Phần 7
1867-1899
Nghiên cứu Lí thuyếtĐiệnđộng lực học của James Clerk Maxwell trởthành
động lực chính trong lĩnh vực vật lí thực nghiệm trong phần ba cuối của thếkỉthứ
19. Năm 1884, nhà vật lí ngườiĐức Heinrich Hertz làm sáng tỏlí thuyết của
Maxwell, sửdụng một phương pháp khác suy luận ra một hệphương trình mới. Vì các phương trình của Hertz khó hiểu, nên nó ítđược các nhà vật lí khácủng hộ.
Đènđiện Edison (khoảng 1879)
Cái quan trọng cần kiểm tra là xácđịnh xem sóngđiện từcó truyềnđiởtốc
độánh sáng nhưMaxwell tiênđoán hay không. Từnăm 1885đến 1889, Hertzđã
tiến hành một loạt thí nghiệm chứng minh lí thuyếtđó. Năm 1888, ông chứng minh Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
rằngđiện có thểtruyềnđi dưới dạng sóngđiện từ, chúng thật sựtruyềnđiởtốcđộ
ánh sáng, và giống nhưcác sóng ngangđãbiết (nhưánh sáng và nhiệt) chúng có thểhội tụ, phân cực, phản xạvà khúc xạ. Trong các thí nghiệm của ông, Hertzđã
tình cờquan sát thấy hiệuứng quangđiện, một hiện tượng trongđónhững kim loại nhấtđịnh trởnên bịnhiễmđiện khi phơi ra trước ánh sáng. Mặc dù ông không tiếp tục nghiên cứu vềnó, nhưng các nhà khoa học khácđãlàm và vàođầu thếkỉ
mới, nóđãkhai sinh ra một cuộc cách mạng mới nữa vềlí thuyết ánh sáng. Với sựchấp thuận lí thuyết sóng của ánh sáng, các nhà khoa học giả định rằng ánh sáng truyền xuyên qua không gian, cho nên phải có một môi trường nào
đó đểmang sóng. Môi trường này, gọi là ê te,được cho là thấm đẫm toàn bộkhông gian và nhanh chóng trởthànhđềtài nghiên cứu khi khoa học phát triển những công cụphức tạp hơn.Để đo tốcđộcủatráiđấtkhi nó chuyểnđộng trong ê te, Albert Michelson, một nhà vật lí người MĩgốcĐức,đãphát minh ra một dụng cụ
gọi là giao thoa kế. Dụng cụ được thiết kế đểchia tách một chùm ánh sáng thành hai chùm, gửi hai chùmđi theo nhữngđường vuông góc nhau, rồi sauđócho chúng gặp nhau. Từhìnhảnhgiao thoa của những chùm gặp nhau trởlạiđó, ông có thể
thực hiện những phépđo chính xác, so sánhđược tốcđộcủa những tia sáng tách li nhauđó.
Giao thoa kếMichelson-Morley
Trước sựbất ngờcủa ông, các kết quảkhông thểhiện một sựthayđổi nào về
tốcđộgiữa hai chùm ánh sáng. Nếu có ê te, thì phải có một sựchênh lệch tốcđộ
giữa chúng. Ông thửlại lần nữa với thiết bịcải tiến và một cộng tác viên, nhà vật lí người MĩEdward Morley, và một lần nữa không thểtìmđược bằng chứng cho Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
thấytráiđấtđang chuyểnđộng trong ê te. Trước sựngạc nhiên của mọi người, không gian dường nhưchủyếu là trống rỗng, khiến người ta tựhỏi, “Làm thếnào sóng ánh sáng truyềnđược trong chân không?”
Trong khiđó, các nhà khoa học và nhà phát minhđang cốgắng truyền tải sóngđiện từtrong khí quyển. Trong khi Hertzđãthành công trong việc tạo ra và thu nhận sóng vô tuyến trong các thí nghiệm của ông hồi giữa thập niên 1880, thì nó chỉtruyềnđiđược một khoảng cách ngắn. Năm 1892, Nikola Teslađi tới một thiết kếcơbản cho radio. Bốn năm sauđó, năm 1896, kĩsư điện người Italy
Guglielmo Marconiđãthành công trong việc truyền một tín hiệu vô tuyếnđi xa 2,4 km. Trong vòng vài năm, tín hiệu vô tuyếnđã được truyền phát và thu nhậnở
khoảng cách lên tới 322 km.
Máy thu không dây (khoảng cuối những năm 1800)
Trong thời kì này, lĩnh vực hiển vi học và quang phổhọc tiếp tục phát triển. Mặc dù kính hiển vi vẫn tiếp tụcđược cải tiến, nhưng Ernst Abbeđãlàm hồi sinh lĩnh vực quang học khi ông phát triển một lí thuyết chi tiết vềsựtạoảnh (1873). Phát minh ra phim cuộn của George Eastman (1885)đưa ngành nhiếpảnh vàođôi tay của công chúng vào cuối thếkỉvà các nhà phát minh bắtđầuđưa cáchình
ảnhvào chuyểnđộng.
1867 – 1899
186 8
William Huggins (Anh) phát triển một cách tânđối với việc sửdụng quang phổhọc trong thiên văn học. Ông là người (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đầu tiênđo vận tốc xuyên tâm (chuyểnđộng theođường nhìn) của một ngôi sao bằng cáchđođộlệch Doppler của các vạch Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
phổcủa nó. 187
1
John William Strutt, Ngài Rayleigh (Anh), đưa ra lời giải thích toán học lí giải sựtán xạhạt làm cho bầu trời có màu xanh.
187 2
Bausch & Lomb bắtđầu sản xuất kính hiển vi. 187
2
Henry Draper (Mĩ) là ngườiđầu tiên chụpảnh quang phổcủa một ngôi sao (sao Vega).
187 3
Ernst Abbe (Đức) nêu ra một lí thuyết chi tiết của sựtạo
ảnh trong kính hiển vi. Ông liên hệbước sóng của ánh sáng dùngđểchiếu sáng và khe hởcủa kính hiển vi với khảnăng của nó phân giải những cấu trúc nhỏtrong các mẫu vật hiển vi. 187
5
John Kerr (Scotland) phát hiện thấy những chất liệu nhấtđịnh trởnên bịkhúc xạkép khiđặt trong những vùng bị ảnh hưởng bởiđiện trường mạnh.
187 6
Trong khi Abbe làm thí nghiệm với các hiệuứng nhiễu xạtrên sựtạoảnh, ông phát hiện thấy nếu bạn hiệu chỉnh toàn bộquang sai của thấu kính, thìđộphân giải thật sựsẽgần bằng giá trị độphân giải lí thuyết cựcđại. Ôngđềxuất các lí thuyết khác nhau nhằm cải tiến thiết kếkính hiển vi hiện có. 187
8
Ernst Abbe và Carl Zeiss chếtạo vật kính nhúng dầu cải tiến.
187 9
Thomas Alva Edison (Mĩ) phát minh ra bóngđènđiện. 187 Marie-Alfred Cornu (Pháp) cải tiến phépđo tốcđộánh Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
9 sáng và thực hiện một nghiên cứu nhiếpảnh của bức xạtrong vùng tửngoại.
188 0
Alexander Graham Bell (Mĩ) phát minh ra máy phát âm bằng ánh sáng, một dụng cụtruyền thông sửdụng ánh sáng mặt trời phản xạthay cho dây dẫnđểtruyền tải các tín hiệu
điện. 188
1
Một kĩsưngười Mĩ, William Wheeler,đăng kí cấp bằng sáng chếcho một hệ thốngống phản xạnội dẫn ánh sáng từ
một nguồn mạnh trung tâmđến các vịtrí trong tòa nhà. Dạng thắp sáng này lúcấy là phi thực tếvà bóngđèn trởthành phương pháp chiếu sáng nhân tạo thực tiễn hơn.
188 1
Étienne-Jules Marey (Pháp) phát minh ra “súngảnh”, cameraảnhđộng cầm tayđầu tiên của thếgiới. Dụng cụsử
dụng một tấm kínhảnh thủy tinh quayđểchụp 12 hình liên tiếp trong một giây.
188 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Frederick Ives (Mĩ) phát minh vàđăng kí cấp bằng sáng chếcho quá trình khắcảnh bán sắc có thểtái tạoảnh chụp theo phương pháp tương tựnhưin chữ.
188 1
Albert Abraham Michelson (Mĩ) phát minh ra giao thoa kếvà thực hiện những thí nghiệmđầu tiên của ông nhằm xác
định tốcđộcủa Tráiđất khi nó chuyểnđộng trong môi trường ê te giả định.
188 2
Lewis Latimer (Mĩ) phát triển vàđăng kí sáng chếmột quá trình sản xuất sợi carbon hiệu quảdùng cho bóngđèn nóng sáng.
188 Nhà vật lí Heinrich Hertz (Đức) sửdụng một phương Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
4 pháp mới suy luận ra các phương trình cho Lí thuyếtĐiện
động lực học của Maxwell, làm sáng tỏlí thuyếtấy và xácđịnh tốt hơn mối liên hệgiữađiện trường và từtrường.
188 4
KĩsưngườiĐức Paul Nipkowđăng kí cấp bằng sáng chế
cho ý tưởng của ông cho một hệthống truyền hìnhđiện cơ
hoàn chỉnh. Bộphận chính làđĩa Nipkow, mộtđĩa quay có các lỗxếp thành hình xoắnốc giúp nó có thểquét và truyền các hìnhảnhđang chuyểnđộng bằng cơchế điện.
188 5
Nhà vật lí Henry Rowland (Mĩ) hoàn thành một chiếc máy có thểkhắc 20.000 vạch trên một inch cho các cách tử
nhiễu xạ. Ông sửdụng nó khắc các cách tửtrên những mặt cầu lõm, loại bỏnhu cầu dùng thêm thấu kính và gương trong máy quang phổ, cho phép các phépđo chính xác hơn.
188 5
Johann Jakob Balmer (Thụy Sĩ), một nhà toán học và là giáo viên phổthông, công bốmột công thứcđơn giản tiên
đoán vịtrí của các vạch phổcủa hydrogen (“dãy Balmer”). 188
5
S Andromeda là sao siêu mớiđầu tiên (SN 1885A) được phát hiện và nghiên cứu trong thời hiệnđại.
188 5
George Eastman (Mĩ) bắtđầu bán ra thịtrường phim chụp thương mạiđầu tiên trên thếgiới. Trong suốt và dễuốn dẻo, nóđược cắt thành những dây hẹp và quấn trên một con suốtđểtiện sửdụng.
188 6
Schott và Associates, Inc. sản xuất thấu kính tiêu sắc phức hiệu chỉnh tiêu sắc cho ba màu cùng lúc.
188 6
Sau công trình nghiên cứu của người tiền bối của ông, Ernest Abbe, nhà hiển vi học Carl Zeiss chếtạo một chiếc kính Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
hiển vi nhẹvới các thấu kính có khảnăng phân giải hìnhảnhở
giới hạn lí thuyết của ánh sáng nhìn thấy. Thành tựu này thực hiện thông qua việc sửdụng một chiếc kính hiển viđược hiệu chỉnh cảquang sai cầu lẫn sắc sai, áp dụng kĩthuật rọi sáng Kohler với các thấu kính tụsáng thích hợp và vật kính tiêu sắc phức.
188 7 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Albert Michelson và Edward W. Morley (Mĩ) công bốsau nhiều năm thí nghiệmđã đođược Tráiđất chuyểnđộng nhanh nhưthếnào trong môi trường ê te giảthuyết, từ đókết luận không có bằng chứng nào cho một chất ê te thấmđẫm vũtrụ. 188
7
Trong khi tiến hành các thí nghiệmđiện từhọc, Heinrich Hertz tình cờphát hiện ra hiện tượng quangđiện.
188 8
Heinrich Hertz thực hiện một loạt thí nghiệm chứng minh lí thuyết sóngđiện từcủa James Clerk Maxwell (1865). 189
1
W. K. Laurie Dickson tại Phòng thí nghiệm Thomas Edison (Mĩ) phát minh ra camera ảnhđộng phim celluloidđầu tiên, Kinetograph. Phimđược trình chiếu với máy
Kinetoscope, thiết bị được phát triển không bao lâu sau sựra
đời của Kinetograph. 189
2
Nikola Tesla sáng tạo ra mẫu thiết kế cơbản cho radio và nhận bằng sáng chếvào năm 1898 cho một con tàuđiều khiển bằng radio.
189 5
Thomas Edison nghiên cứu vài nghìn chất liệu, khảo sát khảnăng phát huỳnh quang của chúng dưới sựchiếu xạtia X. Ông kết luận rằng calcium tungstate là chất phát huỳnh quang hiệu quảnhất. Vào tháng 3 năm 1896, huỳnh quang nghiệm của ông sẽlà công cụchuẩn dùng cho khảo sát tia X y khoa. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
189 5
Nhà vật lí Wilhelm Wien (Đức) nghiên cứu bức xạvật
đen và xácđịnh mối liên hệtoán học giữa nhiệtđộcủa một vật và bức xạmà nó phát ra. Các kết quảcủa ông cho thấy màu sắc của ngôi sao cho biết nhiệtđộcủa nó, chứkhông cho biết nó
đang tiếnđến gần hay lùi ra xa Tráiđất nhưDopplerđãnghĩ. 189
6
Guglielmo Marconi (Italy) phát minh rađiện báo không dây và nhận bằng sáng chếcho nóởLondon, yêu cầu cấp bằng sáng chếcủa ôngởItalyđãbịbác bỏ.
189 7
Joseph John Thomson, một nhà vật lí người Anh, kết luận từcác thí nghiệm của ông rằng mọi vật chấtđều chứa những hạt tíchđiện nhỏxíu gọi là electron (banđầu ông gọi chúng là tiểu thể- corpuscle).
Lịch sử Quang học -Phần 8 Phần 8
1900-1933
Thếkỉcuối cùng của thiên niên kỉthứhai bắtđầu với một cuộc cách mạng làm thayđổi ngoạn mục kiến thức của các nhà khoa học vềnhững tính chất cơbản của vật chất và năng lượng. Một kiến thức mới rằng năng lượng và vật chất là tươngđương nhau và rằng,ởcấpđộdưới hiển vi, các quy luật chi phối hành trạng của chúng hoàn toàn khác với các quy luật chi phối của thếgiới to lớn hơn, bổsung hoàn thiện cho cácđịnh luật vật lí của Newton.
Máy quang phổ(khoảng 1905)
Kiến thức mới này phát sinh từmột lí thuyết mới tận gốc rễcủa ánh sáng mà nhiều nhà khoa học thoạtđầu nhận thấy không thểnào tin nổi. Trong khi nền khoa học thếkỉthứ18 xem ánh sáng là hạt, thì nền khoa học thếkỉthứ19 xem nó là Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
sóng. Nền khoa học thếkỉthứ20 tiến thêm một bước nữa và xácđịnh rằng ánh sáng thật ra vừa là sóng, vừa là hạt.
Năm 1900, nhà vật lí ngườiĐức Max Planck công bốmột lí thuyết gây tranh cãiđềxuất rằng các nguyên tửkhông giải phóng năng lượng của chúng thành một dòng liên tục, nhưcác nhà khoa học vẫn nghĩn, mà thành những gói rời rạc ông gọi là các lượng tử. Trong khi phần lớn cộngđồng vật lí chẳng cóấn tượng gì trước lí thuyết của Planck và không chắc chắn trước nhữngứng dụng của nó, thì một nhà vật lí lí thuyết ngườiĐức – Albert Einstein –đãmang quan điểm của Planck tiến thêm một bước nữa.
Trong một bài báo công bốvào năm 1905, Einsteinđềxuất rằng ánh sáng gồm các “hạt” năng lượng, dướiđa sốtrường hợp, hành xửgiống nhưsóng. Sử
dụng quanđiểm này, ôngđãlàmđược một sốcái mà nền vật lí truyền thống không làm nổi; ôngđãlí giải thành công hiệuứng quangđiện, nhờ đómà ôngđược trao giải thưởng Nobel vật lí năm 1921. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kì quặc vàđầy mâu thuẫn, thuyết lượng tử đãlàm cách mạng hóa nền vật lí vì nóđãgiải thích thành công các hiện tượng vật líởcấpđộnguyên tử, cái mà nền vật lí Newton luận không thểgiải thích. Mặc dù các hiệuứng của nó không thểnào quan sát thấy trong thếgiới to lớn hơn, nhưng thuyết lượng tử đãgiữmột vai trò thiết yếu trong sựphát triển của những công nghệmới có sứcảnh hưởng to lớn trong thếkỉmới này.
Kính hiển viđiện tử
Các tiến bộtrong ngành hiển vi học cũng mang lại cho các nhà khoa học những công cụkhảo sát thếgiới cực kì nhỏbéấy. Năm 1931, Ernst Ruska phát triển các bộphận dùng cho chiếc kính hiển vi điện tử đầu tiên, cái ông chếtạo ra vào năm 1933 và nhờ đóôngđược trao giải Nobel vật lí năm 1986. Nguyên lí của chiếc kính hiển vi này là sửdụng một chùm electron hội tụ, chúng hành xửgiống nhưsóng với một bước sóng rất ngắn, thay cho một nguồn sáng nhìn thấy. Kĩthuật này làm tăngđáng kể độ phân giải và cho phép các nhà khoa học quan sát những vật quá nhỏnếu nhìn qua kính hiển vi quang học.
Với những chiếc kính thiên văn ngày một mạnh hơn, các nhà thiên văn học tiếp tục nhận ra những vật thểmới trên bầu trời, từcác tiểu hành tinh chođến những thiên hà xa xôi. Năm 1930, Plutođược bổsung vào bảng kê các hành tinhđã
biết tronghệmặt trời[Hiện nay, Pluto không còn nằm trong danh sách này nữa – ND].
Các nhà thiên văn bắtđầu tiến xa hơn việc nhận dạng và lập danh mục các vật thểtrên bầu trời, họphát triển các lí thuyết vũtrụhọc giải thích sựphát triển của vũtrụ. Năm 1912, nhà thiên văn người MĩVesto Slipher quan sát thấy các vạch phổcủa tất cảcác thiên hàđều bịlệch vềphía tần số đỏcủa quang phổánh sáng. Năm 1929, một nhà thiên văn người Mĩkhác, Edwin Hubble,đềxuất rằng sựlệch này có nghĩa là vũtrụ đang giãn nở ởmột tốcđộkhôngđổi (hằng sốHubble).Đề
xuất này mởra một cuộc tranh luận rằng vũtrụcó tiếp tục giãn nởmãi mãi hay sẽ