện trường từ trường thành phần môi trường thống gọi trường điện từ, truyền khơng gian dạng sóng với vận tốc khơng đổi 300.000 km/s Ơng nói: “Ánh sáng từ lực trạng thái khác vật chất; ánh sáng loại giao động truyền không gian trường điện từ tuân theo định luật điện từ học.” Tiên đề vĩ đại đến năm 1888 nhà vật lý người Đức Heinrich Hertz chứng minh thí nghiệm Einstein nói cơng trình Maxwell “sâu sắc hiệu mà vật lý học có kể từ thời Isaac Newton.” Maxwell tặng huy chương Rumford giải thưởng Adams Một trăm mười năm trước - năm 1905, Albert Einstein (1879-1955), 26 tuổi, gửi bốn cơng trình “để biết Chúa Trời tạo giới nào” đăng KHOA HỌC & PHÁT TRIỂN Năm 2015 Đại Hội đồng Liên Hợp quốc trí quy định Năm Quốc tế Ánh sáng Công nghệ ánh sáng (International Year of Light and Light-based Technologies, IYL 2015), với lý do: ánh sáng có tác dụng vơ quan trọng đời sống lồi người; cơng nghiệp quang học trở thành động lực quan trọng thúc đẩy kinh tế giới phát triển; công nghệ quang học giải vấn đề thách thức toàn cầu; ánh sáng trở thành lĩnh vực khoa học liên ngành chủ yếu kỷ XXI tạp chí tiếng Đức Annalen der Physik, có đưa khái niệm: ánh sáng bao gồm hạt rời rạc gọi lượng tử Thuyết chất lượng tử ánh sáng giải thích thành cơng thí nghiệm hiệu ứng quang điện, đồng thời đẩy mạnh phát triển lý thuyết lượng tử Tới lúc này, nhà vật lý chấp nhận ánh sáng đồng thời có tính chất sóng tính chất hạt Cũng năm ơng sáng lập Thuyết tương đối hẹp, đưa khái niệm vận tốc ánh sáng C vận tốc giới hạn cao chuyển động vũ trụ, C không thay đổi theo lựa chọn hệ quy chiếu Einstein đưa công thức tiếng E = MC², diễn tả tương đương khối lượngnăng lượng, E lượng, M khối lượng C vận tốc ánh sáng chân không Công thức sau mở đường cho đời vũ khí hạt nhân làm cho Thế chiến II sớm chấm dứt, ngành lượng hạt nhân đem lại cho loài người nguồn lượng Tiếp đó, chẵn trăm năm trước, năm 1915, Einstein đưa Thuyết tương đối rộng làm chấn động giới với tiên đoán ánh sáng truyền vũ trụ bị bẻ cong tác dụng trường lực hấp dẫn Thuyết Eddington kiểm chứng nhật thực toàn phần năm 1919 Các khám phá Einstein mở kỷ nguyên cho vật lý học Cùng với nghiên cứu trước đó, lồi người hiểu ánh sáng dòng chuyển động hạt riêng lẻ gọi quang lượng tử (photon) Có lẽ khám phá Einstein huyền diệu, mẻ khó hiểu nên đến năm 1921, ơng trao giải Nobel Vật lý, với lý Thuyết Tương đối mà lý thuyết giải thích hiệu ứng quang điện - thành tựu lớn ông Cho dù có khám phá vĩ đại kể trên, lồi người tiếp tục tìm hiểu ánh sáng Dựa lý thuyết Vụ nổ Lớn, nhà khoa học suy đoán sau Big Bang khoảng 380.000 năm, tia sáng ban đầu rớt lại vụ nổ hình thành xạ vi sóng vũ trụ (cosmic microwave background radiation, hay xạ tàn dư vũ trụ) tràn đầy không gian Đây xạ điện từ sinh từ thời kỳ sơ khai vũ trụ Năm 1965, tạp chí Astrophysical Journal Letters (Vật lý thiên thể) đăng báo vẻn vẹn 940 từ hai nhà vật lý thiên văn Robert Woodrow Wilson (người Mỹ) v�Arno Allan Penzias (Mỹ gốc Đức), tuyên bố họ phát xạ vi sóng vũ trụ Thành tựu nghiên cứu góp phần quan trọng chứng minh lý thuyết vũ trụ giãn nở (thuyết Big Bang), đem lại cho hai ông giải Nobel Vật lý 1978 *** Loài người đại sử dụng nhiều phát minh, từ kính điều chỉnh thị lực, kính thiên văn quang học, chẩn đốn hình ảnh bên thể tia X-quang, truyền hình độ nét cao (HD), đầu DVD, điện thoại di động, laser, cáp quang, mạng Internet cơng cụ tìm kiếm Google, hệ thống định vị toàn cầu GPS vệ tinh quan sát môi trường sinh thái Trái đất v.v… Trong hưởng thụ lợi ích vơ to lớn phát minh này, nhiều người chưa hiểu chúng có liên quan tới ánh sáng công nghệ ứng dụng ánh sáng, lĩnh vực có triển vọng phát triển vô rộng lớn, nhà khoa học chưa thể dự kiến công nghệ quang học đưa loài người tiến đến giới Số 288+289 - 2015 79 ... Hợp quốc lấy năm 2015 làm Năm Ánh sáng năm trùng với năm chẵn kỷ niệm loạt mốc thời gian quan trọng lịch sử khoa học ánh sáng - 1.000 năm đời năm sách quang học Ibn Al-Haytham; 200 năm Augustin... “Phải có ánh sáng! ” Vì Chúa Trời tồn nên Ngài nói xong ánh sáng xuất hiện, khắp giới sáng rực lên Đức Chúa Trời mừng, gọi quãng thời gian có ánh sáng “ban ngày”, quãng thời gian khơng có ánh sáng. .. TIÊN HIỂU ĐƯỢC TÍNH CHẤT QUAN TRỌNG CỦA ÁNH SÁNG? Theo Kinh Thánh đạo Do Thái (tức Cựu Ước Kinh Thánh Ki-tô giáo), người hiểu tính chất quan trọng sống ánh sáng là… Đấng Tối Cao, tức Thượng Đế,