Thể loại khác G TRUYỆN KỂ VỀ CÁC NHÀ BÁC HỌC VẬT LÍ

25. HANX CRIXCHIAN ƠCXTÊT (1777 - 1851)

Vận may của nhà khoa học

Người ta nói rằng trên đời có những người gặp may. Cả trong khoa học cũng có những nhà bác học gặp may, thí dụ như nhà vật lí học Đan Mạch Ơcxtêt. Phát kiến của Ơcxtêt là một trong số ít phát kiến có vẻ như hoàn toàn ngẫu nhiên, như một vận may. Trong một giờ giảng của giáo sư vật lí Ơcxtêt về mối liên hệ giữa điện và nhiệt, các sinh viên chăm chú lắng nghe chừng như muốn nuốt lấy từng lời của vị giáo sư trẻ tuổi và đầy nhiệt tình. Cả lớp im phăng phắc...
Vị giáo sư trẻ tuổi trường Đại học tổng hợp Côhenhaghen Ơcxtêt cẩn thận nối hai cực của bộ pin Vônta bằng một dây dẫn và hướng sinh viên chú ý xem dây dẫn nóng lên và thậm chí có khi nóng đỏ lên như thế nào, đồng thời suy ngẫm xem hiện tượng gì đã xẩy ra trong dây dẫn. Nhưng tình cờ, và cũng thật là sự tình cờ hiếm có, bên cạnh dây dẫn vô tình có một kim nam châm đặt trên một mũi nhọn, Và giữa lúc ấy, cũng lại tình cờ, chẳng biết có cái gì xui khiến, một sinh viên bất chợt để ý đến chiếc kim nam châm vốn chẳng có liên quan gì đến đề tài bài giảng và thấy kim lắc lư lệch khỏi vị trí ban đầu. Chàng sinh viên tò mò đó tên là gì, ngày nay không còn ai biết. Chỉ biết, sau khi nhìn thấy hiện tượng lạ lùng đó, chàng đã không dằn lòng nổi, mạnh dạn đứng lên nhờ thầy giải thích.
Ơcxtêt sửng sốt, lặng đi và cử chỉ có phần lúng túng. Vị giáo sư ngắt mạch, kim nam châm chừng như được buông thả, lại trở về vị trí cũ. Đóng mạch, kim run rẩy và lại lệch đi. Thử đổi chiều dòng điện xem sao, Ơcxtêt thấy kim lệch sang phía ngược lại...
Mắt nhà bác học sáng lên, miệng ông lắp bắp không nói thành lời... Ông xúc động thực sự, không sao cưỡng nổi hệt như chiếc kim nam châm vừa va đập phải một cái gì bất chợt. Một niềm hưng phấn trào lên, lan tỏa, sôi động trong khắp người ông... Ông linh cảm thấy thầy trò ông, trong cái lớp học bình dị này, làm cái thí nghiệm đơn sơ này, đã phát hiện ra một cái gì khác thường vô cùng kì vĩ trong giới tự nhiên...
Ấy là vào ngày 15 tháng 2 năm 1820ngày khai sinh một lĩnh vực nghiên cứu vật lí mới: ĐIỆN TỪ HỌC.

Một trí tuệ đã sẵn sàng

Năm 1806, viên trợ giáo 29 tuổi Ơcxtêt thuộc tổ bộ môn được trường Đại học tổng hợp Côpenhaghen thực hiện được niềm mơ ước bấy lâu của mình là được nhận danh hiệu giáo sư đại học. Thế nhưng, có điều lạ, ông được phong danh hiệu giáo sư không phải về dược học, mà lại về... vật lí. Kể cũng lạ thay cho con người trong quá trình phát hiện ra mình, nhiều khi học một chuyên môn, lúc vào đời lại tìm thấy mình chỗ khác...
Sinh trưởng trong một gia đình dược sĩ, lớn lên theo học trường Đại học tổng hợp Côpenhaghen, năm 20 tuổi Ơcxtêt tốt nghiệp dược khoa. Năm 22 tuổi Ơcxtêt bảo vệ luận án tiến sĩ triết học. Ở thời đó, "triết học" là tên gọi chung của các môn khoa học, bao gồm cả khoa học tự nhiên. Trong thời gian hai năm làm việc tại các phòng thí nghiệm châu Âu, Ơcxtêt thấy mình có thirrn hướng về hai môn vật lí và hóa học. Trở về Côpenhaghen, Ơcxtêt đọc các bài giảng về hai môn khoa học đó.
Cuộc hành trình nghiên cứu khoa học lần thứ hai, cũng hai năm, tại các nước châu Âu càng khẳng định năng lực của Ơcxtêt và càng làm cho nhà phát minh tương lai đi sâu vào vật lí và hóa học. Ông đặc biệt say mê với các thí nghiệm về điện của Culông, Ganvani, Vônta v.v...
Thời gian này khoa học đã tích lũy được một số sự kiện cho hay sét có mối liên quan gì đó với từ.
Đầu thế kỉ XIX, Aragô nhà bác học Pháp, trong cuốn sách nhan đề "Sấm và sét" của mình đã kể: "... Tháng 7 năm 1681, tàu thủy "Quych" bị sét đánh. Đêm đến, căn cứ vào vị trí các ngôi sao, mọi người phát hiện ra rằng, trong ba chiếc la bàn có hai chiếc, đáng lẽ kim vẫn chỉ hướng bắc như trước thì lại quay ngược chỉ hướng nam, còn cực bắc của chiếc la bàn thứ ba bây giờ lại chỉ hướng tây...".
Ở một đoạn khác, Aragô ghi: "... Tháng 6 năm 1731, một thương nhân ở Uôcphin đã đặt ở góc nhà một cái hòm lớn đựng dao kéo, thìa nĩa và các dụng cụ khác bằng sắt thép. Sét đánh vào nhà đúng góc có cái hòm. Hòm vỡ và các vật trong đó tung ra. Xem lại thì thấy tất cả dao kéo và thìa nĩa đều đã bị từ hóa rất mạnh...".
Được biệt các sự kiện đó, lại chịu ảnh hướng sâu sắc của các quan điểm triết học của Senlinh và Hêghen về mối liên hệ phổ biến giữa các hiện tượng, đồng thời lại được đọc các công trình về điện và từ của Culông và Poatxông, Ơcxtêt hết sức tâm đắc và đi sâu vào nghiên cứu mối liên hệ giữa điện với các hiện tượng đã biết khác với ánh sáng, nhiệt và âm v.v... Ông cho rằng những hiện tượng muôn vẻ đó chính là biểu hiện của những "xung đột điện" diễn ra trong dây dẫn. Chỉ còn mối liên hệ giữa điện và từ, Ơcxtêt chưa phát hiện được. Hình như hai lực này tồn tại riêng biệt, chẳng hề có liên quan gì với nhau.
Thế nhưng sét, như các sự kiện quan sát cho thấy, đó chẳng phải là sự xoắn bện hết sức chặt chẽ giữa điện và từ đó sao?
Từ mê say, tin tưởng đến quyết tâm...
Ơcxtêt đã bền bỉ, ngoan cường làm không biết bao nhiêu thí nghiệm, ghi chép không biết bao nhiêu giấy mực. Vị giáo sư trẻ kiên trì kiếm tìm mối liên hệ ngoan cố không dễ gì tóm bắt được đó! Người ta kể rằng dù đi đâu, dù ở chốn nào, Ơcxtêt cũng kè kè mang bên mình một kim nam châm xem như một "bửu bối" bất li thân, nó luôn luôn thúc bách ông nhớ đến bài toán hiểm hóc của mình...
Năm tháng trôi qua. Sự cố gắng của ông vẫn chỉ như dã tràng xe cát. Thế rồi, bỗng có một hôm, hôm 15 tháng 2 năm 1820, cái giây phút kì diệu bấy lâu ông hằng mong đợi ấy đã đến. Mọi cái bỗng chốc trở nên sáng rõ và bài toán đã được giải quyết tốt đẹp. Thì ra những "xung đột điện" không chỉ giới hạn trong dây điện. Chúng còn tỏa ra cả không gian xung quanh, và đã tác động lên kim nam châm ở gần đó.
Dịp may đến! Trí tuệ ông bấy lâu đã sẵn sàng đón nhận dịp may. Có biết bao người, dịp may đến nhưng đã để tuột đi không dấu vết. Rõ ràng, dịp may chỉ mách bảo một trí tuệ đã sẵn sàng. Câu chuyện cứ tưởng là ngẫu nhiên, kì thực chẳng ngẫu nhiên.

Tiếp bước Ơcxtêt

Sau cái thí nghiệm bất tử với bộ pin Vônta, dây dẫn và kim nam châm đó, Ơcxtêt tiếp tục suy ngẫm, nghiên cứu, làm hết thí nghiệm đến thí nghiệm khác để kiểm tra và chứng minh giả thuyết của mình. Và giờ đây đã đến lúc ông có thể thông báo phát minh của mình với bạn bè, đồng nghiệp và các nhà khoa học toàn thế giới.
Ấy là vào ngày 21 tháng 7 năm 1820, tất cả các nhà vật lí châu Âu, tất cả các hội khoa học và các ban biên tập tạp chí vật lí đều nhận được một tập sách mỏng, cả thảy chỉ có bốn trang, viết bằng tiếng La tinh, ngoài bìa mang một cái tên chẳng có gì đặc sắc "Những thí nghiệm đề cập đến tác dụng của sự xung đột điện lên kim nam châm" và dòng họ Ơcxtêt của tác giả cũng chẳng có tiếng tăm gì cho lắm...
Thế nhưng từ cách thông báo cho chí lời văn, ngôn ngữ đều toát lên cái ý đã xảy ra một điều gì đó không bình thường. Và đúng là một điều không bình thường đã xảy ra...
Phát minh không bình thường, cách phát minh không bình thường, cả đến không khí khoa học sau phát minh cũng không bình thường....
Ở Giơnevơ Thụy Sĩ, hầu như ngay tức khắc, tháng 8 năm 1820, Đơ la Rivơ lặp lại thí nghiệm của Ơcxtêt và tiến hành hàng loạt những thí nghiệm đầu tiên về tương tác giữa dòng điện và nam châm.
Ở Pari nước Pháp, ngay sau khi được tin về phát minh của Ơcxtêt, Aragô đã thông báo về phát minh này trước các nhà bác học nổi tiếng. Và trong hai ngày mồng 4 và 11 tháng 9 năm 1820, trước Viện hàn lâm, Aragô đã lặp lại thí nghiệm của Ơcxtêt. Trong các phiên họp này có mặt Ampe. Thí nghiệm do Aragô trình bày đã để lại cho Ampe, người sau này được mệnh danh là "Niutơn trong điện học", một ấn tượng mạnh mẽ như một tia chớp giật lóe sáng trong đầu óc. Có lẽ chính tự nơi đây đã khơi nguồn cho định luật Ampe nổi tiếng sau. này.
Ở Hội khoa học Hoàng gia Anh, phát minh của Ơcxtêt đã làm các nhà bác học ngạc nhiên. Đêvi và Vônlaxtơn không những đã lặp lại thí nghiệm của Ơcxtêt mà còn nghĩ ra những thí nghiệm mới minh họa tương tác giữa dòng điện và nam châm. Còn Farađây, ngay sau khi được biết đến phát minh của Ơcxtêt, liền bắt tay ngay vào nghiên cứu ảnh hưởng của dòng điện đến kim nam châm. Và, năm 1821, Farađây thử quay nam châm xung quanh dây dẫn có dòng điện chạy qua và quay dây dẫn có dòng điện chạy qua xung quanh nam châm, tạo ra mô hình động cơ điện đầu tiên trong phòng thí nghiệm, thực hiện mơ ước "biến từ thành điện" như ông đã ghi trong nhật kí...
Từ một gốc đẻ ra muôn nhánh. Từ một thí nghiệm của Ơcxtêt đẻ ra muôn ngàn thí nghiệm khác của Ampe, Farađây, Lenxơ, Măcxoen v.v... Tất cả kết tinh, quy tụ lại, khắc họa nên bức trạnh điện từ hùng vĩ của các hiện tượng tự nhiên. Ngày nay khoa học không còn công nhận khái niệm "xung đột điện" của Ơcxtêt nữa. Nhưng chính khái niệm đó và sự trăn trở nghiên cứu nó đã khai sinh ra điện từ học với muôn vàn ứng dụng trong khoa học và kĩ thuật.
Ơcxtêt được bầu làm viện sĩ danh dự nhiều Viện Hàn lâm khoa học thế giới.
Ông mất ngày 9 tháng 3 năm 1851.
Đánh giá phát minh của ông, Farađây viết: "Với lòng kiên trì theo đuổi mục đích của mình, ông đã được ban thưởng bằng việc phát minh ra một sự kiện mà ngoài ông ra, không ai có thể phỏng đoán cho dù xa xôi đi nữa về sự tồn tại của nó; nhưng sự kiện đó, khi đã được phát minh, lập tức thu hút sự chú ý của tất cả những ai đánh giá được tầm quan trọng và ý nghĩa của nó".

 

26. BLEDƠ PAXCAN (16231662)

Chú bé cái gì cũng muốn biết

Lúc bé, hầu như ai cũng thường hay hỏi người lớn "cái này là gì?", "sao lại thế nọ?", "sao lại thế kia". Nhưng thông thường óc tò mò ấy mòn gỉ đi khi trẻ con trở thành người lớn. Và thật hạnh phúc cho ai còn giữ được nó mãi tới tuổi trưởng thành, như đối với cậu bé Paxcan.

Mồ côi mẹ từ năm lên bốn tuổi, cậu bé Paxcan đã sớm phải sống cuộc đời tự lập: tự lo liệu, tự thu xếp, tự chọn lấy đồ chơi cũng như công việc học hành.

Bố cậu làm giám đốc sở thuế. Ban ngày bố bận trăm công nghìn việc. Nhưng tối đến, sau bữa ăn, cậu hỏi cha về đủ điều thắc mắc trong ngày. Cậu bắt cha kể về thuốc súng, về dông bão lũ lụt, về nam châm, về những thấu kính phóng đại như thế nào.

Một lần, trong bữa ăn, Paxcan lấy con dao ăn gõ nghịch vào đĩa sứ. Tiếng kêu "leng keng" reo lên vui vẻ. Nhưng khi một tay cậu áp vào đĩa, một tay gõ thì tiếng kêu lại bặt đi. Trước hiện tương quá quen ấy những người bình thường chẳng ai để ý Nhưng Bledơ Paxcan thì lại rất đỗi ngạc nhiên. Tại sao âm thanh lại "biến" mất ? Nó "biến" đi đâu nhỉ? Thế là thí nghiệm được tiến hành với dao ăn và đĩa. Cuối cùng, cậu đã viết được một bài "luận văn" nhỏ, nêu lên những nhận xét bước đầu về sự truyền âm. Năm ấy cậu mới mười hai tuổi!

Trong phòng khách, Paxcan thường thấy cha cùng bạn bè bàn cãi về những vấn đề toán học, cậu bé mười hai tuổi ấy rất háo hức muốn biết tại sao những vấn đề toán học lại khiến cho những con người trang nghiêm kia có lúc tranh cãi đến đỏ mặt tía tai làm vậy. Một hôm cậu hỏi cha:

- Bố ơi, thế "hình học" mà các bác vẫn tranh cãi ở nhà ta là cái gì thế?

Tuy là một người yêu thích toán học, nhưng bố Paxcan chưa bao giờ nghĩ đến chuyện dạy cho con mình những kiến thức về toán. Ông cho rằng việc đó đối với con ông còn quá sớm. Vả lại ông có ý cho con trai sau này sẽ đi sâu vào ngôn ngữ học. Ông bèn trả lời qua loa cho xong chuyện:

- Hình học ấy à? Đó là cách vẽ các hình đúng và tìm tương quan giữa các hình đó.

Một tháng sau, tình cờ bước vào phòng, ông thấy Paxcan đang nằm bò trên sàn nhà với vô số những hình tròn, hình tam giác, hình bình hành, hình chóp, đường thẳng song song v.v... Cậu con trai bối rối giải thích:

- Con đang tìm tương quan mà bố đã nói với con trong những cái "bánh xe" và "hỉnh vuông dài" này đấy ạ.

"Bánh xe" và "hình vuông dài" là tên gọi mã Paxcan đặt cho đường tròn và hình bình hành. Và cứ như thế, Paxcan đã chứng minh được một số tính chất của các hình trên cơ sở công nhận một số tính chất khác. Và nhà phát minh trẻ tuổi này còn khám phá ra được những "định lí" và "tiên đề" tuy chính cậu không những từ này. Paxcan đã phát biểu và chứng minh được định lí về tổng các góc trong một tam giác bằng phương pháp của riêng mình.

Thấy thế, bố Paxcan vô cùng sửng sốt. Ông khóc vì sung sướng. Ông thổ lộ với bạn bè: "Con tôi sẽ trở thành nhà toán học và điều này tôimới phát hiện được hôm nay!".

Năm 1639, Paxcan đã viết một luận văn khoa học, trong đó có một định lí nổi tiếng gọi là "định lí hình sáu cạnh thần kì". Đây là một định lí rất quan trọng, là một trong những định lí cơ sở của môn hình học xạ ảnh.

Nhà bác học Đêcac đánh giá rất cao công trình nay, gọi nó là "định lí lớn Paxcan". Ông viết: "Một công trình nghiên cứu như thế chỉ một nhà bác học lớn mới có thể đạt được". Ấy vậy mà nó đã ra đời năm Paxcan mới mười sáu tuổi!

Nhìn thấy cha còng lưng thức đêm thức hôm với những phép tính hàng ngàn con số, lòng Paxcan thắt lại. Cậu nghĩ: "Phải kiếm cách làm cho cha đỡ vất vả, phải giải thoát cho cha khỏi những con số buồn tẻ, vô vị !". Thế là vào năm 1640, cậu con trai mười bảy tuổi đã tặng ông bố cái máy cộngvà trừ - chiếc máy tính đơn sơ mang nặng tấm lòng của người con hiếu thảo.

Paxcan cũng là người đặt những viên gạch đầu tiên cho cơ sở của môn xác suất, môn khoa học cho phép đánh giá về mặt số lượng các biến cố ngẫu nhiên, tức là các biến cố có thể xảy ra hoặc không xảy ra.

Trong "Luận văn về đặc trưng chia được củacác số" Paxcan đã tìm được dấu hiệu chung của tính chia được và cuối cùng ông đã tìm ra phương pháp độc đáo giải bài toán tính diện tích và thể tích, là một bước cơ bản trong việc phát triển môn giải tích các đại lượng vô cùng bé.

Chính do những cống hiến đặc sắc đó, chàng thanh niên Paxcan được người đương thời mệnh danh là "nhà toán học vĩ đại"!


Không xem thường những cái tầm thường!

Con người nhìn ra xung quanh đâu đâu cũng thấy có nước: hồ ao, sông suối, khe lạch, biển khơi... Và, từ lâu, con người đã biết xây kè, đắp đập, đưa nước vào đồng. Lúc ấy, nước như một con thú dữ đã bị thuần phục, ngoan ngoãn thuận theo ý con người. Nhưng cũng có lúc nướchung dữ gào thét, gây nên những trận lũ lụt, trút cơn thịnh nộ vào con người, cuốn trôi và phá hủy tất cả những gì do công sức và mồ hôi của con người sáng tạo nên!

Do đâu mà nước có một sức mạnh ghê gớm như vậy? Làm thế nào khuấtphục được sức mạnh man rợ ấy, buộc nó phải phục tùng ý chí con người?

Thế hệ này qua thế hệ khác, biết bao người đã nhìn thấy cảnh ấy, nhưng ít ai nghĩ được cách giải đáp những câu hỏi ấy.

Chỉ đến Paxcan, con người không xem thường cái vật quá tầm thường, quá giản đơn là những giọt nước, láu lỉnh và hay lẩn trốn kia, mới tìm ra được một trong những "nét tính cách" cực kì quan trọng của nó khiến người đương thời phải sửng sốt, ông nói:

“Một cái bình đựng đầy nước tầm thường chứa đựng một nguyên lí mới của cơ học, đồng thời là một cái máy mới để tăng sức lên đến mức cần thiết, bởi lẽ dùng máy này ta có thể nâng nổi một vật nặng bất kì".

Quả thế, một cái bình đựng đầy nước tầm thường đã giúp Paxcan tìm ra một định luật nổi tiếng mang tên ông.

Ông lấy một bình kín đựng đầy nước. Bình có hai lỗ gắn với hai ống có pittông. Đường kính hai lỗ và hai pittông này bằng nhau. Đặt một quả cân lên một pittông, Paxcan nhận thấy nó hạ sâu xuống và đẩy pittông ở ống kia lên. Muốn giữ cho hai pittông ở trạng thái cân bằng thì cần phải đặt lên pittông ở đầu ống kia cũng một quả cân như thế.

Bây giờ Paxcan lại thay đổi thí nghiệm. Đáng lí là hai pittông có diện tích bằng nhau thì Paxcan lấy một pittông có diện tích gấp 100 lần diện tích của pittông kia. Kết quả cho thấy, nếu đặt một quả cân lên pittông bé thì phải đặt 100 quả cân như vậy lên pittông lớn mới giữ được nó ở chỗ cũ. Từ đó Paxcan rút ra kết luận:

Nếu trên một phần chất lỏng dụng trong bình kín ta gây ra một áp suất thì áp suất này được truyền đều và không giảm bót tới mọi phần của mặt bên trong bình.

Trong trường học, kết luận này được phát biểu đơn giản hơn. Và chúng ta vẫn quen gọi nó là định luật Paxcan:

Các chất lỏng và chất khí truyền áp suất đi nguyên vẹn, không thay đổi, theo mọi phương.

Định luật này đã được Paxcan tìm ra và công bố trong tác phẩm "Luận văn về sự cân bằng của chất lỏng" viết năm 1653 và xuất bản năm 1663, sau khi ông đã qua đời!

Thế nhưng Paxcan không dừng lại ở đó. Ông còn làm tiếp những thực nghiệm khác để tìm hiểu áp suất của chất lỏng lên đáy bình và thành bình!

Ông lấy một bình có những lỗ tiết diện bằng nhau ở đáy bình và thành bình. Ông gắn vào mỗi lỗ một ống có pittông. Khi đổ đầy nước vào bình, nước ép vào pittông. Để có thể đo được lực tác dụng lên mỗi pittông, Paxcan lấy một sợi dây, một đầu buộc vào pittông, đầu kia nối với một đĩa cân thông qua một ròng rọc, còn trên đĩa cân khác, Paxcan đặt các quả cầu cho thăng bằng. Nhìn vào các quả cân đó, Paxcan biết được lực nén tác dụng lên các pittông. Thí nghiệm này cho thấy áp suất của chất lỏng lên đáy bình tỉ lệ thuận với trọng lượng riêng của chất lỏng và với chiều cao của cột chất lỏng, còn áp suất của chất lỏng lên thành bình tỉ lệ với khoảng cách (theo phương thẳng đứng) tới mặt thoáng của chất lỏng.

Kết luận này mặc dù đã được thực nghiệm xác minh, nhưng vẫn làm nhiềungười bán tín bán nghi, cho nó là một nghịch lí, và gọi là nghịch lí thủy tĩnh. Chẳng lẽ áp suất của nước chỉ phụ thuộc vào kích thước của diện tích mà nó ép lên và độ cao của cột nước trên nó thôi ư? Thế còn hình dạng của bình thì sao? Chẳng lẽ ở đáy hình trụ, hình nón cụt, hình phễu, áp suất chỉ phụ thuộc độ cao cột nước ư? Nên nhớ rằng hình dạng của bình quyết định lượng nước nhiều ít ở trong bình.

Bây giờ ta lại dựa vào thí nghiệm. Nếu dùng một ống nối hai bình hình dạng khác nhau song mực nước trong bình như nhau thì nước không chảy từ bình này sang bình kia. Rõ ràng nếu áp suất trong các bình đó khác nhau thì tất sẽ xảy ra sự chuyển dời của nước. Nhưng ở đây đã không xảy ra sự chuyển dời đó và trong các bình thông nhau, chất lỏng bao giờ cũng ở cùng một mực không phụ thuộc vào hình dạng của bình. Trái lại, nếu mực nướa trong các bình thông nháu là khác nhau thì nước sẽ bắt đầu chuyển dời cho tới khi mực nước trong hai bình ngang nhau.

Để chứng minh thêm cho điểm này, Paxcan đã tiến hành một thí nghiệm lí thú, làm chấn động dư luận đương thời.

Ấy là vào một ngày đẹp trời năm 1648...

Paxcan gắn vào một thùng tô-nô bịt kín, đựng đầy nước, một ống nhỏ và dài. Đoạn ông trèo lên bao lơn tầng gác hai và rót một chai nước vào cái ống nhỏ đó. Ấp suất ép lên thành thùng tô nô tăng lên tới mức làm bật tung cả đinh tán ở ván thùng và nước chảy ùa ra ngoài (h.3)


Thí nghiệm này cho thấy ở dưới đáy đại dương, nước và những vật chìm trong nước phải chịu một áp suất lớn biết nhường nào. Nếu dìm một cái chai rỗng đậy chặt nút xuống một nơi khá sâu rồi lại mang nó lên thì sẽ thấy rằng áp suất của nước đã đẩy nút chai tụt vào trong chai và chai chứa đầy nước. Nhà hải dương học Giên Mevây, đã tả lại một thí nghiệm do ông làm như sau: "Lấy ba ống thủy tinh có kích thước khác nhau, hàn kín ở cả hai đầu, bọc vải gai rồi đặt vào trong một ống trụ bằng đồng có lỗ để cho nước đi vào tự do. Dìm ống trụ xuống một nơi sâu 5 km. Khi lấy lên trong vải gai chỉ còn một khối giống như tuyết: đó là những mảnh thủy tinh bị nghiền nát vụn. Một miếng gỗ nhúng xuống sâu như thế, sau khi lấy lên, sẽ chìm trong nước như một viên gạch, bởi vì nước đã ép nó đến mức nó có trọng lượng riêng rất lớn".

Chúng ta thật khó đánh giá hết tầm quan trọng của định luật Paxcan đối với khoa học và kĩ thuật. Khi đắp đê chống lụt và xây dựng nhà máy thủy điện, khi chế tạo những máy truyền lực qua chất lỏng, ví như máy ép dùng nước, thang máy dùng nước, phanh hãm dùng dầu v.v... và giải quyết vấn đề cung cấp nước cho các thành phố công nghiệp lớn v.v... chúng ta đều phải vận dụng định luật Paxcan.

Không tranh luận suông, mà dựa vào thí nghiệm!

Những tin tức về phát minh của Torixenli truyền đến tai Paxcan. Thoạt đầu ông còn bán tín bán nghi. Nhưng khác với các đồ đệ của Arixtôt chỉ thích tranh luận suông, Paxcan quyết định dùng thí nghiệm để kiểm tra kết luận của Torixenli.

Năm 1647, tại Ruăng, Paxcan đã tiến hành thí nghiệm công khai với Torixenli. Những người chống đối ông nói rằng khoảng trống mà Torixenli cho là chân không ở phần trên của ống thực ra chứa đầy không khí loãng. Paxcan đã bác lại lời họ bằng những thí nghiệm với đủ các loại ống có hình dạng và kích thước khác nhau, trong đó có hai ống dài 14m và một ống xi-phông có nhánh dài 15,3m và nhánh kia dài 13,7m. Thế nhưng ông vẫn chưa hài lòng dừng lại ở đó. Vấn đề áp suất của không khí vẫn ngày đêm day dứt ông. Ông tự nghĩ "Ừ, nếu quả thực trên đầu chúng ta là một biển không khí thìở đỉnh núi cao biển ấy phải nông hơn một chút.

Những núi non nhấp nhô ở trên mặt đất cũng tựa như những hòn rạn và những đụn cát ở dưới đáy biển.Vì vậy, ở trên núi, biển không khí phải nông hơn và do đó nó phải nén yếu hơn". Thế là, không chần chừ, ông liền mang ngay ống Torixenli lên gác chuông nhà thờ Xanh Giăc ở Ruăng và ông thấy có sự giảm độ cao của cột thủy ngân. Và ông quyết định lặp lại thí nghiệm Torixenli một lần ở chân núi và một lần ở đỉnh núi rồi đo chiều cao của cột thủy ngân trong ống ở cả hai trường hợp đó. Nếu như trên đỉnh núi, cột thủy ngân quả có thấp hơn cột thủy ngân ở chân núi thì có thể yên tâm kết luận rằng cột thủy ngân trong ống quả đã phải chịu một áp suất của không khí. Nghĩ vậy, ông bắt tay ngay vào việc. Ông cùng người anh rể là Pêriê mang theo hai khí áp kế từ Clecmông, quê hương ông, đến ngọn núi cao ở gần đó. Ngọn núi này tên là Puy đờ Đôm, cao 1467m.

Pêriê giữ một khí áp kế ở dưới chân núi, còn Paxcan đem theo một khí áp kế lên núi. Khi đã trèo tới đỉnh núi, Paxcan thấy áp kế chỉ áp suất gần 27 puxơ (Chú thích: puxơ = 2 centimet).

Trong cùng lúc ấy, ở dưới chân núi, Pêriê thấy áp kế của mình chỉ 30 puxơ.

Và Paxcan kết luận: "Ở chân núi không khí có áp suất lớn hơn trên đỉnh núi và ta không có cơ sở nào để nói rằng thiên nhiên sợ chân không ở dưới thấp hơn ở trên cao".

Cây sậy biết suy nghĩ

Paxcan là con người thể trạng yếu ớt. Ngay từ bé, cậu đã bị bệnh thần kinh hành hạ khổ sở: lên cơn co giật, mất cảm giác, sợ nước. Người ta đồ chừng cậu đã bị chó dại cắn. Mọi người lo lắng, tìm hết cách cứu chữa cho cậu. Ai cũng băn khoăn, nếu cứ quặt quẹo như thế này mãi, không hiểu rồi cậu bé liệu có sống nổi hay không.

Thế nhưng, cậu khỏi bệnh cũng mau và bộc lộ một trí tuệ siêu phàm, một sức làm việc vô song và một năng lực sáng tạo phi thường.

Năm 24 tuổi, Paxcan bị bệnh bại liệt, đi lại rất khó khăn, phải dùng đôi nạng gỗ nặng nề và khó chịu. Nhưng ông không chịu gục ngã, vẫn gắng gượng, đẩy lùi tật bậnh, tiếp tục làm việc và đi đến những phát minh kì diệu. Năm 25 tuổi, tật bệnh lại quay lại hành hạ ông. Những chấn thương tâm thần cũ lại tái phát, chứng đau đầu diễn ra dữ dội, những cơn ác mộng bí hiểm xâm chiếm tâm hồn ông. Sức khỏe ông giảm sút đến tai hại. Ông phải tạm gác việc nghiên cứu khoa học và sống trong cảnh cô đơn, hiu quạnh.

Nhìn thấy cảnh ấy, một người bạn ái ngại khuyên ông:

- Con người chỉ như một cây sậy yếu ớt trước thiên nhiên bao la, hùng mạnh. Làm sao anh có thể đương đầu nổi những cơn dông tố!

Paxcan đáp:

- Đúng, con người chỉ là một cây sậy mảnh mai, mềm yếu, nhưng là cây sậy biết suy nghĩ, vì thế nó không chịu để cho dông tố dập vùi!

Nhưng không may, một tai nạn bất ngờ ập đến, đã đánh bật ông ra ngoài lề cuộc sống.

Một lần Paxcan đi trên một cỗ xe tứ mã; Trên đường đi, bất thần những con ngựa hoảng sợ, giật tung hàm thiếc, phóng như điên qua cầu và đột ngột quay ngoặt sang một bên thành cầu. Thật không may, lan can trên thành cầu vừa mới bị tháo đi để sửa chữa. Hai con ngựa trước lao bổ xuống sông, dây đập vào thành cầu đứt tung. Nhờ thế mà hai con ngựa sau và xe kịp dừng lại được. Moi người đổ xô đến thì than ôi, Paxcan đã chết ngất ở trên xe rồi. Từ giây phút ấy trở đi, ông coi như chết, dẫu rằng ông còn sống thêm tám năm nữa. Ông xa lánh mọi người, suốt ngày ngồi trên một chiếc ghế đặc biệt có bánh xe, có đai giữ lấy người, thân hình gầy yếu, vàng vọt, lặng lẽ.

Một trong những người viết tiểu sử của ông đã viết: "Những năm tháng cuối cùng của đời ông là những giờ phút hấp hối, sầu muộn, đầy những nỗi đau thương khủng khiếp. Có lúc ông cảm thấy trước mặt mình là một vực sâu không đáy và một sức mạnh không cưỡng nổi đang cuốn ông xuống vực đó".

Cuộc đời của nhà khoa học người Pháp này là một trong những trang sửsán lạn nhất, mà cũng đau thương nhất của khoa học tự nhiên.

Ta có thể ví bộ óc của nhà bác học đại tài này với những sợi dây của cây vĩ cầm huyền diệu: dây đàn căng thẳng, sẽ chạm vào cũng đã ngân lên những tiếng kì diệu,nhưng chỉ một cử chỉ phũ phàng cũng đủ làm nó bị đứt.

Paxcan mất ngày 19 tháng 8 năm 1662. Lúc ấy ông mới 39 tuổi. Sau này, để tưởng niệm ông, người ta đã dựng tượng ông cạnh gác chuông nhà thờ Xanh Giắc ở Ruăng để kỉ niệm sự kiện Paxcan đã thí nghiệm với Torixenli trên đó.

 

27. ÔGUYXTANH PHREXNEN (1788 - 1827)


Một kĩ sư cầu đường bất đắc dĩ
Một ngày đầu tháng 5 năm 1788, một chú bé quắt queo ra đời tại một thị trấn nhỏ bé vùng Noocmăngđi thuộc miền bắc nước Pháp, trong một gia đình kiến trúc sư. Chú bé Ôguyxtanh Phrexnen tạng người ốm yếu, lên tám tuổi mới bắt đầu biết đọc, biết viết. Khi học tiểu học, Ôguyxtanh hay ốm đau, nhưng thông minh và rất khéo tay, có tài gọt, lắp những đồ chơi hấp dẫn bằng khúc gỗ hay cành cây, làm cho các bạn học rất thích thú. Năm 16 tuổi, Ôguyxtanh thi đỗ vào trường Bách khoa Pari, và sau một thời gian thì chuyển sang trường Cầu đường Pari. Đó là hai trường đại học nổi danh của Pháp, điều kiện tuyển sinh rất khó, nhưng chất lượng đào tạo lại rất cao. Phrexnen nổi tiếng là một sinh viên giỏi, có nhiều năng lực sáng tạo.
Năm 1809, Phrexnen tốt nghiệp kĩ sư cầu đường và được bổ nhiệm về một tỉnh lẻ để phụ trách việc làm đường và bảo dưỡng đường. Lúc này anh thanh niên vừa vào đời một cảm thấy rõ rệt rằng công việp của anh chẳng làm cho anh thích thú. Để khuây khỏa nỗi buồn trong những ngày tẻ nhạt, khi có thời giờ rảnh rỗi Phrexnen lại đọc sách và nghiên cứu khoa học.
Tỉnh nhỏ làm gì có nhiều sách hay. Phrexnen hầu như vớ được quyển gì thì đọc quyển nấy. Anh đã từng đọc các sách về triết học, thần học, hóa học, kĩ thuật... Một vài cuốn sách về quang học đã gây cho anh hứng thú. Khoảng năm 1811, anh đọc được công trình của Biô về phân cực ánh sáng, và bắt đầu nẩy sinh ý muốn nghiên cứu sâu về quang học. Nhưng tài liệu thiếu thốn, sách vở hiếm hoi, thời gian eo hẹp, khiến Phrexnen không nắm vững được vấn đề, không theo kịp được những thành tựu nghiên cứu mới nhất. Mãi tới năm 1814, trong một bức thư gửi cho bạn, Phrexnen vẫn còn viết: Tôi đã nghe nói tới phân cực ánh sáng, nhưng cho tới nay tôi vẫn chưa hiểu rõ hiện tượng đó là cái gì.
Đầu năm 1815, một sự kiện bất ngờ đã tạo ra một bước ngoặt may mắn trong cuộc đời nghiên cứu của Phrexnen. Hoàng đế Napôlêông bị phế truất và đi đầy ở đảo Enbơ đã trốn khỏi nơi giam cầm, đổ bộ về đất Pháp, tập hợp quân sĩ để đánh đổ vua Luy XVIII, chiếm lại ngôi báu. Phrexnen trung thành với vua, tình nguyện gia nhập quân đội để bảo vệ nhà vua. Ngày 20-3-1815, Napôlêông chiếm được Pari, lập lại ngôi hoàng đế và tiếp tục trị vì trong một trăm ngày nữa. Phrexnen bị bãi chức vì đã chống lại hoàng đế. Một trăm ngày sau, Luy XVIII trở lại cầm quyền, nhưng bộ máy hành chính quan liêu cũng chưa nhớ tới việc phục hồi chức vụ cho Phrexnen,
Trong cái rủi hóa ra lại có cái may. Vào lúc không có công ăn việc làm chính thức, Phrexnen quyết định dùng thời gian để nghiên cứu về nhiễu xạ ánh sáng. Với những tài liệu ít ỏi, những dụng cụ thí nghiệm thô sơ và một số tri thức về quang học còn nghèo nàn, nhưng nhờ một nhiệt tình mãnh liệt và đôi bàn tay khéo léo tuyệt vời, Phrexnen đã hoàn tất hai công trình nghiên cứu nhỏ và ngày 15-10-1815 gửi chúng tới Viện hàn lâm khoa học Pari. Trong khi đó thì chính quyền Luy XVIII đã xem xét và phục hồi chức vụ cho Phrexnen. Những sự ngẫu nhiên may mắn đó hầu như đã cố tình tạo ra những điều kiện thuận lợi để dắt dẫn nhà kĩ sư cầu đường bất đắc dĩ đến với quang học.

Là hạt hay là sóng?

Viện sĩ Aragô được phân công đọc hai bài viết của Phrexnen gửi tới Viện hàn lâm. Aragô đang nghiên cứu những hiện tượng quang học, và đã có những công trình đi sâu vào sự phân cực ánh sáng, ông nhận thấy các bản viết của Phrexnen còn mang những sai sót của một người chưa am hiểu vấn đề, nhưng cũng có những ý nghĩ đặc sắc, có chiều sâu, khiến ông thích thú. Để khuyến khích một tài năng trẻ, Aragô đã đề nghị Viện hàn lâm mời Phrexnen lên Pari làm lại những thí nghiệm của mình trong những điều kiện thuận lợi hơn. May mắn thay, Phrexnen vừa được phục hồi xong, và được phép đi Pari.
Aragô đã thông báo cho Phrexnen mọi thông tin đầy đủ về tình hình nghiên cứu quang học vào lúc đó, và tạo điều kiện cho Phrexnen nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Viện hàn lâm.
Trong vật lí học đầu thế kỉ XIX đang có sự đấu tranh giữa hai lí thuyết về ánh sáng. Thuyết đang thịnh hành, do Niutơn đề xuất, là thuyết hạt ánh sáng. Nó coi ánh sáng là những hạt đặc biệt phóng ra từ các tâm phát sáng. Nó giải thích được sự truyền thẳng của ánh sáng, sự phản xạ, khúc xạ ánh sáng nhưng không giải thích được các hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa, phân cực ánh sáng. Thuyết sóng ánh sáng do Huyghenxơ đề xuất coi ánh sáng là những sóng phát ra từ các tâm phát sáng và truyền đi trong một môi trường đặc biệt gọi là ête. Thuyết sóng của Huyghenxơ không giải thích được sự truyền thẳng của ánh sáng, và cũng chưa giải thích tốt được các hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa và phân cực ánh sáng.
Trong một thời gian ngắn, Phrexnen đã thực hiện được một số phát minh mới khiến tự bản thân ông tin rằng thuyết sóng ánh sáng là đúng, và tự đặt cho mình nhiệm vụ tiếp tục bổ sung và khẳng định thuyết đó.
Để tạo ra những nguồn sáng điểm, ông dùng ảnh của Mặt Trời hoặc của một ngọn nến qua một viên bi thủy tinh nhỏ hoặc một giọt mật ong. Chúng đóng vai trò của một thấu kính có tiêu cự rất ngắn. Để quan sát các vân giao thoa và nhiễu xạ, ông tự thiết kế một trắc vi thị kính đơn giản, cho phép đo khoảng cách các vân với độ chính xác tới 0,lmm.
Lúc đầu Phrexnen chia sẻ ý kiến của các nhà vật lí lúc đó, cho rằng trong các hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa có vai trò các mép của cáp vật cản ánh sáng. Sau khi thí nghiệm với nhiều vật cản khác nhau, như một sợi dây kim loại, một mép dao bào, một khe hẹp vạch trên lớp mực tàu phết trên tấm kính, một khe nhỏ giữa hai khối trụ bằng kim loại... Ông thấy hình ảnh các vân giao thoa và nhiễu xạ không thay đổi đáng kể. Để kiểm tra lại, ông đã phát minh một phương pháp thí nghiệm mới.
Trước đó phương pháp của Iâng để nghiên cứu giao thoa ánh sáng là cho một nguồn sáng chiếu qua hai khe rất hẹp khoét gần nhau trên một màn chắn để tạo ra hai nguồn sáng kết hợp. Với phương pháp này, người ta cho rằng các mép của khe hẹp có đóng một vai trò nào đó trong việc tạo ra các vân giao thoa.
Phương pháp mới của Phrexnen là cho một nguồn sáng điểm phản xạ trên hai tấm gương phẳng đặt chếch nhau một góc gần bằng 180° (gương Phrexnen). Ảnh của nguồn sáng qua hai gương đó cũng là hai nguồn sáng kết hợp, tạo ra những tia sáng gần song song với nhau giống như trong phương pháp của Iâng. Ở đây, vai trò các mép của vật cản đã bị loại trừ, và hiện tượng giao thoa xẩy ra hoàn toàn giống như trước. Phrexnen kết luận được rằng hiện tượng giao thoa ánh sáng xảy ra chính là do bản chất sóng của ánh sáng.
Năm 1817, Viện hàn lâm khoa học Pari công bố một cuộc thi nhằm tìm cách giải quyết tốt nhất những vấn đề của hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Tinh thần chủ đạo toát ra từ đề thi là phải vận dụng thuyết hạt ánh sáng. Phrexnen chần chừ mãi, không muốn tham dự cuộc thi vì sự nghiên cứu của ông lại nhằm xây dựng thuyết sóng ánh sáng. Nhưng do bạn bè thúc dục và thuyết phục, ông đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu của mình trong một công trình mạng tên "Bút kí về lí thuyết nhiễu xạ" và gửi đi dự thi vào tháng 4-1818.
Công trình của Phrexnen được một hội đồng đặc biệt xem xét, gồm năm viện sĩ là Laplaxơ, Biô, Poatxông, Aragô, Gay Luyxăc. Trong năm giám khảo trên, ba người đầu ủng hộ mạnh mẽ thuyết hạt ánh sáng, Aragô là người có thiện cảm với tài năng của Phrexnen, Gay Luyxăc không am hiểu mấy về quang học, nhưng nổi tiếng là một con người trung thực. Thành phần hội đồng này xem ra không thuận lợi cho Phrexnen.
Trong công trình dự thi, Phrexnen đã thể hiện một trực giác khoa học rất đặc biệt, nêu ra được những ý kiến mới, mạnh dạn, nhưng phần chứng minh toán học thì còn thiếu chặt chẽ và chưa đầy đủ. Trong khi đó thì Laplaxơ, Biô, Poatxông là những nhà toán học nổi tiếng, có yêu cầu rất cao, và thậm chí hầu như sừng bái sự chặt chẽ và chính xác toán học. Căn cứ vào lập luận của Phrexnen, Poatxông đã tính toán thêm và đưa ra nhận xét rằng lí thuyết của Phrexnen dẫn đến một số trường hợp vô lí, trái với lẽ phải. Một là ở giữa bóng đen của một vật chắn hình tròn có kích thước nhất định do Poatxông tính ra, sẽ xuất hiện một đốm sáng. Hai là khi chiếu sáng một lỗ nhỏ hình tròn, nếu đặt một màn chắn sau lỗ đó ở một khoảng cách nhất định do Poatxông tính ra, sẽ xuất hiện một đốm đen ở giữa vết chiếu của lỗ tròn. Hội đồng đề nghị Phrexnen chứng minh bằng thực nghiệm hai kết luận đó.
Với sự giúp đỡ của Aragô, Phrexnen đã làm thí nghiệm và chứng tỏ một cách xuất sắc rằng kết quả thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với các phép tính lí thuyết của Poatxông, và như vậy ý kiến phản bác của Poatxông lại biến thành một chứng minh củng cố thêm cho lí thúyết của Phrexnen.
Với sự nhất trí hoàn toàn của cả năm ủy viên, hội đồng đề nghị tặng giải thưởng cho Phrexnen. Năm 1819 Phrexnen nhận giải thưởng và năm 1823 ông được bầu làm viện sĩ Viện hàn lâm khoa học Pari.
Tuy nhiên, đa số các nhà vật lí thời đó vẫn còn tiếp tục giữ quan điểm cũ và chưa thực sự công nhận thuyết sóng ánh sáng của Phrexnen. Họ khâm phục và đánh giá cao lí thuyết của Phrexnen, nhưng chỉ coi nó là một lí thuyết toán học có giá trị cao để tính toán, chưa coi nó là một lí thuyết vật lí phản ảnh bản chất của ánh sáng.

Sóng dọc hay sóng ngang?

Không nên vội vã lên án các nhà vật lí học đầu thế kỉ XIX là những người bảo thủ, không đổi mới. Thực ra thì mặc dù thuyết sóng ánh sáng đã đạt những thành tích rất lớn trong việc giải thích các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng, thuyết đó vẫn còn chưa hoàn chỉnh và thiếu chặt chẽ. Nó mới còn đang ở bước đầu phát triển, một bước đầu có nhiều hứa hẹn nhưng vẫn chưa đủ sức thuyết phục. Một trong những điểm yếu nhất của nó là nó chưa thể giải thích được bản chất của sự phân cực ánh sáng.
Từ đầu thế kỉ XVIII, Niutơn đã phát hiện một hiện tượng lạ trong quang học: tính chất của tia sáng phản xạ, hoặc khúc xạ phụ thuộc góc tới, tức là phụ thuộc độ nghiêng của tia tới so với mặt phân giới của hai môi trường. Niutơn giả thiết rằng các hạt ánh sáng có các mặt khác nhau, mỗi mặt có một hình dáng riêng. Hạt ánh sáng phản xạ ra sao hoặc xuyên qua mặt phân giới ra sao là tùy theo nó đập mặt nào của nó vào mặt phân giới. Huyghenxơ cũng đã mô tả những hiện tượng như vậy, nhưng "dành cho các nhà nghiên cứu khác việc giải thích nguyên nhân của chúng".
Đầu thế kỉ XIX, Maluyxơ đã nghiên cứu kĩ các hiện tượng loại này và đã được Viện hàn lâm khoa học Pari tặng giải thưởng cho công trình của ông về hiện tượng lưỡng chiết. Maluyxơ đã dựa vào giả thuyết của Niutơn để giải thích. Ông cho rằng mỗi hạt ánh sáng có nhiều "cực" khác nhau. Trong ánh sáng tự nhiên, cực của các hạt ánh sáng hướng theo một hướng. Khi ánh sáng phản xạ, hoặc khi nó khúc xạ trong chất lưỡng chiết, các hạt ánh sáng hướng cực của chúng theo một hướng nhất định. Maluyxơ gọi ánh sáng đó là ánh sáng "phân cực" và thuật ngữ phân cực từ đó được công nhận trong vật lí học. Ông coi ý kiến này không phải là một chân lí không thể tranh luận nữa, mà chỉ là một giả thuyết để tiện nghiên cứu và tính toán. Biô và Aragô cũng đã có những phát minh về sự phân cực ánh sáng, và cũng tán thành quan điểm của Maluyxơ.
Sau khi xây dựng lí thuyết về nhiễu xạ, Phrexnen chuyển sang nghiên cứu sự phân cực ánh sáng. Như đã thấy ở trên, mỗi khi gặp một hiện tượng mới, người ta lại phải bổ sung một vài điều vào thuyết hạt ánh sáng, khiến cho thuyết đó trở nên rất phức tạp và rối ren. Phrexnen quyết định tìm cách giải thích hiện tượng phân cực bằng thuyết sóng ánh sáng, và xây dựng một lí thuyết nhất quán về sóng ánh sáng.
Cùng với Aragô, Phrexnen nghiên cứu khả năng giao thoa của ánh sáng phân cực. Hai ông thấy rằng hai tia sáng phân cực song song bao giờ cũng giao thoa với nhau được, nhưng hai tia sáng phân cực vuông góc thì không bao giờ giao thoa với nhau. Điều này khác hẳn sự giao thoa của các sóng âm. Lúc đầu Phrexnen coi các sóng ánh sáng cũng giống như các sóng âm, tức là những sóng dọc tạo ra bởi sự nén và giãn của ête, giống như sự nén và giãn của không khí khi truyền âm. Với quan niệm về sóng ánh sáng như vậy, không thể giải thích được các hiện tượng liên quan đến sự phân cực ánh sáng.
Khi nghiên cứu sự phản xạ ánh sáng, hai ông thấy rằng tia sáng phản xạ đã bị phân cực có hai mặt phẳng đối xứng vuông góc với nhau và đi qua tia phản xạ. Điều đó cho phép nghĩ rằng các dao động của ánh sáng phản xạ diễn ra trong hai mặt phẳng đó, theo một phương vuông góc với phương truyền sóng, có nghĩa rằng sóng ánh sáng phải là một sóng ngang.
Ý kiến về sóng ngang cũng đã nảy ra trong óc Iâng, khi ông nghe nói đến các thí nghiệm của Aragô và Phrexnen. Nhưng lâng chỉ coi đó là những "dao động ngang tưởng tượng" tức là một khái niệm thuần túy bịa đặt để tiện sử dụng trong một số trường hợp nào đó. Phrexnen tiếp tục sử dụng lí thuyết về sóng dọc trong nhiều năm, nhưng không tài nào giải thích được hiện tượng phân cực. Năm 1821, sau khi không tìm ra con đường nào khác, ông quyết định công nhận lí thuyết sóng ngang. Với lí thuyết này, có thể giải thích được các hiện tượng phân cực và nhiều hiện tượng quang học khác. Nhưng nếu coí ánh sáng là sóng ngang thì môi trường truyền sóng, tức là ête, là một chất không trọng lượng và không gây một sức cản nào đối với những vật chuyển động trong nó (thí dụ: các hành tinh), đồng thời lại phải rắn hơn cả sắt thép, vì chỉ những vật hết sức rắn mới truyền được sóng ngang với vận tốc lớn như vận tốc ánh sáng. Lí thuyết sóng ngang là hết sức mạnh dạn, những hết sức vô lí và điên rồ. Aragô là người tán thành thuyết sóng ánh sáng, người lâu nay vẫn giúp đỡ, khuyên nhủ, bảo vệ Phrexnen, cũng không muốn chia xẻ quan điểm của Phrexnen và từ chối không cùng đứng tên với Phrexnen trong những bài viết về lí thuyết sóng ngang. Thế là từ 1921 Phrexnen đơn độc tiếp tục đi trên con đường của mình, con đường đó đã dẫn tới thắng lợi hoàn toàn.

Ête truyền sóng như thế nào?

Với giả thuyết về các sóng ngang, Phrexnen đã xây dựng được một mô hình cơ học về ánh sáng và các hiện tượng quang học. Trong mô hình này môi trường truyền sóng là ête chứa đầy trong vũ trụ và thấm vào mọi vật, các vật này lại có khả năng làm biến đổi các tính chất cơ học của ête. Do có sự biến đổi đó, trong quá trình sóng ánh sáng truyền từ ête tự do vào ête thấm trong các vật, khi gặp mặt phân giới, một phần sóng xuyên vào trong vật và một phần khác quay trở lại. Đó là nguyên nhân tại sao ở mặt phân giới ánh sáng vừa có một phần phản xạ và một phần khúc xạ. Thuyết hạt ánh sáng không thể giải thích được hiện tượng này, không thể nói vì sao ở mặt phân giới lại có sự "phân công" giữa các hạt ánh sáng, hạt này thì xuyên qua mặt và hạt khác thì nẩy trở lại.
Theo lí thuyết của Phnexnen, ánh sáng là do các phân tử vật chất phát ra khi chúng dao động. Tại mỗi thời điểm từng phân tử đều phát ra một sóng phân cực phẳng (tức là sóng đó dao động theo một phương nhất định vuông góc với phương truyền). Nhưng vì các phân tử va chạm lẫn nhau và dao động hỗn độn theo mọi phương nên sóng ánh sáng chúng phát ra cũng luôn luôn đổi phương dao động. Các phân tử của vật phát sáng tạo ra một ánh sáng tổng hợp, là một sóng dao động liên tục, hỗn độn, luôn luôn đổi phương dao động. Ánh sáng đó gọi là ánh sáng tự nhiên (chưa phân cực). Sự phân cực ánh sáng tức là sự phân tích các dao động của ánh sáng tự nhiên theo hai phương vuông góc nhau, tương tự như sự phân tích một lực ra hai lực thành phần. Dựa vào quan niệm như trên, Phrexnen đã giải thích được những hiện tượng phân cực đã biết, và phát minh được một số quy luật mới.
Năm 1823, Phrexnen gửi tới Viện hàn lâm Pari một công trình mang tên "Bút kí về sự lưỡng chiết". Một hội đồng gồm Aragô, Ampe, Phuriê được cử ra để xem xét, đánh giá công trình đố. Hội đồng công nhận tất cả những kết quả nghiên cứu cụ thể của Phrexnen. Nhưng đối với quan niệm về sóng ngang, hội đồng đã phát biểu một cách dè dặt: "... hiện nay chưa thể có được một sự phán đoán dứt điểm".
Năm 1824, Phrexnen phải ngừng công việc nghiên cứu, vì sức khỏe quá giảm sút. Năm 1824 ông được tặng huy chương Rumpho của Hội hoàng gia Luân đôn (tức là Viện hàn lâm khoa học nước Anh). Đó là phần thưởng dành cho những nhà khoa học có công trình nghiên cứu xuất sắc. Năm 1825 ông được bầu làm hội viên Hội hoàng gia Luân đôn.
Cho tới năm 1827, khi Phrexnen mất, và trong nhiều năm sau nữa, thuyết sóng ánh sáng của Phrexnen vẫn chưa được hoàn toàn công nhận, mặc dù số người ủng hộ thuyết hạt ánh sáng đã giảm, ở một vài chỗ, những kết luận rút ra từ hai thuyết đó là mâu thuẫn với nhau. Theo thuyết hạt, vận tốc ánh sáng trong nước lớn hơn trong không khí. Theo thuyết sóng thì ngược lại. Nhưng vào lúc đó khoa học chưa đo được vận tốc ánh sáng một cách chính xác, cho nên mâu thuẫn đó chưa thể giải quyết được.
Năm 1849, Phidô đề xuất một phương pháp cho phép đo được vận tốc ánh sáng trong không khí. Năm 1850 Phucô nêu ra một phương pháp khác cho phép đo vận tốc ánh sáng trong nước. Các phép đo chính xác chứng tỏ vận tốc ánh sáng trong nước nhỏ hơn trong không khí. Từ ngày đó, không còn ai vận dụng thuyết hạt ánh sáng mữa.
Cơ sở vững chắc của quang học sóng đã được Phrexnen xây dựng trong thời gian từ 1815 đến 1823. Lí thuyết của ông ngày nay được gọi là lí thuyết sóng ánh sáng cổ điển. Trong lí thuyết đó vẫn còn một mâu thuẫn lớn chưa giải quyết được, đó là tính chất kì lạ của ête, môi trường truyền sóng ánh sáng.
Phải tới cuối thế kỉ XIX, đầu thế kỉ XX, vật lí học mới giải quyết được mâu thuẫn đó bằng một cách xem ra rất đơn giản, đó là sự xóa bỏ vai trò của ête, xóa bỏ sự tồn tại của ête trong sự truyền sóng ánh sáng và sóng điện từ nói chung.

 

28. MĂCX PLĂNG (1858-1947)

Thẳng đường đi vào khoa học

Con đường đi vào khoa học của Măcx Plăng thực là bằng phẳng và thẳng tắp, không vướng chút khó khăn nào đáng kể. Có lẽ để bù trừ lại sự ưu đãi quá mức này của số mệnh nên phần cuối đời của ông lại đầy rẫy những bất hạnh mà ông chỉ có thể cắn răng chịu đựng, không cách nào chống lại được.
Măcx Plăng sinh năm 1858 tại Kin, một thành phố cảng miền bắc nước Đức, bố là giáo sư luật học. Khi Măcx lên 9, gia đình chuyển tới Munkhen, ở miền nam nước Đức. Cậu bé học chăm và thông minh, từ lớp dưới đã tỏ ra có nhiều năng khiếu về toán. Lên đến những lớp giữa cấp học phổ thông, mỗi khi thầy giáo toán nghỉ ốm, nhà trường đều giao cho Măcx thay thầy giúp các bạn ôn luyện lí thuyết và chữa bài tập. Măcx rất thích những giờ học vật lí vì thầy giảng thật hay, khiến cậu bé rất yêu thầy và yêu môn học đó. Nhưng khi học xong trung học, Măcx cũng đã phải cân nhắc để lựa chọn giữa vật lí học và âm nhạc, vì cậu cũng rất yêu thích và có năng khiếu âm nhạc. Măcx cuối cùng đã chọn vật lí học, nhưng vẫn coi âm nhạc là niềm mê say thứ hai của mình.
Năm 1873 Plăng vào học trường đại học tổng hợp Munkhen. Sau ba năm học, anh xin chuyển đến học ở Beclin, vì muốn được nghe những nhà bác học nổi tiếng như Hemhônxơ, Kiêcxôp giảng bài. Năm 1878, anh tốt nghiệp trường đại học tổng hợp Beclin và năm 1879 được nhận làm phó giáo sư ở khoa vật lí trường đại học tổng hợp Munkhen. Plăng là nhà vật lí lí thuyết nhưng đã đánh giá được vai trò quan trọng của thực nghiệm đối với lí thuyết vật lí: “Sự kiện thực nghiệm tạo nên cái đĩểm tựa của Acsimet, nhờ nó mà một lí thuyết có sức nặng nhất có thể bị bật khỏi nền móng. Nhưng trước khi dựng một thí nghiệm, cần phải cân nhắc nó, nghĩa là phải đặt ra một câu hỏi để hỏi thiên nhiên" (chú thích: Sau khi phát minh ra quy tắc đòn bẩy, Acsimet nói :”Hãy cho tôi một điểm tựa, tôi sẽ bẩy cả thế giới lên”). Đó chính là phương pháp mà Plăng sẽ kiên trì áp dụng. Lí thuyết phải được thực nghiệm kiểm tra, thử thách. Nhưng mỗi loại thí nghiệm phải nhằm một mục đích nhất định, giải quyết một vấn đề nhất định. Năm 1885 Plăng là giáo sư vật lí lí thuyết trường đại học tổng hợp Kin, và từ 1889 là giáo sư trường đại học tổng hợp Beclin suốt hơn 40 năm liền. Năm 1894 Plăng được bầu làm viện sĩ Viện hàn lâm khoa học Beclin.
Hai gợn mây đen của đầu thế kỉ XX
Thế kỉ XIX sắp chấm dứt. Các nhà khoa học liên tục công bố các phát minh mới, nhưng cuộc sống trong các phòng thí nghiệm vẫn bình an, không có sự kiện gì đặc biệt và cũng không ai chờ đợi cái gì đặc biệt. Huân tước Kenvin, nhà khoa học lão thành và uyên bác mà mọi người kính nể, tuyên bố rằng con thuyền khoa học đã cập vào một bến bờ yên tĩnh, đã giải quyết xong mọi vấn đề cơ bản nhất. Bước sang thế kỉ mới, chỉ còn cần hoàn chỉnh nốt các chi tiết, và nâng độ chính xác lên một mức cao hơn. Có chăng chỉ còn hai "gợn mây nhỏ" hơi làm vẩn bầu trời khoa học trong xanh. Hai gợn mây nhỏ mà Ken vin nói tới chính là hai "khó khăn nhỏ" chưa giải quyết xong khi nghiên cứu lí thuyết bức xạ và khi giải thích những kết quả của thí nghiệm Maikenxơn. Bộ óc tinh tường của Kenvin cũng không ngờ được rằng từ hai gợn mây đó sẽ nổ ra hai cơn giông, làm nẩy sinh thuyết lượng tử và thuyết tương đối, tạo ra một bước ngoặt cơ bản trong vật lí học.

Chúng ta hãy nhìn kĩ hơn vào gợn mây thứ nhất.

Khoa học ngày nay đã chứng minh rằng vật chất tồn tại dưới hai dạng bổ sung lẫn nhau: dạng hạt (cũng gọi là chất) và dạng trường (cũng gọi là bức xạ). Vào cuối thế kỉ XIX, các nhà vật lí học cho rằng thế giới gồm có vật chất mang tính gián đoạn và bức xạ mang tính liên tục. Bức xạ không phải là vật chất, nhưng bức xạ và vật chất luôn luôn tương tác với nhau và tạo ra mọi hiện tượng trong thế giới. Vì vậy việc nghiên cứu tương tác giữa vật chất và bức xạ là hết sức cơ bản.
Lúc đó, các nhà vật lí đang nghiên cứu những bức xạ do các vật bị nung nóng phóng ra. Thực nghiệm cho biết rằng một vật nung nóng phóng ra sóng điện từ với các bước sóng khác nhau, và những sóng có bước sóng khác nhau thì mang theo những năng lượng khác nhau. Bức xạ của Mặt Trời là những sóng điện từ có bước sóng biến đổi liên tục trong khoảng từ 10-8m đến 10-4m. Những sóng ở miền vàng-xanh mang năng lượng cực đại. Ở những miền hồng ngoại và tử ngoại, năng lượng của sóng giảm rất nhanh. Biểu đổ biểu diễn sự phụ thuộc của năng lượng bức xạ vào bước sóng có dạng hình chuông úp ngược. Khi thí nghiệm với nhiều loại vật khác nhau, và đặc biệt với loại vật mang tính chất lí tưởng gọi là "vật đen tuyệt đối", người ta cũng thấy kết quả như vậy.
Kết quả thực nghiệm là hoàn toàn đáng tin cậy. Vấn đề bây giờ là phải giải thích các kết quả đó về mặt lí thuyết. Các nhà vật lí xuất phát từ lí thuyết của nhiệt động lực học và điện động lực học đã tìm ra được hai công thức lí thuyết khác nhau. Công thức thứ nhất áp dụng rất tốt cho miền sóng ngắn, nhưng sang miền sóng dài nó hoàn toàn sai khác với kết quả thực nghiệm. Ngược lại, công thức thứ hai áp dụng rất tốt cho miền sóng dài, nhưng hoàn toàn không áp dụng được cho miền sóng ngắn. Lập luận để rút ra hai công thức này là rất đúng đắn, và dựa trên những cơ sở vững vàng. Nhưng không ai giải thích được tại sao mỗi công thức chỉ đúng với một miền sóng, và là hoàn toàn sai đối với miền kia. Đó chính là "gợn mây nhỏ" mà Kenvin đã nói tới.

Một phát minh khó hiểu

Từ năm 1889, khi bắt đầu là giáo sư trường đại học tổng hợp Beclin, Plăng đã quan tâm nghiên cứu lí thuyết của bức xạ vật đen tuyệt đối, và ngày càng bị vấn đề lí thú này cuốn hút
Người ta kể lai rằng ít lâu trước khi đi đến phát minh vĩ đại của mình, Plăng đã leo được lên một đỉnh núi cao mà trước đó ông chưa bao giờ lên tới được. Plăng có cái thú leo núi vào những ngày nghỉ. Hôm đó ông rất phấn chấn hít thở không khí nhẹ nhõm và trong lành trên đỉnh núi cao tuyết phủ trắng xóa, và phóng tầm mắt ra tận chân trời xa vô tận. Với hào hứng của thắng lợi mới đạt được, Plăng ngồi vào bàn nghiên cứu.
Lần này Plăng quyết định sẽ đi một con đường ngược lại con đường đã đi trước đây. Các nhà vật lí trước đây đã xuất phát từ lí thuyết để tìm ra một công thức, rồi đem công thức đó đối chiếu với kết quả thức nghiệm để kiểm tra lại. Plăng quyết định xuất phát từ những kết quả thực nghiệm, những kết quả mà mọi người đã công nhận là hoàn toàn đáng tin cậy, và dùng những "mưu mẹo" toán học để “gò” ra một công thức khớp với thực nghiệm, rồi sau đó mới tìm cách giải thích nó bằng lí thuyết.
Trong cách tính của các nhà vật lí trước đó, có một tích phân, tức là một phép cộng vô số những số hạng biến đổi liên tục. Giá trị của tích phân này lớn lên vô hạn ở miền sóng ngắn, và dẫn đến những kết quả vô lí. Plăng thay tích phân này bằng một chuỗi, tức là tổng của vô số những số hạng biến đổi gián đoạn, không liên tục. Giá trị của chuỗi này là hữu hạn ở mọi miền sóng. Công thức mà Plăng tìm ra phù hợp đẹp đẽ với kết quả thực nghiệm ở mọi miền sóng. Ở đây, cái "mưu mẹo" duy nhất mang tính tùy tiện là sự thay thế một tích phân bằng một chuỗi. Ở mọi chỗ khác cách tính toán của Plăng là phù hợp với lí thuyết hiện hành.
Cái khó nhất bây giờ là tìm cách giải thích công thức đó bằng lí thuyết. Plăng đã kể lại: "Sau mấy tuần lễ làm việc căng thẳng nhất trong cả đời tôi, thì từ bóng tối trong đó tôi đang ngụp lặn đã bừng lên một tia chớp và trước mắt tôi mở ra những triển vọng bất ngờ". Cái bất ngờ đó như sau. Có thể từ lí thuyết hiện hành rút ra được công thức của Plăng nếu giả định rằng năng lượng được bức xạ một cách gián đoạn, theo từng lượng nhỏ một, gọi là lượng tử. Mỗi lượng tử năng lượng có giá trị tỉ lệ với tần số sóng bức xạ £ = hf. Ở đây, £ là năng lượng của lượng tử bức xạ, f là tần số của sóng bức xạ, h là một hằng số mà Plăng gọi là"lượng tử tác dụng" và các nhà khoa học hiện nay gọi là hằng số Plăng.
Giả thuyết này mâu thuẫn với lí thuyết cổ điển về bức xạ, vì theo lí thuyết đó thì bức xạ là một quá trình sóng trong đó năng lượng được truyền đi một cách liên tục. Giả thuyết này có phù hợp với thực tế hay không, và hằng số có phản ánh một cái gì có thật hay không? Chưa có đủ cơ sở để trả lời những câu hỏi như vậy. Plăng nói: "Hoặc giả hằng số đó là một đại lượng hư cấu, và khi đó tất cả việc rút ra định luật bức xạ về nguyên tắc là sai, và chỉ là một trò đùa trống rỗng với các công thức, không có ý nghĩa gì. Hoặc giả việc rút ra đính luật bức xạ đã dựa trên một hiện thực vật lí nào đó, và khi đó lượng tử tác dụng phải có một ý nghĩa cơ bản trong vật lí học, và là một cái gì hoàn toàn mới mẻ, chưa từng biết, điều đó phải tạo ra một bước ngoặt trong tư duy vật lí của chúng ta".
Ngày 14 tháng 12 năm 1900, sau nhiều dằn vật, cân nhắc, Plăng đã báo cáo phát minh của mình trước Hội vật lí Đức ở Beclin. Ông gọi phát minh đó một cách khiêm tốn là một "giả thuyết để làm việc" để giải quyết những vấn đề về bức xạ một cách thuận tiện. Khi nêu lên kết luân về tính gián đoạn của tác dụng và của năng lượng, ông đã đề nghị các nhà khoa học kiểm tra lại nó một cách cẩn thận. Ngay đêm hôm đó nhà vật lí trẻ Rubenx, sau khi nghe báo cáo của Plăng, đã đối chiếu công thức của Plăng với những số liệu thí nghiệm rất chính xác của bản thân mình. Sáng sớm hôm sau, anh phấn khởi thông báo với Plăng: công thức Plăng hoàn toân phù hợp với kết quả thí nghiệm.
Plăng rất phấn khởi nhưng vẫn không thể yên tâm, và trong nhiều năm sau nữa cũng không đánh giá dứt điểm được phát minh của mình. Các nhà vật lí học chấp nhận công thức Plăng để làm việc, nhưng vẫn rất khó chịu với những lượng tử. Như Anhxtanh đã nói, "Plăng đã thả một con bộ chét vào tai các nhà vật lí học. Họ cố không để ý đến nó, nhưng nó chẳng để cho họ ăn ngon ngủ yên".
Công nhận hay không công nhận
Lượng tử năng lượng đúng là một nốt nhạc lạc lõng, một nghịch âm trong bản hợp xướng hài hòa của vật lí học cuối thế kỉ XIX. Nhiệt động lực học và điện động lực học đã là những lí thuyết hoàn chỉnh, giải thích được hầu hết mọi hiện tượng vật lí đã biết, và ở đây không thể có chỗ cho những năng lượng gián đoạn. Plăng hiểu rõ như vậy, và suốt gần một phần tư thế kỉ tiếp theo, Plăng tìm mọi cách để có thể "lái" lượng tử nhập vào vật lí học cổ điển. Đây là một trường hợp chưa từng có, khi nhà phát minh, sau lúc đẻ ra một tư tưởng vĩ đại, lại run sợ trước quy mô của những hậu quả của nó.
Plăng rầu rĩ nói: "Đưa ra giả thuyết lượng tử tức là làm sụp đổ lí thuyết cố điển, chứ không phải chỉ biến đổi nó một cách đơn giản. Bây giờ không còn định luật vật lí nào thoát khỏi sự nghi ngờ. Đôi khi có vẻ như là trong vật lí lí thuyết đã xuất hiện lại sự hỗn mang của thời khai thiên lập địa". Trong các bài giảng, các báo cáo khoa học, trong thư từ và khi trò chuyện với bạn bè, ông yêu cầu mọi người đừng từ bỏ vật lí học cổ điển.
Trong khi đó thì lượng tử vẫn tự mở đường đi trong khoa học. Người đầu tiên đã công nhận lượng tử một cách nghiêm túc là nhà vật lí học trẻ tuổi Anhxtanh. Năm 1905 ông đã đề xuất lí thuyết về hiệu ứng quang điện, trong đó ánh sáng không những bức xạ ra, mà còn truyền đi và bị hấp thụ theo từng lượng tử gián đoạn. Nhưng sau đó Plăng đã nói với nhà vật lí học trẻ tuổi khác là Iôphê: "Chúng ta chịu ơn Măcxoen nhiều lắm, đến nỗi sẽ là vô ơn nếu ta từ bỏ lí thuyết của ông. Anh hãy thử xem, có thể cũng rút ra những kết luận như vậy mà không cần cắt đứt vộị Măcxoen không? ... Tốt hơn hết là anh hãy nghĩ xem những sự kiện mà Anhxtanh đã dẫn ra có thể hiểu như thế nào trong khuôn khổ thuyết cổ điển".
Bản thân Plăng cũng nhiều lần tìm nhiều cách khác nhau để cứu vãn thuyết cổ điển. Có lúc ông cho rằng bức xạ điện từ được phóng ra và bị hấp thụ một cách gián đoạn, nhưng nó truyền đi một cách liên tục, đúng như lí thuyết của Măcxoen. Có lúc khác ông cho rằng sóng điện từ được bức xạ và hấp thụ một cách liên tục, nhưng sau đó, do các va chạm với các phân tử, các iôn trong vật chất, năng lượng của nó biến đổi một cách gián đoạn. Các cách giải thích đó đều không được chấp nhận, vì không được thực nghiệm chứng minh.
Các nhà vật lí học khác cũng đứng trước một sự phân vân như vậy. Đưa khái niệm lượng tử vào vật lí học quả không dễ dàng gì. Rõ ràng có những hiện tượng phải giải thích bằng thuyết sóng mới được. Làm sao mà giải quyết nổi sự lựa chọn: hoặc là sóng, hoặc là hạt, nói một cách khác, hoặc là liên tục, hoặc là gián đoạn. Hai loại khái niệm này rõ ràng là loại trừ lẫn nhau. Nhà vật lí học Bregơ đã phàn nàn: "Chẳng lẽ chúng ta cứ phải coi ánh sáng là hạt vào ngày thứ hai, thứ ba, thứ tư, khi chúng ta làm thí nghiệm về hiệu ứng quang điện và phải hình dung ánh sáng là sóng vào ngày thứ năm, thứ sáu, thứ bẩy, khi chúng ta nghiên cứu các hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa". Tình hình này kéo dài hơn hai mươi năm. Hằng số Plăng càng ngày càng thâm nhập vào những hiện tượng mới, trong nhiều lĩnh vực của vật lí học và cả của hóa học nữa. Thế nhưng h là cái gì, và có ý nghĩa gì, người ta vẫn không biết và không hiểu nổi.
Cho tới năm 1922, Cômtơn phát minh ra một hiệu ứng mới, sau này được gọi là hiệu ứng Cômtơn: khi các tia Rơnghen có tần số cao tán xạ trên các nguyên tố nhẹ thì các tia tán xạ có bước sóng dài hơn các tia tới. Theo thuyết cổ điển, sự tán xạ không làm thay đổi bước sóng. Hiệu ứng Cômtơn đã vượt ra ngoài thuyết cổ điển. Cômtơn đã giải thích hiện tượng này hằng cách cho rằng các phôtôn (tức là lượng tử ánh sáng) có năng lượng £ = hf va chạm đàn hồi với các êlectrôn trong vật chất và tuân theo các định luật về va chạm đàn hồi của hai hạt. Trong va chạm này, phôtôn truyền một phần năng lượng của nó cho êlectrôn, £ giảm, tức là f giảm, cũng có nghĩa là bước sóng của tia tán xạ tăng. Như vậy ở đây Cômtơn đã coi ánh sáng vừa là hạt, vừa là sóng, nói một cách khác, vừa là gián đoạn, vừa là liên tục. Hiệu ứng Cômtơn đã chứng minh luận điểm của một số nhà vật lí học lúc đó cho rằng trong thế giới vi mô không có sự đối lập giữa tính sóng và tính hạt, mà có sự thống nhất của hai tính chất đó. Đối tượng vi mô vừa là sóng, vừa là hạt. Sóng điện từ cũng có tính chất hạt và êlectrôn cũng có tính chất sóng.
Sau hiệu ứng Cômtơn, vật lí học thực sự thừa nhận sự tồn tại của lượng tử, thừa nhận lưỡng tính sóng-hạt trong thế giới vi mô. Và cũng chỉ khi đó Plăng mới thực sự yên tâm với phát minh của mình, và thôi không tìm cách cứu vãn thuyết cổ điển nữa

Những bất hạnh của cuộc đời

Từ năm 1909, khi bà vợ của Plăng qua đời, nhiều nỗi bất hạnh cứ đeo đuổi ông liên tục mà không mấy lúc buông tha. Plăng là người không thực tế và rất mơ hồ về chính trị. Khi cuộc chiến tranh thế giới lần thứ nhất bùng nổ, đứng trên giảng đường trường đại học, ông đã ca ngợi hành động gây chiến của đế quốc Đức, và tuyên bố rằng được bỏ mình trên trận địa là "một phần thưởng cao quý bậc nhất". Ông có ngờ đâu chính gia đình ông lại sẽ được hữởng "phần thưởng" đó. Năm 1916, con trai lớn của ông phục vụ trong đội quân xâm lược của Đức đã bỏ mình trên đất Pháp, trong một trận đánh ác liệt ở Vecđoong. Năm 1918, hai con gái sinh đôi của ông cũng bị bệnh, qua đời.
Tuy vậy Plăng bao giờ cũng là người hành động theo lương tâm trong sạch của mình. Năm 1933, Hitle lên cầm quyền và sa thải hàng loạt những nhà khoa học có nguồn gốc Do Thái. Ông đã xin được gặp Hitle để bảo vệ những đồng nghiệp của mình, và đặc biệt một người bạn thân là nhà vật lí Gabo. Hitle đã nổi khùng lên và bác bỏ những đề nghị của Plăng. Sau đó Gabo ra nước ngoài và năm 1934 qua đời ở Thụy Sĩ. Đầu năm 1935, Plăng đứng ra tổ chức lễ truy điệu Gabo. Chính quyền Đức chính thức cấm các nhà bác học Đức, không cho dự lễ. Plăng tuyên bố : "Tôi sẽ vẫn tổ chức lễ truy điệu, tất nhiên nếu như tôi không bị bắt trước đó". Các bạn bè đã phải ngạc nhiên vì con người hiền hậu đó đã có đủ dũng cảm để cứ tổ chức buổi lễ. Sau này, trong buổi kỉ niệm 100 năm ngày sinh của Plăng, Maitne đã nói trong diễn văn "Ông có sự trong trắng nội tâm của lòng tin và tính cương trực, và cái đó phù hợp với vẻ ngoài khiêm tốn của ông”.
Trước đó, năm 1932, giới khoa học kỉ niệm trọng thể 50 năm hoạt động khoa học của Plăng, người đã mở đường cho vật lí học hiện đại. Hội vật lí Đức tặng ông huy chương vàng Anhxtanh. Trước đó nữa, ông đã được tặng giải thưởng Nôben năm 1918, nhiều lần được thưởng huân chương, là tiến sĩ danh dự của nhiều trường đại học, viện sĩ của nhiều Viện hàn lâm trên thế giới. Năm 1932 đúng là một năm hạnh phúc và vinh quang của đời ông, nhưng những năm sau đó bất hạnh vẫn không rời ông. Sau này Plăng nhiều lần đã phàn nàn vì sao đời ông không chấm dứt ngay vào năm hạnh phức đó.
Sau khi Hitle lên cầm quyền và có những hành động đàn áp, hủy hoại khoa học và hủy hoại văn minh, ông rất đau buồn nhưng vẫn hi vọng rằng chủ nghĩa phát xít chỉ là một cơn ác mộng nhất thời và sẽ nhanh chóng qua đi. Thực tiễn quái ác đã xua tan ảo tưởng của ông. Năm 1944, con trai thứ của Plăng bị kết án tử hình vì đã tham gia một âm mưu chống Hitle. Ông đứng ra xin ân xá cho con, nhưng không có kết quả gì và bản án được thi hành năm 1945. Cũng năm này, trong một vụ ném bom, ông suýt bỏ mạng vì bị vùi trong hầm trú ẩn.
Chiến tranh kết thúc, Plăng hăng hái tham gia vào việc khôi phục lại Hội vật lí Đức, và nền khoa học Đức đã bị chủ nghĩa quốc xã hủy hoại. Nhưng lúc này ông đã gần 90 tuổi, ông mất năm 1947. Plăng để lại cho nhân loại 250 cuốn sách và bài báo. Nhưng đó chưa phải là cái đáng kể nhất. Plăng còn là cha đẻ của vật lí học lượng tử, và đó là công lao lớn nhất của ông đối với vật lí học.

 

29. ALECXANĐRƠ XTÊPANÔVICH PÔPÔP (1859 - 1905)

Thế giới máy móc, sao mà hấp dẫn!

Tuổi trẻ là tuổi ham hiểu biết, tìm tòi. Nhưng hứng thú thường mỗi người một khác. Có người say mê đứng lặng hàng giờ dưới nắng gắt quan sát những chú kiến lực sĩ tha mồi hoặc những con ong cần mẫn làm mật, xây tổ. Có người lặn lội nơi đầu non, khe suối, kiếm tìm những hòn cuội do nước đã mài mòn thành những hình thù lạ kì... Thế nhưng cậu bé Alecxanđrơ Pôpôp sinh trưởng tại vùng công nghiệp Uran lại ham mê máy móc. Trò chơi ưa thích nhất của cậu là chế tạo đủ các loại "máy" chạy bằng sức nước: từ máy xay, máy giã, máy xúc cho chí tàu thuyền... Cậu cặm cụi, kiên nhẫn với những công việc chế tạo như thế và vô cùng sung sướng mỗi khi một chiếc "máy" chạy thành công. Vào phòng cậu, khách có cảm tưởng đây là một xưởng máy thu nhỏ : khắp nơi ngổn ngang các mô hình máy móc, vật liệu và dụng cụ. Ngay từ những ngày còn nhỏ, trong lúc chế tạo, cậu bé Alecxanđrơ đã hướng tới một sự chính xác cao. Cậu có lúc tỏ ra bực mình vì cái bàn máy không phẳng, các chi tiết lắp ráp chưa thật khớp. Thế là Alecxanđrơ quyết định học nghề mộc. Cậu học chăm chỉ như một người thợ học việc thực thụ. Cậu suốt ngày cưa, đục, pha gỗ, ghép mộng, bào xoi, lấy dấu...
Không một cái máy mới nào lọt khỏi con mắt của cậu bé ham tìm tòi và chế tạo. Một bạn học hồi nhỏ của cậu đã viết: "... Alecxanđrơ là một cậu bé rất tò mò. Tôi vẫn nhớ như in nhiệt tình của Pôpôp khi anh trình bày với chúng tôi về bộ pin điện, về cái chuông điện và về chiếc máy khâu mà anh đã mục kích tại nhà viên quản đốc mỏ đồng. Anh rất quan tâm đến những máy móc mới mẻ đó. Anh thường đi đến các gian xưởng của nó và ở đó hàng giờ để ngắm các máy chạy. Lòng ham thích máy móc của anh đã bộc lộ ngay từ khi còn bé".
Chính lòng ham mê máy móc, say mê chế tạo này đã rèn luyện cho Pôpôp có đôi bàn tay khéo léo mà sau này được mệnh danh là "đôi bàn tay vàng". Đôi bàn tay ấy đã giúp ông rất nhiều khi ông làm việc tại phòng thí nghiệm và đã dẫn đưa ông đến phát minh ra máy vô tuyến điện sau này.
Thì ra, cái đầu điều khiển đôi tay: đôi tay, quay trở lại, lại dạy cái đầu!

Trường Toocpêđô - chiếc nôi của ngành vô tuyến điện

Mỗi trường đều có một lịch sử và truyền thống riêng của mình. Nhưng riêng trường Toocpêđô ở thành phố Crônxtat trên đảo Côttin, một trường chuyên đào tạo các chuyên viên về điện cho quân đội, vì đã cống hiến cho đất nước và thế giới một nhà khoa học nổi tiếng, làm vẻ vang cho nền khoa học Nga với những đóng góp đánh dấu một thời đại, nên được mệnh danh là chiếc nôi của ngành vô tuyến điện.
Trường được thành lập từ năm 1874. Đứng đầu nhà trường là một sĩ quan do Bộ tư lệnh Hải quân chỉ định trong các chỉ huy Binh đoàn thủy lôi. Ngay trong những năm đầu mới thành lập, trường Toocpêđô đã tỏ ra có khả năng huấn luyện những chuyên viên đảm đương được những vấn đề kĩ thuật hết sức phức tạp. Điều đặc biệt là nhà trường có đủ những điều kiện thuận tiện để các giáo sư tiến hành công tác giảng dạy và nghiên cứu. Phòng thí nghiệm vật lí và thư viện khoa học phong phú luôn luôn được cung cấp những trang thiết bị và những sách báo mới nhất của nước Nga và nước ngoài. Người cộng tác mật thiết của Pôpôp sau này trở thành người phụ trách phòng thí nghiệm đó đã viết: "Việc thiết lập phòng thí nghiệm vật lí có lẽ vào loại tốt nhất của nước Nga lúc bấy giờ đã nâng cao trình độ giảng dạy và nghiên cứu trong nhà trường. Nhà trường có thư viện riêng, hàng năm nhận được những tạp chí ngoại quốc quan trọng nhất về vật lí và điện học".
Ngay trước khi Pôpôp đến giảng dạy tại trường này, Toocpêđô đã tiến hành ráo riết nhiều công trình nghiên cứu. Nhà trường có tờ báo riêng, tờ "Tin tức Toocpêđô", chuyên công bố những. công trình nghiên cứu của thầy trò trong trường.
Tốt nghiệp trường đại học Pêtecbua, Pôpôp được trường Toocpêđô mời làm giảng viên và anh đã nhận lời.
Như thế là, vào tuổi 24, Pôpôp đã trở thành giảng viên ở một trường ưu tú hồi đó, chuyên đào tạọ các chuyên gia về điện cho quân đội.
Ở đây, Pôpôp không chỉ phụ trách việc giảng dạy những giáo trình cơ bản, mà còn say mê lao vào công tác nghiên cứu khoa học và hướng dẫn sinh viên. Pêtrôpxki, vị giáo sư kế tục Pôpôp ở trường Toocpêđô đã kể lại: "Pôpôp đã dành tất cả thời giờ của ông ở phòng thí nghiệm, tất bật từ sáng đến tối, suốt tuần, kể cả những ngày nghỉ, với công việc nghiên cứu của mình. Ông không biết nghỉ ngơi là gì. Tất cả các ngày trong tuần, kể cả những ngày nghỉ, người ta đều thấy Pôpôp cặm cụi làm việc ở trường. Chính bản thân ông đã làm phần lớn các công việc vặt cần thiết cho công tác nghiên cứu của ông như thổi thủy tinh, khoan lỗ, hàn các bộ phận dụng cụ nghiên cứu, Từ những chiếc vôn kế cũ ông đã chế tạo thành những rơle đầu tiên dùng trong các thí nghiệm vô tuyến điện. Ông đã làm những công việc đó với một sự khéo léo đến tài tình".
Mặc dù bận rộn ở Toocpêđô, nhưng Pôpôp đã không tách mình khỏi không khí khoa học sôi nổi ở thủ đô. Ông liên hệ mật thiết và tích cực tham gia sinh hoạt của các Hội kĩ thuật, Hội vật lí và hóa học nước Nga.
Chính tại các Hội này ông đã hòa nhịp được với hơi thở khoa học của đất nước, tạo điều kiện cho ông tiến đến những phát minh mới trong lĩnh vực vô tuyến điện...
Có thể nói, gần 20 năm trời gắn bó với Toocpêđô, Pôpôp đã kiên nhẫn lao động miệt mày đã nghiên cứu, phát minh và sáng chế, đã có những cống hiến lớn lao, làm cho tên tuổi ông trở thành bất tử.

Phát minh ra vô tuyến điện

Ngày mồng 7 tháng năm năm 1895 được coi là ngày phát minh ra vô tuyến điện. Chính vào ngày hôm đó Pôpôp đã đọc một bản báo cáo tại Hội vật lí và hóa học Nga nhan đề: "Bàn về quan hệ giữa bột kim loại với những dao động điện". Bản báo cáo này chính là sự tổng kết tất cả những hiểu biết và kinh nghiệm của cả đời ông.
Thật vậy, ngay từ khi còn ngồi trên ghế trường đại học Pêtecbua, Pôpôp đã say mê môn kĩ thuật điện và tìm hiểu khá sâu sắc những công trình nghiên cứu của Măcxoen về trường điện từ.
Chúng ta hẳn còn nhớ, trước Măcxoen, Farađây đã tìm ra những định luật về cảm ứng điện từ. Sau đó Măcxoen đã chứng minh được bằng toán học rằng sóng điện từ có thể tồn tại tự do trong không gian, không cần các vật trung gian, không cần dây đẫn. Nhưng tiếc thay Măcxoen không chứng minh được lí thuyết của mình bằng thực nghiệm. Thành thử trong một thời gian dài quan điểm của Măcxoen không được đông đảo các nhà bác học ủng hộ. Duy chỉ có một số nhà bác học, trong đó có Pôpôp, là thấy được ý nghĩa to lớn của công trình đó của Măcxoen.
Để tạo ra động điện có tần số cao và sự phóng điện tuần hoàn, Pôpôp đã kiên nhẫn làm hàng nghìn thí nghiệm, đã tính toán và ghi chép không biết bao nhiêu giấy mực.
Nhìn thấy việc xây dựng đường dây điện thoại có nhiều bất tiện, như không thể giăng qua núi cao, sa mạc và biển cả, Pôpôp mơ ước làm thế nào có thể truyền tín hiệu đi xa mà chẳng cần đến đường dây.
Trong thời gian này, ở Đức, Henrich Hecxơ, bằng nhiều thí nghiệm, đã tạo ra được sóng điện từ và chứng minh được lí thuyết của Măcxoen bằng thực nghiệm. Thì ra sóng điện từ cũng có những tính chất như ánh sáng: có vận tốc truyền như của ánh sáng, cũng bị hấp thụ, phản xạ, khúc xạ v.v...
Háo hức trước những thành công mới mẻ đó của Hecxơ, Pôpôp lặp lại và cải tiến các thí nghiệm của nhà bác học Đức này và ông càng tin chắc rằng có thể truyền các tín hiệu vô tuyến đi xa, có thể dùng các tín hiệu đó để liên lạc được. Pôpôp khẳng định: "Cơ thể con người không có những giác quan có thể nhận biết được sóng điện từ trong không gian. Nếu như tìm được một loại máy thay thế cho chúng ta nhận biết được sóng điện từ thì nó có thể dùng được vào việc truyền tín hiệu đi xa". Và Pôpôp ngày đêm ấp ủ khát vọng chế tạo một loại máy như thế.
Trước đó ít lâu, vào năm 1854, nhà vật lí người Pháp Brăngly vô tình nhận thấy rằng: những mạt sắt đặt cách xa nơi phóng điện bị ảnh hưởng của sự phóng điện. Dưới tác dụng của sự phóng điện, điện trở của các vụn sắt biến thiên và chất ấy trở nên dẫn điện tốt. Phát hiện tình cờ ấy đã giúp cho Lôtgiơ, nhà bác học Anh, nảy ra ý nghĩ dùng ống chứa mạt sắt làm máy cộng hưởng để nhận sóng điện từ. Nhược điểm của ống này là muốn cho nó làm việc được điều hòa, sau mỗi lần dòng điện đi qua, lại phải lắc ống.
Pôpôp đã cải tiến ống đó để sau mỗi lần nhận tín hiệu không phải lắc. Kết quả ông đã tạo được máy thu thích hợp với sự hoạt động của máy phát.
Trong thời gian làm thí nghiệm với ống này, Pôpôp nhận thấy, bất cứ một dây dẫn nào nằm trong không gian có sóng điện từ đều là những trung tâm thu sóng. Do đó ông mắc thêm vào ống một dây đồng thẳng dài 2 mét. Nhờ dây đồng này ông đã thu được tín hiệu ở khoảng xa tới 80 mét. Chiếc ăngten đầu tiên của nhân loại đã ra đời như thế đó.
Và, chỉ sau có vài tuần, Pôpôp đã nhận được sự phóng điện của sét trong vòng 30 km! Giây phút đợi chờ ấp ủ biết bao năm tháng của ông, của giới khoa học cũng như cả loài người đã đến. Mơ ước từ bao đời giờ đây được thực hiện.
Kết thúc bản báo cáo, Pôpôp viết: "Tôi tin chắc rằng, dụng cụ của tôi, nếu được tiếp tục cải tiến, chắc chắn có thể truyền tín hiệu đi xa nhờ những dao động điện từ cao tần".
Quả vậy, sau một năm làm việc căng thẳng, hoàn thiện những bộ phận riêng biệt, Pôpôp đã truyền đi được bức điện vô tuyến đầu tiên trên thế giới, với hai chữ:
"Henrich Hecxơ"
Ngày nay, kể từ khi Pôpôp phát minh ra vô tuyến điện, chỉ trong một thời gian tương đối ngắn, vô tuyến điện không những đã phát triển thành một trong những ngành khoa học và kĩ thuật quan trọng nhất, mà còn mở ra những hướng quan trọng như vô tuyến quang phổ, vô tuyến trắc địa, vô tuyến khí tượng, vô tuyến thiên văn và những ngành kĩ thuật như rađa, vô tuyến hàng hải, kĩ thuật máy tính điện tử, điều khiển từ xa v.v...
Nhớ ơn Pôpôp, Viện hàn lâm khoa học Liên Xô đã đặt ra "Huy chương vàng Pôpôp" để tặng thưởng cho những người có nhiều công trình xuất sắc trong lĩnh vực vô tuyến điện trong nước cũng như ngoài nước.

 

30. ECNET RƠDƠPHO (1871-1937)
Luôn luôn vươn lên hàng đầu

Ecnet Rơdơpho sinh năm 1871 ở Niu Dilân, bố là thợ cơ khí, có một trại trồng lanh, mẹ là giáo viên. Gia đình Rơdơpho có 12 con, chẳng sung túc gì, chỉ có Ecnet, đứa con thứ tư, là được học hành đến nơi đến chốn.
Ecnet là một cậu bé chăm chỉ, có đầu óc quan sát. Cậu tốt nghiệp trường tiểu học với số điểm thi kỉ lục: 580 trên 600 điểm, là học sinh xuất sắc nhất và được thưởng 50 đồng bảng Anh để tiếp tục học hành. Lên trường trung học, các thầy giáo chú ý đến khả năng đặc biệt về toán học của Ecnet. Cậu cũng học giỏi đều cả các môn học khác: vật lí, hóa học, văn học, tiếng La tinh, tiếng Pháp. Cậu rất say mê lắp ráp các đồ chơi và nhiều cơ cấu máy móc khác, đã lắp mô hình một chiếc cối xay nước, thậm chí đã chế tạo cho mình một chiếc máy ảnh thô sơ.
Năm 1889, Ecnet tốt nghiệp trường trung học và được nhận vào trường đại học tổng hợp Kentơbơri. Tạt đây anh đã thích thú học vật lí học và hóa học một cách nghiêm túc. Anh học không những trong các buổi lên lớp mà còn cả trong các tổ nghiên cứu của sinh viên. Ecnet là một trong những người đứng ra tổ chức Hội khoa học của sinh viên trong trường đại học. Năm 1891, khi đó là sinh viên năm thứ hai, anh đã báo cáo trong tổ nghiên cứu về đề tài "Sự tiến hóa của các nguyên tố". Tên báo cáo nghe đã lạ tai, nội dung báo cáo lại làm cho mọi người sửng sốt. Ecnet đưa ra ý kiến rằng tất cả mọi nguyên tử đều là những hệ phức tạp cấu tạo bằng những thành phần giống nhau. Ý kiến đó phát biểu ra vào lúc trong vật lí học đang ngự trị thuyết nguyên tử của Đanton cho rằng các nguyên tử là những hạt nhỏ bé nhất của vật chất, không thể phân chia được nữa. Lúc đó học thuyết của Prautơ nói rằng nguyên tử của mọi nguyên tố đều là những sự kết hợp khác nhau của nguyên tử hiđrô đã bị bóp nghẹt ngay từ khi mới ló đầu. Báo cáo của Ecnet bị phản đối dữ dội, trong lần sinh hoạt sau của nhóm anh phải đứng lên xin lỗi là lần trước đã lạm dụng hình thức báo cáo khoa học để phát biểu những điều lẩm cẩm. Phải 12 năm sau, nhà bác học Rơdơpho mới chứng minh được rằng nguyên tử có cấu trúc, còn lúc này anh sinh viên Ecnet đành gác ý kiến đó lại.
Anh chuyển đề tài. Sau khi được đọc bài báo của Hecxơ về sự phát minh ra sóng điện từ, anh quyết định nghiên cứu tính chất của loại sóng này. Vấn đề anh đặt ra là: làm thế nào để phát hiện được sóng điện từ truyền từ nơi khác đến. Và sau khi nghiên cứu anh đã tìm ra giải pháp: có thể phát hiện sóng điện từ bằng sự khử từ của sắt. Trong một mạch dao động, anh đặt một bó các sợi dây sắt đã nhiễm từ tới mức bão hòa, và cạnh nó anh đặt một kim nam châm. Khi mạch dao động tiếp nhận một sóng điện từ, các sợi dây sắt bị khử từ, và kim nam châm quay sang một phương khác. Đó là phát minh khoa học đầu tay của anh sinh viên 20 tuổi.
Ecnet tốt nghiệp đại học vào loại ưu. Vấn đề đặt ra là sẽ làm gì đây. Anh chọn nghề giáo viên vật lí học ở trường phổ thông. Nhưng ngay từ đầu anh đã nhận ra rằng anh không thành công trong lĩnh vực này. Khổ mà nói được tương lai của anh sẽ ra sao nếu như đúng vào lúc này lại không xảy ra một điều thật may mắn.
Năm 1895, vì là sinh viên tốt nghiệp xuất sắc nhất của một trường đại học địa phương, Rơdơpho được cấp một học bổng đặc biệt, có giá trị rất lớn, cho phép một nhà khoa học trẻ tuổi có thể đến thực tập ở các phòng thí nghiệm tốt nhất của nước Anh.

Vững bước tiến vào khoa học

Mùa thu 1895, Rơdơpho đáp tầu biển đến Kembritgiơ, trung tâm khoa học nổi tiếng thế giới của nước Anh. Anh tới phòng thí nghiệm Cavenđisơ, một phòng thí nghiệm nổi tiếng thế giới, xin gặp giám đốc phòng là Giôdep Giôn Tômxơn, nhà vật lí học nổi tiếng thế giới mà bạn bè và học trò gọi một cách thân tình là Gigi.
Sau khi lắng nghe Rơdơpho, và hiểu được xu hướng nghiên cứu của anh, Tômxơn tế nhị đề nghị anh bước đầu hãy cứ tiếp tục nghiên cứu về sóng điện từ đã.
Việc nghiên cứu đã đạt kết quả khá nhanh. Năm 1896, Rơdơpho đã thực hiện được liên lạc vô tuyến điện ở khoảng cách 3 kilômét. Thầy tỏ ra hài lòng về thành tích của trò, nhưng trò thì ngày càng ít nhiệt tình với sóng vô tuyến. Anh chỉ thích giải quyết những vấn đề khoa học cơ bản, và rất ít quan tâm những vấn đề thực tiễn của liên lạc vô tuyến, cũng như vấn đề cải tiến các máy phát và máy thu vô tuyến. Anh ngừng công việc, và đem tặng Maccôni chiếc máy phát mà anh đã lắp. Sau này Maccôni được giải thưởng Nôben về những phát minh xuất sắc trong lĩnh vực liên lạc vô tuyến điện.
Rơdơpho bắt đầu cùng với Tômxơn nghiên cứu sự iôn hóa chất khí bằng các phương pháp khác nhau, kể cả bằng tia Rơnghen. Nhưng sau sự phát minh ra tia Beccơren, anh lại say sưa với một vấn đề mới mẻ: so sánh tia Beccơren với tia Rơnghen. Sau một năm nghiên cứu, Rơdơpho đi đến kết luận là các tia Beccơren không tuân theo các định luật của quang học như các tia ánh sáng thiên nhiên. Khi cho tia urani chiếu qua một từ trường, anh phát hiện ra rằng tia này có hai thành phần, thành phần thứ nhất bị một tờ giấy hấp thụ dễ dàng và bị từ trường làm lệch về một phía, thành phần thứ hai có khả năng xuyên thấu lớn hơn và bị lệch về phía ngược lại. Anh gọi thành phần thứ nhất là tia anpha và thành phần thứ hai là tia bêta (thành phần thứ ba của tia urani là tia gamma mãi đến 1900 mới được phát hiện).
Năm 1897, trường đại học tổng hợp Môngrêan ở Canada khuyết một chân giáo sư vật lí học. Hiệu trưởng trường đó đề nghị Tômxơn tiến cử cho một người trong số các học trò của ông. Sau khi cân nhắc, Tômxơn đã đề nghị Rơdơpho. Trong bức thư giới thiệu, ông viết: "Ở chỗ tôi chưa từng có một nhà khoa học trẻ nào có nhiệt tâm và có khả năng tự lập nghiên cứu những vấn đề mới như ông Rơdơpho. Tôi tin rằng nếu được chọn, ông ấy sẽ lập ra một trường phái vật lí học xuất sắc ở Môngrêan".
Trường đại học tổng hợp Môngrêan ở cách xa các trung tâm khoa học, không có truyền thống khoa học, thậm chí không có cả dụng cụ nghiên cứu. Giáo sư Rơdơpho đã làm việc ở đó 9 năm, và như Tômxơn tiên đoán đã nâng nó lên một tầm cao khoa học mới.
Rơdơpho cùng với Âuenxơ nghiên cứu chất thori phóng xạ và đã phát minh ra một chất khí mới, sau này mang tên là rađôn. Năm 1902 ông công bố một công trình nghiên cứu chung với Xôtdi, mang tên "nguyên nhân và bản chất sự phóng xạ". Nó thực sự đã gây ra một cuộc cách mạng trong khoa học. Trong công trình này" lần đầu tiên nêu lên một ý tưởng mới cho rằng phóng xạ là chuyển hóa tự phát từ nguyên tố này thành nguyên tố khác, kèm theo có bức xạ ra tia anpha hoặc tia bêta. Ý nghĩa sâu sắc và táo bạo này còn phải được kiểm tra và bổ sung tiếp bằng thực nghiệm.
Còn trước mắt hiện nay là phải xác định được bản chất của các tia anpha và bêta. Bằng các thí nghiệm sắc sảo và tinh vi, Rơdơpho tìm ra rằng tia anpha là một chùm hạt anpha mang điện tích dương có giá trị xấp xỉ bằng hai lần điện tích êlectrôn, và khối lượng của hạt anpha lớn hơn khối lượng nguyên tử hiđrô. Nó giống như một nguyên tử hêli đã bị bóc đi hai êlectrôn.
Trong 9 năm làm việc ở Môngrêan, Rơdơpho đã công bố 50 công trình nghiên cứu có giá trị. Năm 1903 ông được bầu làm hội viên Hội hoàng gia Luân Đôn. Năm 1904 ông tổng kết các kết quả nghiên cứu về phóng xạ của ông trong một công trình cơ bản mang tên "Các chất phóng xạ và bức xạ của chúng". Các nhà khoa học đương thời đánh giá rất cao công trình đó và coi nó là công trình có giá trị nhất về hiện tượng phóng xạ.

Đi sâu vào bên trong nguyên tử

Năm 1907 Rơdơpho được mời trở về nước Anh, nhận chức vụ giáo sư vật lí trường đại học tổng hợp Mansextơ. Khi đi Canađa, ông là một nhà vật lí thực nghiệm có năng lực và đầy triển vọng, nay trở về Anh, ông đã trở thành một nhà bác học nổi tiếng.
Ở Mansextơ, ông làm việc với Gayghe, người phát minh ra ống đếm Gayghe-Mule để phát hiện và đếm các hạt tích điện. Ông cùng với Gayghe triển khai rộng rãi việc nghiên cứu và đếm các hạt anpha bằng ống đếm nhấp nháy (mỗi hạt bay đến làm cho máy nháy sáng một lần). Năm 1908 ông được tặng giải thưởng Nôben vì đã có những công trình nghiên cứu xuất sắc về các nguyên tố phóng xạ. Lúc này Rơdơpho đã có một đội ngũ học trò xuất sắc, về sau nhiều người trở thành những nhà khoa học nổi tiếng như Capitxa, Bo... Ông là một người thầy ân cần, tận tình nhưng nghiêm khắc với học trò, ông không có con và thương yêu họ như con, Học trò ông thường gọi ông là "bố" và ông cũng gọi họ là "Bọn nhỏ".
Đầu năm 1909, ông nhận vào phòng thí nghiệm của mình một cộng tác viên mới, một sinh viên năm học cuối, tên là Macxđen. Anh đề nghị "bố" giao cho mình một đề tài nào có thể nghiên cứu độc lập được, nhưng đơn giản thôi. Rơdơpho suy nghĩ xem nên chọn cho "thằng nhỏ" vấn đề gì. Lúc đó ông đang suy nghĩ về một hiện tượng lạ mà ông đã phát hiện từ khi ở Môngrêan, nhưng chưa có thời gian để nghiên cứu kĩ. Hiện tượng đó như sau. Khi các hạt anpha xuyên qua vật chất đôi khi có hạt hơi bị lệch khỏi đường đi cũ một chút. Độ lệch mà Rơdơpho đã quan sát được không lớn lắm, chưa đầy 1°, nhưng đã được ghi lại một cách chính xác. Không thể giải thích được hiện tượng lạ này theo quan điểm của Tômxơn đang được mọi người công nhận. Theo mẫu nguyên tử của Tômxơn, mỗi nguyên tử là một quả cầu tích điện dương rải đều đặn trong toàn bộ thể tích, trong đó có cài lỗ đỡ các hạt êlectrôn. Nếu vậy các hạt anpha phải xuyên qua các nguyên tử và tiếp tục bay thẳng trên quỹ đạo, vì các êlectrôn có khối lượng quá nhỏ, không thể ảnh hướng gì đến quỹ đạo của các hạt đó. Rơdơpho đề nghị Macxđen kiểm tra xem các hạt anpha có bị lệch đi theo những góc lớn hơn không, và nếu có thì hãy đo các góc lệch đó.
Với sự giúp đỡ của Gayghe, Macxđen nhanh chóng lắp xong bộ dụng cụ thí nghiệm. Anh cho các hạt anpha bắn vào những tờ kim loại mỏng, và đặt máy đếm hạt anpha ở phía sau. Đại bộ phận các hạt anpha xuyên qua các tờ mỏng đó theo đường thẳng, hoặc bị lệch rất ít, không đáng kể. Anh đặt máy đo lệch khỏi phương ban đầu của các hạt anpha những góc 5,° 10°, ... và tăng dần mãi lên, ở góc nào cũng thấy có các hạt anpha bắn tới, nhưng rất ít, và góc càng lớn thì số hạt bị lệch càng giảm. Có lần anh thử đặt ống đếm ở phía trước tờ kim loại, che chắn máy để nó chỉ ghi những hạt anpha từ tờ kim loại bắn lại. Thử vậy thôi, nhưng chắc đã có gì. Không ngờ trước mặt anh ống đếm thỉnh thoảng vẫn nhấp nháy. Không thể tin được, anh mời Gayghe đến cùng xem, và kiểm tra lại thiết bị. Gayghe cũng thấy đúng như vậy. Hai người cùng nhảy bổ đến chỗ Rơdơpho để báo cáo sự việc kì lạ. này. Nghe hai học trò báo cáo xong, ông thầy bảo: "... thực là vố lí, cũng tựa như các anh dùng đại bác bắn đạn 15 pao (tức là khoảng 7kg) vào một tờ giấy cuốn thuốc lá, thế mà viên đạn bị lật ngược trở lại và giết chết ngay các anh". Nhưng Rơdơpho cũng đã tới xem, và tận mắt thấy được đúng là như vậy. Họ tiếp tục làm thí nghiệm và thấy được rằng trong số khoảng một vạn hạt anpha bắn tới tờ kim loại thì có một hạt bị bật trở lại, và nếu tăng bề dày của tờ kim loại thì số hạt bị bật lại cũng tăng lên.
Điều kì lạ này có nghĩa là hạt anpha đã va phải một cái gì đó có khối lượng lớn và mang điện tích dương. Nhưng trong nguyên tử của Tômxơn không có một cái gì như thế.
Rơdơpho bắt đầu suy nghĩ về vấn đề này. Ông yêu cầu các học trò tiếp tục thí nghiệm thêm và lấy thêm số liệu. Ông cần có các số liệu thực nghiệm chính xác, càng nhiều càng tốt. Khi số liệu đã đủ, ông bắt đầu tính toán và xây dựng lí thuyết. Tháng 2-1911 ông tính toán xong. Tháng 3, ông cùng các học trò của mình kiểm tra lại bằng thực nghiệm. Tháng 4, ông hoàn chỉnh lại lí thuyết và bài viết. Trong số tháng 5-1911 của "Tạp chí triết học”, cơ quan của Hội hoàng gia, có đăng công trình mới nhất của giáo sư Rơdơpho "Sự tán xạ của bức xạ anpha và bêta trong vật chất và cấu trúc của nguyên tử". Trong bài báo ông đưa ra một mẫu nguyên tử mới.
Theo mẫu của Rơdơpho, nguyên tử giống như hệ Mặt Trời , ở giữa có một hạt nhân rất nặng, và có các êlectrôn quay xung quanh như những hành tinh. Dựa vào kết quả thực nghiệm, Rơdơpho đã tính ra kích thước hạt nhân bằng từ 10-12cm đến 10-13cm, và điện tích của nó đúng bằng số thứ tự z của nguyên tố trong bảng tuần hoàn Menđêlêép, số êlectrôn quay quanh hạt nhân cũng bằng z. Như vậy lí thuyết của Rơdơpho đã làm rõ ý nghĩa vật lí của số thứ tự z mà trước đó chưa ai giải thích được. Và cũng lúc này Rơdơpho đã chứng tỏ được rằng hạt anpha chính là hạt nhân của nguyên tử hêli.
Lí thuyết của Rơdơpho là một bước tiến vĩ đại trên con đường tìm hiểu cấu trúc của vật chất. Nhưng nó cũng không dễ dàng được các nhà khoa học chấp nhận ngay, vì bản thân nó vẫn còn chứa chấp những mâu thuẫn đáng kể. Theo những quy luật của điện động lực học cổ điển, êlectrôn quay quanh hạt nhân sẽ bức xạ liên tục với những bước sóng thay đổi liên tục, bị hút dần về phía hạt nhân và cuối cùng sẽ "rơi xuống" hạt nhân. Nhưng trong thực tế nguyên tử là bền vững và khi nó bức xạ, nó chỉ bức xạ với những bước sóng nhất định. Lí thuyết cổ điển không thể nào giải thích được mâu thuẫn này.
Năm 1914, chiến tranh thế giới nổ ra, học trò và phụ tá của Rơdơpho phân tán mỗi người một nơi, công tác khoa học tạm bị đình đốn. Năm 1917 ông bắt đầu làm thí nghiệm về sự phân hạch, và sự chuyển hóa nhân tạo các nguyên tố. Nhưng tới năm 1919, khi chiến tranh đã kết thúc và Rơdơpho về Kembritgiơ, thay Tômxơn làm giám đốc phòng thí nghiệm Cavenđisơ, các thí nghiệm này mới thực sự được đẩy mạnh. Hạt nhân đầu tiên mà Rơdơpho đã tách được là hạt nhân nitơ. Dùng hạt anpha bắn phá, ông đã biến hạt nhân nitơ thành hạt nhân flo không bền vững, và hạt nhân này tự phân rã ngay thành các hạt nhân bền vững ôxi và hiđrô. Rơdơpho đã lần lượt gây phản ứng hạt nhân được với 17 nguyên tố nhẹ.
Ông giữ chức vụ giám đốc phòng thí nghiệm Cavenđisơ liên tục cho đến khi qua đời. Năm 1925, ông được bầu làm chủ tịch Hội hoàng gia Luân Đôn, và năm 1931 được phong nam tước và trở thành huân tước của nước Anh. Hiếm có một nhà khoa học nào mà khi sinh thời đã được mọi người tôn kính và được nhận nhiều phần thưởng cao quý như Rơdơpho.

Tấm lòng của nhà bác học và người thầy

Rơdơpho không những là một nhà bác học vĩ đại, mà còn là một con người sống có nguyên tắc, nhân hậu, một người thầy nghiêm khắc mà tận tình.
Trước chiến tranh, Viện rađi thành phố Viên cho Rơdơpho mượn 250kg nguồn phóng xạ rađi để làm thí nghiệm. Khi chiến tranh nổ ra, chính phủ Anh tịch thu số rađi đó, coi nó là tài sản của kẻ thù. Rơdơpho đã kịch liệt phản đối, đòi trả lại nó cho các bạn đồng nghiệp ở Viên. Ngay khi chính phủ Anh cho phép ông được sử dụng số rađi đó để làm thí nghiệm, ông vẫn tiếp tục "phản đối và đòi quyền được bồi thường cho Viện rađi ở Viên. Năm 1921, chính phủ Anh đã phải nhượng bộ, ông thu thập một số tiền gửi tới Viên, và số tiền đó đã giúp cho Viện rađi tiếp tục hoạt động được trong hoàn cảnh rất khó khăn của nước Áo bại trận đang bị nạn lạm phát bao trùm.
Ông rất nghiêm khắc với học trò. Ông không cho phép ai làm trong phòng thí nghiệm sau 6 giờ chiều và trong các ngày nghỉ. Ông yêu cầu phải dành thời giờ để suy nghĩ. Có lần vào buổi tối, ông bắt gặp một sinh viên trong phòng thí nghiệm. Ông bước vào hỏi: "Anh làm gì đó". Anh đáp: "Thưa thầy tôi làm thí nghiệm". - "Vậy ban ngày hôm nay anh làm gì?" - "Thưa thầy, tôi cũng làm thí nghiệm", anh sinh viên hí hửng đáp, hi vọng sẽ được thầy khen. Nhưng thầy đã giận dữ quát to: "Ban ngày làm thí nghiệm, ban tối làm thí nghiệm, vậy cái đầu anh suy nghĩ vào lúc nào?”
Nhưng cũng có lúc thầy phá quy luật. Đó là khi công việc khẩn trương, cần tiến hành thí nghiệm gấp. Khi đó, có lúc đêm đã khuya Rơdơpho còn gọi điện thoại đến phòng thí nghiệm hỏi han, động viên, và chỉ dẫn thêm cho học trò tiến hành công việc.
Trong đội ngũ đông đảo học trò của ông, nhiều người đã thành những nhà khoa học xuất sác. Capitxa là một trong những học trò cưng của ông có lẽ vì Capitxa tài giỏi, và cũng nóng nẩy, cuồng nhiệt như ông đối với khoa học. Capitxa đã làm việc 13 năm dưới sự chỉ đạo của Rơdơpho. Khi Hitle lên cầm quyền ở Đức và đe dọa an ninh của Liên Xô, Capitxa xin "về nước để đóng góp vào việc bảo vệ Tổ quốc. Mặc dù rất luyến tiếc tài năng của người học trò yêu, ông đã khuyến khích Capitxa về đào tạo nhân tài cho đất nước và chuyển nhượng cho Liên Xô toàn bộ phòng thí nghiệm hiện đại dùng từ trường mạnh và nhiệt độ thấp mà Capitxa điều khiển và do ông đã bỏ công sức nhiều năm để xây dựng với những trang bị hiện đại nhất. Ông nói: "Những máy này không thể hoạt động tốt nếu không có Capitxa, và Capitxa không thể làm việc tốt nếu không có những máy này".
Ôliphan cũng là một học trò cưng của Rơdơpho. Khi cử Ôliphan làm phó của mình, ông đã nhiều lần căn dặn: "Bất kì ai có ý kiến riêng của mình, cũng cần giúp họ thực hiện ý kiến đó, thậm chí ngay cả khi ý kiến đó không có vẻ gì là quan trọng, hoặc không thể thực hiện được, bởi vì sự sai lầm cũng là một bài học bổ ích không kém gì sự thành công". Ông cũng nhắc nhở: "Đừng quên rằng nhiều ý kiến của "bọn nhỏ” có khi còn hay hơn cả ý kiến của chính anh, và đừng bao giờ ghen tị với những thành công của học trò mình".
Hàng ngày, vào bốn giờ rưỡi chiều, Rơdơpho có thói quen tập hợp các cộng tác viên phòng thí nghiệm tại nhà riêng của ông để uống nước trà và hội ý. Họ không chỉ trao đổi với nhau các vấn đề khoa học, các kết quả thí nghiệm, mà còn bàn cả các vấn đề văn học, nghệ thuật, xã hội... Ông cai quản học trò của ông đúng như một ông bố hiền từ.
Giữa tháng 10 năm 1937, sau một ngày làm việc căng thẳng, Rơdơpho cảm thấy khó chịu trong người. Bác sĩ chẩn đoán có triệu chứng thoát vị ở thể nhẹ, và phải thực hiện một phẫu thuật nhỏ, đơn giản. Nhưng năm ngày sau ông đã qua đời.
Cái chết đột ngột của Rơdơpho là một tổn thất lớn đối với khoa học và một mối thương tiếc vô hạn đối với các học trò và bè bạn của ông. Ông được chôn cất ở tu viện Oexmintơ bên cạnh Niutơn, Pharađây, Đacuyn, Hecxen.

 

31. VINHEM CONRAT RƠNGHEN (1845 - 1923)

Bảy tuần bất hủ

Ấy là vào ngày 8 tháng 11 năm 1895...
Công việc đã xong từ lâu, các cộng tác viên phòng thí nghiệm đã ra về, nhưng Rơnghen vẫn còn ở lại. Bao giờ ông cũng về sau cùng. Ông kiểm tra cẩn thận lại một lượt phòng thí nghiệm. Ông đậy nắp bảo vệ ống phát tia catốt, tắt đèn, rồi ra về. Đi được một quãng, chợt nhớ ra quên chưa ngắt cầu dao điện cao thế dẫn vào ống tia catốt ông quay trở lại, không cần bật đèn, theo thói quen, đi thẳng đến bàn thí nghiệm. Giữa lúc đang giơ tay định ngắt cầu dao điện, đột nhiên ông nhận thấy một vệt sáng màu xanh lục trên bàn.
Với trí nhớ của nhà thực nghiệm lão luyện, ông xác định nhanh chóng vệt sáng đó nằm trên màn phủ chất huỳnh quang bari platinat. Chất này chỉ phát sáng màu lục khi có tia mặt trời chiếu vào. Thật lạ kì, phòng thí nghiệm lúc này tối như bưng, không hề có một nguồn sáng nào. Vậy thì cái gì, cái gì đã kích thích màn huỳnh quang? Trong phòng, vào thời điểm này, nguồn năng lượng duy nhất đang phát là ống tia catốt. Với trí xét đoán sắc nhạy, ông ngờ thủ phạm gây ra cái hiện tượng kì lạ kia chính là ở cái ống tia catốt. Ông ngắt cầu dao điện cao thế. Đúng rồi! Rõ ràng ánh sáng màu xanh lục biến mất. Ông lặp lại vài lần, kết quả vẫn như thế. Như người đi săn mê mải bất chợt tóm được hành tung của con thú lạ, ông hồi hộp, tim ông đập rộn ràng... Ông cố sức trấn tĩnh, lần theo những dấu vết vừa phát hiện được. Ông phác họa rất nhanh chương trình thí nghiệm mới và bắt tay ngay vào công việc. Ông quẳng áo khoác trên vai xuống, mặc áo bơlu và ngồi vào bàn làm việc.
Đêm ấy, trong phòng thí nghiệm của ông, đèn bật đến sáng. Ông làm hết thí nghiệm này đến thí nghiệm khác. Ông mê mải với ống phát tia catốt và màn huỳnh quang...
Thời khắc cứ thế trôi... Còn Rơnghen thì cứ ở lì trong phòng thí nghiệm. Hàng ngày, Becta vợ ông mang thức ăn đến cho chồng. Suốt mấy tuần liền, mỗi ngày ông chỉ chợp mắt vài tiếng đồng hồ và tạm ngừng công việc trong ít phút để ăn uống qua loa...
Cứ như thế, khi đã tìm ra những tính chất của thứ tia bí mật mà ông tạm đặt tên là "tia X" và hoàn thành bản thông báo gửi lên Ban chấp hành Hội y vật lí học thành phố Vuyêcbuôc... bảy tuần lễ liền đã trôi qua liên tục.
Lúc này, ông đã thấm mệt, gần như kiệt sức. Ông mở cửa, nhìn ra đường phố và nhẩm tính số ngày đã trôi qua. Ông giật mình, tự nhủ: Chà, thế ra mình đã cặm cụi một mình trong cái phòng thí nghiệm này lâu đến thế kia ư? Nhưng chẳng hề gì, để phát hiện và kiểm tra được cái "tia X" oái oăm này mình sẵn sàng ở lại đây gấp mười lần như vậy hay hơn thế nữa...
Hôm ấy là ngày 28 tháng 12 năm 1895.
Năm 1901, Rơnghen là nhà khoa học đầu tiên được nhận giải Nôben về vật lí.

Chiếc nhẫn cưới trở nên nổi tiếng

Trong lúc bố trí những thí nghiệm nhằm tìm hiểu các tính chất của "tia X", có lần Rơnghen đặt dưới ống tia catốt một hộp đựng giấy ảnh. Khi không đóng mạch điện, giấy ảnh tráng ra vẫn trắng. Đóng mạch điện, tờ giấy ảnh khi tráng trở nên đen kịt. Lặp lại thí nghiệm, tờ giấy lại vẫn ngả màu đen. Nhưng khi quan sát kĩ tờ giấy, Rơnghen để ý thấy ở mép có vật gì trăng trắng giống hình một đốt xương. Phải chăng đó là bóng ngón tay ông đã cầm hộp giấy nọ? Khi lặp lai thí nghiệm, Rơnghen đặt luôn lên hộp giấy cả bàn tay của mình. Và khi quan sát tờ giấy ông thấy rõ hình một bàn tay gớm ghiếc có thể phân biệt được cả phần da, thịt lẫn phần xương.
Như thế có nghĩa là, trong khi đâm xuyên qua bìa cứng, giấy, gỗ, v.v... "tia X" xuyên được cả da, thịt, xương bàn tay người và rồi làm hiện lên trên giấy ảnh hình bóng của nó. Những tia này xuyên qua da và thịt mạnh hơn, còn qua xương thì yếu hơn, do vậy mà ta thu được tấm ảnh kì quặc nói trên.
Rơnghen làm đi làm lại thí nghiệm ấy. Ông nhận ra rằng, không có loại tia đã biết nào có được tính chất ấy như "tia X".
Giữa lúc ấy, bà Becta mang thức ăn và quẩn áo đến cho ông. Ông thử chụp luôn bàn tay của bà bằng tia X. Khi tráng ảnh ra, trông rất rõ từng đốt xương và cả chiếc nhẫn cưới trên ngón tay bà.
Trong hội nghị của Hội y vật lí học thành phố Vuyêcbuôc, tổ chức ngày 23 tháng giêng năm 1896, trước mặt đông đảo các nhà vật lí học, sinh học, các bác sĩ, kĩ sư và cả những nhà thần học danh tiếng ở Vuyêcbuôc cũng như từ Beclin, Luân Đôn, Pari và nhiều thành phố khác tới, tấm ảnh này đã được Rơnghen đưa ra chứng minh cho khả năng đâm xuyên của "tia X" qua cơ thể con người.
Tại hội nghị này, thay mặt đoàn chủ tịch, ông Kelicơ, nhà phẫu thuật danh tiếng, chủ tịch hội, đã đề nghị bắt đầu từ hôm gọi "tia X" là tia Rơnghen, và gọi năm 1896 là năm của những tia Rơnghen...
Hôm ấy, quả là một ngày hội vui mừng của Vuyêcbuôc. Đoàn người hoan hỉ tập trung trước trường đại học. Họ reo hò, công kênh Rơnghen trên tay và cứ thế kiệu ông tới quảng trường trung tâm thành phố. Ban đêm, sinh viên tổ chức buổi rước đuốc long trọng chào mừng phát minh của Rơnghen.
Trong buổi rước đuốc này, ông nói với các sinh viên:
- Các bạn thân mến! Thật ra, cho tới giờ tôi vẫn chưa hoàn thành trọn vẹn phát minh của tôi và các bạn cũng chẳng cần tổ chức lễ mừng tôi long trọng đến như thế này. Nếu như công việc tìm kiếm của tôi có mang lại lợi ích cho người đời thì lúc đó hãy để cho họ nhớ đến không phải là tôi, mà là Vuyêcbuôc thân yêu của chúng ta, trường đại học vinh quang của chúng ta!
Suốt đời Rơnghen vẫn cứ gọi những tia do ông phát hiện là "tia X".
Chỉ trong vòng một năm kể từ ngày Rơnghen phát minh ra "tia X", trên thế giới đã có tới bốn mươi cuốn sách và hàng nghìn bài viết riêng về "tia Rơnghen" và về khả năng ứng dụng những tia này trong y học. Đâu đâu người ta cũng tổ chức những buổi báo cáo, những cuộc tranh luận xung quanh vấn đề này.
Lí thú nhất là những tấm ảnh đo các phòng thí nghiệm vật lí khác nhau chụp được bằng "tia X". Những tấm ảnh này được đăng trên các báo hằng ngày và các tạp chí dưới những nhan đề đặc biệt: "Bộ xương của người còn sống", "Người trong suốt", "Bàn tay ma" v.v...
Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng xảy ra không ít chuyện ngây ngô đến buồn cười. Một số không ít người tin rằng có thể dùng "tia X" nhìn qua những vật không trong suốt. Họ cảm thấy cuộc sống riêng tư trở nên vô nghĩa, hạnh phúc gia đình bị đe dọa, đạo đức xã hội suy đồi. Có người đã gọi một cách độc địa là "tia sáng của quỷ sứ" và đã đăng một bài thơ chế giễu:
"... Tia Rơnghen.
Chuyện ma quái gì vậy?
Cả thành phố sục sôi bốc lửa,
Cả tôi nữa cũng thất kinh
Khi nghe nói đến thứ tia vô hình,
Có thể xuyên qua cả áo quần và tâm hồn mình nữa..."
Có nghị sĩ nọ đã đề nghị ban hành luật cấm sử dụng tia X trong những ống nhòm xem hát và trong các loại kính đi đường!
Quá quắt hơn có những công ti lại nhân dịp này tung ra những quảng cáo cho những món hàng độc đáo để kiếm lời. Một công ti may mặc đã chào hàng về một loại quần áo lót có thể chống được sự "xâm nhập" của những tia Rơnghen khủng khiếp. Một cửa hàng mũ nọ đã quảng cáo: "Loại mũ này che kín trán, không cho ai có thể dùng tia Rơnghen đọc được ý nghĩ của các bạn!".
Người ta đua nhau đi chụp X quang. Nhiều người chẳng có bệnh cũng tò mò muốn chụp thử xem sao!
Còn nhà bác học của chúng ta lúc này lại tiếp tục ngồi lì trong phòng thí nghiệm, đi sâu tìm hiểu tính chất của "tia X" bí hiểm. Ông đã "rà" đi "xát" lại kĩ tới mức suốt trong thời gian 12 năm sau, các công trình nghiên cứu về "tia Rơnghen" không thêm được điều gì cơ bản vào kết quả mà Rơnghen đã xác lập được trong những công trình nghiên cứu đầu tiên của ông.
Với phát minh của mình, Rơnghen đã cống hiến cho y học nhiều hơn bất cứ nhà vật lí học nào khác trong lịch sử khoa học.

Những bóng ma ám ảnh

Phát minh của Rơnghen, ngay từ đầu, đã mở ra một chân trời mới: khoa X quang. Khoa X quang không có nghĩa là toàn bộ các lĩnh vực tri thức về bức xạ Rơnghen, mà chỉ là lĩnh vực thuộc về y học và thú y. Dần dà, theo đà phát triển, về sau đã có tới hàng chục lĩnh vực khoa học có tên tận cùng bằng từ "Rơnghen", cả một thế giới rộng lớn, từ nguyên tử tới các hệ thống sao. Chỉ điểm sơ qua chúng ta đã thấy: chụp ảnh bằng "tia Rơnghen”, dò khuyết tật bằng "tia Rơnghen", chẩn đoán bệnh bằng "tia Rơnghen", sự huỳnh quang do "tia Rơnghen", phổ học "tia Rơnghen", truyền hình bằng "tia Rơnghen", phép chữa bệnh bằng "tia Rơnghen", kĩ thuật "tia Rơnghen", thiên văn học "tia Rơnghen" v.v...
Nào ngờ, chính ngay lúc cái tia bí hiểm được mọi người đề nghị gọi theo tên tác giả phát minh ra nó cũng là lúc có những bóng ma lúc ẩn lúc hiện ám ảnh suốt những tháng năm còn lại của cuộc đời tác giả...
Sự việc xảy ra ngay sau khi ông công bố phát minh của mình về "tia X". Một nhà vật lí đồng hương với Rơnghen là Lêna, vì quá bị vòng nguyệt quế của người phát minh đầu tiên ra "tia X" làm lóa mắt, đã cố sống cố chết tranh công với Rơnghen. Ông ta đòi Rơnghen phải nhường cho nửa cái tên: phải gọi "tia X" là tia Rơnghen-Lêna.
- "Tia X" được gọi bằng tên ai, tôi không hề quan tâm. Tôi chưa bao giờ gọi những tia đó bằng tên mình. Xin ông hãy trao đổi với những ai gọi chúng như vậy.
Chuyện bực mình này chưa hết lại tiếp đến chuyện khó chịu khác.
Một hôm, có người đến gặp Rơnghen và tự giới thiệu:
- Tôi là đại diện của Cục hải quân. Tôi được ủy quyền đến đây để thông báo cho ngài biết rằng Cục hải quân chúng tôi sẵn sàng cung cấp cho ngài đủ mọi phương tiện cần thiết, đồng thời sẵn sàng chi trước cho ngài một khoản tiền lớn nếu như ngài đồng ý nghiên cứu đưa những tia của ngài vào sử dụng trong tàu ngầm.
Rơnghen cau mày trả lời: Tôi không nghiên cứu về những công việc của nhà binh.
Người đại diện lại yêu cầu ông đăng kí phát minh để giữ độc quyền về tia X, không cho nước ngoài sử dụng. Rơnghen đã khước từ. Ông muốn để cho mọi người được hưởng thành tựu khoa học lớn lao này. Ông nói: "tia X" đang được dùng để chẩn đoán bệnh, đem lại sức khỏe cho con người. Còn việc sử dụng những tia này làm phương tiện phục vụ những mục đích chiến tranh là việc làm của những kẻ bệnh hoạn. "Tia X" thuộc về tất cả mọi người, thuộc về toàn thể nhân loại.
Một hôm hoàng đế Vinhem II, đích thân đến gặp Rơnghen ở Viện vật lí Munkhen. Mọi người lo lắng không hiểu cái gì sẽ xảy ra giữa một ông hoàng đế độc tài, tàn bạo, với nhà khoa học khảng khái, nhân ái, khinh mạn quyền uy.
Sau khi nghe Rơnghen giới thiệu về những thành tựu mới nhất của vật lí học, trong đó có tia X", hoàng đế hỏi:
- Ông Rơnghen, ông có biết rằng, những nước láng giềng của chúng ta là Pháp và Anh vừa kí kết một liên minh giúp đỡ lẫn nhau không? Nước Anh, trong khi hứa giúp nước Pháp lại đồng thời kí hiệp ước với cả nước Nga. Trước tình thế đó, chúng ta cần có một lực lượng quân sự hùng mạnh, vũ khí tối tân. Lúc này, nước Đức cần có đủ mọi phương tiện kĩ thuật quân sự hiện đại nhất để có thể bắt nước Pháp phải khuất phục, vượt qua biển Măngsơ tiêu diệt nước Anh và đánh bại nước Nga...
Rơnghen trầm ngâm suy nghĩ, cuối cùng ông thẳng thắn:
- Tâu hoàng thượng, tôi hoàn toàn xa lạ với chính trị và những việc nhà binh. Với tia X, tôi ước mong kéo dài cuộc sống con người. Tôi phản đối chiến tranh.
Nghe đâu, ngay sau khi trở về cung điện, nếu không có quần thần can gián, nhà vua đã hạ lệnh bắt giam Rơnghen.
Những chiếc lá vàng khô bị dứt khỏi cành
Bà Becta bị ốm, nằm liệt trên giường. Rơnghen, phải tự mình trông nom, tiêm thuốc, giặt giũ cho bà. Chừng như chiến tranh đã để lại gánh nặng cho mọi gia đình. Vợ chồng ông phải sống thiếu thốn, đơn độc, lo âu. Nhiều lúc bạn bè, bà con từ Hà Lan gởi bưu phẩm về trợ giúp cho ông. Bọn đố kị ở trường Đại học giờ đây có cơ chèn ép, gây khó dễ cho ông, ông cảm thấy chán nản mỏi mệt, tới mức phải xin thôi không làm giám đốc Viện vật lí và không giảng bài nữa mà chỉ giữ lại cho mình quyền làm việc trong phòng thí nghiệm mà thôi. Đối với ông, Thượng đế đã hào phóng về mặt tài năng thì lại quá khắt khe và đường con cái. Trong những ngày bà ốm nặng, ông thường ngồi cạnh giường bà, trông nom và an ủi bà. Nhưng ông cũng không giữ được bà ở lại cõi đời.
Sau cái chết của người vợ, một sự mất mát không gì bù đắp, ông sống trong cảnh đơn côi.
Thình thoảng người ta thấy ông chống gậy, xách làn đi rồi lại chậm chạp lê bước về nhà. Lúc này, chính mắt ông đã nhìn thấy cảnh lính vũ trang diễu hành trên đường phố, thợ thuyền bị bắt bớ, người lương thiện bị theo dõi, cuộc sống bị đảo lộn... Trong thâm tâm ông hiểu rằng ông đã bị mất nước Đức tự do.
Ông cố quên đi mọi sự, lại lao vào những công trình khoa học của mình. Ông dồn vào đó tất cả sức lực còn lại của ông.
Say mê với những bản thảo, những ghi chép của mình, ông làm việc quên ngày quên tháng. Có hôm gió lạnh về, ông lấy tất cả quần áo quấn vào mình. Ngoài sân gió rít ào ào. Qua các ô cửa kính, ông nhìn thấy những chiếc lá vàng khô bị bứt khỏi cành, rồi quay cuồng theo gió cuốn mãi đi xa. Đây đó, vài chiếc lá bướng bỉnh còn cố cưỡng lại bám lấy những cành trơ trụi, nhưng rồi cuối cùng cũng đành chịu để gió giật cuốn đi.
Rơnghen nghĩ mình cũng chẳng khác gì những chiếc lá vàng kia. Ông tự hỏi không hiểu ông còn bám lấy cuộc sống được bao lâu? Bảy mươi tám tuổi rồi. Ông suy nghĩ miên man. Bệnh đường ruột của ông ngày càng nặng thêm. Bác sĩ cho biết ông mắc bệnh ung thư.
Mùa đông năm 1923 là một mùa đông khắc nghiệt. Rơnghen nằm đó, chẳng còn hi vọng cứu chữa. Hanxơ đến chăm nom ông. Nắm tay người bạn thuở ấu thơ, ông tâm sự:
- Anh bạn quý của tôi ơi! Tôi đã trao cho người đời tất cả những gì tôi có thể trao được. Chưa bao giờ tôi nghĩ đến một việc xấu nào - và điều này đã khiến cho lòng tôi thanh thản. Tôi không muốn rằng sau khi tôi chết đi dù chỉ một công trình mà tôi đã nghiên cứu bị sử dụng vào việc xấu. "Tia X" mà tôi để lại sẽ mang lại lợi ích cho hàng triệu người. Đó là phần thưởng, là niềm an ủi cho tôi!
Anh Hanxơ, khi tôi chết, anh hãy để tôi yên nghỉ bên cạnh Becta, tại nghĩa địa thành phố Ghixen, nơi phần mộ của dòng họ Rơnghen. Còn một điều mong muốn nữa: xin anh hãy đốt đi tất cả bản thảo, bút kí, nhật kí và những công trình chưa công bố của tôi. Ai dám đảm bảo rằng người ta sẽ không sử dụng chúng vào mục đích chiến tranh. Nước Đức lại bắt đầu chạy đua vũ trang và những chính phủ mới này đang ra sức lôi kéo lớp thanh niên Đức vào cuộc chiến tranh... Mà điều này ngược với ý nguyện của tôi. Anh Hanxơ, anh hứa đi, hứa rằng anh sẽ đốt.
Rơnghen còn muốn nói thêm điều gì đó nữa, nhưng giọng ông quá yếu ớt, lời nói đứt đoạn, nghe không hiểu được nữa. Lát sau, áp đầu vào ngực Hanxơ, ông lặng im và lặng im vĩnh viễn..
Hôm ấy là ngày 10 tháng 2 năm 1923.
Đám tang của Rơnghen lặng lẽ và ít ai để ý đến. Đưa tiễn thi hài ông đến nhà thiêu xác có Hanxơ và một số người trước đây là học trò của ông ở tại Munkhen.
Để tưởng niệm nhà bác học và người công dân vĩ đại, nhiều nước đã dựng tượng Rơnghen và lấy tên ông đặt cho các đường phố.

 

32. TORIXENLI (1608 - 1647)

Cuộc tranh luận xoay quanh những chiếc bơm nước

Ngày nay, nhìn những chiếc bơm hút nước lên cao, một học sinh phổ thông bình thường cũng giải thích được rằng chính áp suất không khí đã làm cho nước dâng lên trong bơm.
Thế nhưng, vấn đề này ngày xưa đã làm bối rối những bộ óc vĩ đại nhất! Nhà bác học cổ Hi Lạp Arixtôt cùng những người kế tục ông đã giải thích rằng đo "thiên nhiên sợ cái trống rỗng", nên có một lực thần bí nào đó đã kéo nước lên theo pittông để bù vào chỗ trống.
Ảnh hưởng tư tưởng của ông kéo dài gần như tuyệt đối suốt hơn một ngàn rưỡi năm cho mãi tới thời Galilê, Torixenli v.v... Chỉ cần nghĩ đến chuyện kiểm tra lại những điều răn dạy của Arixtôt bằng thực nghiệm cũng đã là một điều bất kính lớn lao. Xâm phạm đến uy tín của triết học Arixtôt có nghĩa là báng bổ đối với nhà thờ! Nhưng cuộc sống vẫn luôn luôn đặt ra những vấn đề buộc con người phải tìm phương giải quyết.
Đáu thế kỉ XVII, ở Florenxia, một thành phố thương mại giàu có, người ta đào một cái giếng rất sâu. Từ miệng giếng đến mặt nước có đến hơn mười mét. Người ta muốn hút nước lên bằng một cái bơm, nhưng không làm sao bơm nước lên được. Chẳng ai hiểu rõ nguyên do vì đâu. Họ bèn cho mời Galilê, người có học thức nhất ở Florenxia lúc bấy giờ. Galilê đến xem kĩ cái bơm, ống hút nước và pittông. Tất cả đều nguyên lành không sao cả. Thế thì tại sao nước không lên được?
Galilê giải thích rằng, có lẽ trọng lượng của bản thân cột nước trong ống đã kéo tụt nước xuống.
Một học trò của Galilê là Torixenli đã giải thích hiện tượng đó theo cách khác. Torixenli cho rằng vấn đề không phải chỉ ở trọng lượng của nước, mà còn ở trọng lượng của không khí nữa. Khi người ta hút nước bằng bơm thì không khí đã ngầm giúp người ta: không khí ở trên mặt giếng, dùng tất cả trọng lượng của mình để nén nước và buộc nước dâng lên theo ống. Nếu bơm không thể hút nước lên cao quá mười mét thì điều đó có nghĩa là không khí chỉ có khả năng đẩy nước tới một mức độ nào đó thôi.
Để chứng minh cho lập luận của mình, Torixenli bèn làm một thí nghiệm.
Ông lấy một cái ống thủy tinh một đầu bịt kín, trong đựng đầy thủy ngân. Sau đó ông lấy ngón tay bịt đầu hở lại, lật ngược ống và nhúng đầu hở ấy vào trong một chậu cũng đựng thủy ngân.
Thủy ngân không hoàn toàn tụt ra khỏi ống, mà chỉ tụt thấp xuống một chút thôi. Cột thủy ngân tuy tụt xuống nhưng vẫn cao hơn mực thủy ngân ở chậu hơn 70 cm.
Trọng lượng cột thủy ngân tương đương với trọng lượng một cột nước cao khoảng 10m.
Vậy thì cái gì đã giữ cho cột thủy ngân đó không hạ xuống?
Đó là áp suất của không khí.
Với thí nghiệm lịch sử này, Torixenli đã chứng minh được sự tồn tại của áp suất khí quyển mà trước đó chưa ai biết, đồng thời đã đánh tiếng chuông báo tử cho tín điều "thiên nhiên sợ cái trống rỗng" của Arixtôt.
Chẳng trách, Lêônacđô đa Vinxi, nhà bác học kiêm họa sĩ vĩ đại, đã gọi thí nghiệm là "thầy của các thầy".

"Chân không TORIXENLI"

"Không đâu có chân không, bởi lẽ thiên nhiên sợ cái trống rỗng"!" Arixtôt quả quyết.
Nhưng, trong dụng cụ của Torixenli, ở ngay trên cột thủy ngân chả có một khoảng chân không là gì? Arixtôt quả đã lầm to!
Những người kế tục Arixtôt vẫn không muốn công nhận sự thực hiển nhiên đó. Đối với họ, uy quyền cao hơn thực nghiệm. Nhưng thật khó mà cãi được với thực nghiệm, bởi vì nó bao giờ cũng phơi bày sự thật.
Cuối cùng, cái "chân không" mà từ bao nhiêu năm người ta không cho là có đã được khoa học thừa nhận. Khoảng chân không ở phía trên ống Torixenli được gọi là "chân không Torixenli" để kỉ niệm nhà bác học dũng cảm lần đầu tiên đã chứng minh sự tồn tại của chân không.
Và, ngày nay, "chân không" (Chú thích: chân không trong kỹ thuật là một khoảng không gian đã được hút không khí ra và chỉ còn lại một lượng không khí hết sức nhỏ) đã đem lại cho con người nhiều điều hữu ích trong khoa học và kĩ thuật. Hiện nó đang làm việc bên cạnh chúng ta, ở công trường cũng như ở trong nhà. Nó giúp chúng ta nấu đường trong nhà máy. Nó làm cho bóng đèn điện sống lâu; không có chân không sẽ không có đèn hình vô tuyến, không có các dụng cụ tia X và nhiều vật dụng hữu ích khác.
Con người ngày càng phát hiện được nhiều điều mới mẻ về chân không. Chân không có những tính chất phong phú hơn nhiều so với bất kì dạng vật chất nào khác mà khoa học đã biết. Đến mức người ta có thể nói rằng tính chất của thế giới xung quanh ta, trên một mức độ rất lớn, là do những tính chất của chân không quyết định. Chẳng phải ngẫu nhiên mà trong những năm gần đây những thành tựu về lí thuyết chân không đã được trao giải thưởng Nôben.

Một bộ dụng cụ thí nghiệm trở thành bất tử

Thường thường, sau khi làm xong thí nghiệm người ta lau rửa và dọn dẹp các dụng cụ lại. Thế nhưng, sau khi làm xong thí nghiệm, Torixenli vẫn tiếp tục quan sát bộ dụng cụ của mình. Ông nhận thấy, cột thủy ngân ở trong ống có lúc lên, có lúc xuống tùy theo sự thay đổi của thời tiết. Không còn nghi ngờ gì nữa, sự thay đổi khí áp có liên quan mật thiết đến sự thay đổi thời tiết. Theo dõi sự diễn biến của khí áp sẽ cho ta căn cứ để đoán trước thời tiết. Và thế là bộ dụng cụ thí nghiệm của Torixenli vẫn tiếp tục cuộc sống độc lập của nó và tồn tại mãi cho tới tận ngày nay.
Thoạt đầu người ta gọi nó là ống thời tiết, rồi sau gọi là khí áp kế, hoặc là phong vũ biểu.
Phong vũ biểu trở thành người giúp việc đắc lực cho các nhà khí tượng. Gia đình khí áp kế giờ khá đông: ta có khí áp kế có bầu, khí áp kế xi phông, khí áp kế nước, khí áp kế kim loại v.v...
Thủy ngân sáng bóng trong ống thủy tinh, tựa như quả cân để trên đĩa cân đã giữ thăng bằng được với cột không khí cao "chín tầng mây" đang ép lên mặt thủy ngân trong chậu.
Thế cột không khí ấy cao bao nhiêu?
Torixenli đã nghĩ cách tính chiều cao cột không khí đó. Ông tìm được con số xấp xỉ 100 km.
Con số này tuy còn xa sự thật, song nó có một ý nghĩa lớn lao: nó chứng tỏ rằng lần đầu tiên con người đã phát hiện ra biển không khí vô hình và từ đáy biển tìm cách đo chiều sâu của nó.
Với thí nghiệm nổi tiếng của mình, Torixenli đã đặt cơ sở đầu tiên cho thủy lực học và khí áp học, đồng thời tạo ra một bước ngoặt trong việc nghiên cứu biển không khí.
Torixenli còn tìm ra cả công thức tính vận tốc của dòng chất lỏng vọt ra khỏi bình, nghiên cứu trọng tâm các vật quay và cải tiến máy đo góc của pháo binh.
Tiếc thay, con người sắc sảo, lao động cần mẫn và đầy tài năng đó đã chết sớm, khi mới 39 tuổi!
Cho tới thời gian gần đây, người ta còn phát hiện ra rằng, chính Torixenli đã chế tạo được những thấu kính vô cùng tinh xảo. Quan sát những thấu kính ấy, có người đã nhận xét: "Do kết quả của sự nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu xạ, người ta biết rõ rằng các thấu kính của Torixenli tốt hơn hẳn những thấu kính hiện đại". Thì ra, ở thời ấy, Torixenli đã nắm được kĩ thuật chế tạo những thấu kính tinh vi và chính xác đến một mức độ chưa thể đạt được ở thời Torixenli. Nhưng Torixenli đã giữ kín bí mật ấy, bí mật giúp ông chế tạo được những thấu kính, như ông nói, "đến thiên thần cũng chẳng thể chế tạo được những gương cầu tốt hơn", ông viết: "Tôi rất tiếc không thể tiết lộ bí mật của tôi, bởi lẽ ngài đại công tước đã báo cho tôi biết phải giữ kín điều bí mật ấy...".
Ở thời Torixenli, các nhà khoa học chỉ có thể nghiên cứu được khi có một nhà quyền quý đỡ đầu. Và tất nhiên ông phải làm theo chỉ thị của đại công tước là người đỡ đầu ông.
Torixenli mất đi đem theo mình cả bí mật về kĩ thuật chế tạo những thấu kinh thủy tinh tinh xảo. Ngày nay không ai còn biết bản thảo giải đáp những bí mật đó của ông lưu lạc ở đâu. Cũng giống như mộ ông, người con thiên tài đó của thành phố Florenxia, hiện nay cũng không ai biết ở đâu. Có lẽ vì thế, khi ngắm những bức chân dung của ông, bất chợt ta thấy ẩn sau bộ ria mép vểnh cong tinh nghịch kiểu lính ngự lâm kia phảng phất một nụ cười hóm hỉnh và bí ẩn.

 

33. UYLIAM TÔMXƠN, HUÂN TƯỚC KENVIN (1824-1907)

Con người được số phận ưu đãi

Cũng như Maicơn Farađây, người đồng hương danh tiếng của mình, Uyliam Tômxơn là con người hết lòng say mê khoa học, thông minh khác thường, một nhà thực nghiệm tài giỏi, một nhà bác học có nhiều đóng góp xuất sắc, là niềm tự hào của nước Anh, quê hương ông. Tuy nhiên, nếu như Farađây đến với khoa học bằng một con đường đầy trắc trở, luôn luôn phải chống lại cảnh nghèo túng, tự mình vất vả tìm kiếm tri thức, tự mở lấy đường mà đi, thì Tômxơn lại như lúc nào cũng có "quý nhân phù trợ", vững bước đi trên một con đường đã được dọn sẵn, và trọn đời sống trong sự yêu mến và kính nể của mọi người.
Gia đình Tômxơn thuộc gốc Xcốtlen, đã sang sinh sống ở Benphat (bắc Ailen). Uyliam Tômxơn sinh năm 1824 tại Benphat, khi được sáu tuổi thì mẹ chết, và năm sau thì gia đình trở về Xcốtlen. Bố cậu, ông Giêmx Tômxơn, được nhận làm giáo sư toán học trường Đại học Glaxgâu.
Năm lên tám, Uyliam đã theo bố lên lớp học, ngồi nghe bố giảng bài. Năm mười tuổi, cậu chính thức được nhận là sinh viên của trường, cùng với anh ruột khi đó mười hai tuổi. Có những lúc ông bố đặt ra một câu hỏi hóc búa, cả lớp còn đang im lặng ngồi cắn bút thì đã thấy tiếng cậu bé van nài: "Bố cho con trả lời đi, nào, con xin bố, cho con trả lời đi!". Và câu trả lời gãy gọn, chính xác của cậu bé làm cho nhiều bậc đàn anh trong lớp tức tối điên đầu.
Khi mười lăm tuổi, Uyliam đã có những bài báo khoa học được công bố. Trong một số bài báo đó, cậu phê phán những công trình của Kenlan, giáo sư trường đại học Êđinbua. Ông không lấy đó làm giận, mà còn viết thư cho bố Uyliam: "... Những công trình của con trai ông chẳng bao lâu nữa sẽ đưa cậu ấy lên ngang tầm các nhà toán học châu Âu".
Tuy vậy, Uyliam không phải là con người chỉ biết vùi đầu vào sách vở. Khi còn học ở Xcốtlen, những buổi đi lễ nhà thờ hai anh em cậu hay ngấm ngầm đùa nghịch và cười khúc khích khiến cha đạo phải bực mình. Một lần, không hiểu thích thú cái gì, hai anh em bật cười vang, và cha đạo nổi giận quát lên: "Này, khi xuống địa ngục các con không còn cười như thế nữa đâu!". Học xong ở Glaxgâu, Uyliam được đi học thêm ở trường đại học Kembritgiơ. Ở đó, anh sinh viên Uyliam Tômxơn là người chơi kèn đồng trong ban nhạc của trường, và cũng là vận động viên bơi trải loại xuất sắc. Sau này khi đã là giáo sư Tômxơn, ông thường mang kèn đồng vào lớp thổi để minh họa tính chất của âm thanh trong giờ dạy về âm học, khiến các sinh viên thích thú vỗ tay hoan hô. Mỗi khi trở lại trường đại học Kembritgiơ, ông lại tham gia biểu diễn trong ban nhạc hoặc dự thi trong đội bơi trải của trường.

Nhà sư phạm lỗi lạc

Năm hai mươi hai tuổi, Uyliam Tômxơn được cử làm giáo sư trường đại học Glaxgâu, và giữ chức vụ chủ nhiệm bộ môn vật lí của trường suốt năm mươi ba năm, từ 1846 đến 1899.
Khi đó môn vật lí học còn được gọi là môn triết học tự nhiên. Sinh viên học môn triết học tự nhiên là những người được đào tạo để trở thành các luật gia, các bác sĩ, và chủ yếu là các tu sĩ. Họ học triết học tự nhiên chỉ vì đó là một trong những môn thi để được nhận bằng tốt nghiệp.
Lúc tới nhậm chức, giáo sư Tômxơn thấy tình hình bộ môn vật lí ở đây thực bi đát. Các dụng cụ thí nghiệm đều cổ lỗ, phần lớn được chế tạo từ một trăm năm trước. Chúng được dùng để làm thí nghiệm biểu diễn, minh họa cho bài giảng trên lớp. Ở đây thầy hoàn toàn không làm công tác nghiên cứu, trò hoàn toàn không làm thí nghiệm thực hành.
Tômxơn nhanh chóng lắp ráp một số dụng cụ để làm thí nghiệm nghiên cứu tính chất điện động lực học của các chất. Ông mời vài sinh viên đến phụ việc cho ông. Họ vui vẻ đến phòng thí nghiệm, lúc đầu chỉ do tò mò, do muốn sử dụng thời gian rảnh rỗi một cách thú vị. Họ đã không thất vọng, và công tác nghiên cứu bắt đầu cuốn hút họ. Nhiều sinh viên khác thấy bạn mình được làm công tác nghiên cứu, cũng tự nguyện đến xin tham gia. Không còn việc gì để giao cho họ trong phạm vi đề tài của mình, Tômxơn đã cố tìm mọi cách để nêu lên những đề tài nhỏ khác và thu hút họ vào các nhóm nghiên cứu.
Lúc đầu nhà trường dành cho họ mấy giảng đường cũ để làm phòng thí nghiệm. Nhưng khi số sinh viên tình nguyện đã lên tới vài chục người và tiếp tục tăng thêm, Tômxơn đã phải xin trường cho thêm một căn hầm cũ, trước chứa rượu vang, nay đang bỏ không, và một phần của căn nhà tập thể cũ của các giáo sư, nay đang sửa thành lớp học. Những căn phòng chắp vá, cũ kĩ như vậy đã là phòng thí nghiệm của giáo sư Tômxơn suốt hơn hai mươi năm. Tômxơn đặt mua thêm dụng cụ thí nghiệm ở nước ngoài. Đồng thời ông tự tay thiết kế một số dụng cụ mới và chỉ đạo xưởng trường chế tạo các dụng cụ đó. Một giáo sư nổi tiếng của trường đại học Êđinbua đã viết: "Ở Glaxgâu, trong những điều kiện không thuận lợi bằng các phòng thí nghiệm của tôi, các sinh viên của Tômxơn trong mấy năm nay đã thực hiện được nhiều công trình nghiên cứu tuyệt vời".
Năm 1870, trường đại học Glaxgâu chuyển sang một trụ sở mới tuyệt hảo, ở đó có những phòng thí nghiệm nghiên cứu rộng rãi khang trang. Phòng thí nghiệm và nhà ở của Tômxơn là những nơi đầu tiên ở nước Anh được thắp sáng bằng điện. Xưởng trường đã phát triển thành một nhà máy nhỏ, chiếm hẳn một tòa nhà nhiều tầng. Xưởng trường và phòng thí nghiệm của Tômxơn được nối với nhau bằng đường dây điện thoại đầu tiên của nước Anh. Tômxơn thường xuyên lui tới xưởng trường để bàn bạc và chỉ đạo công việc. Khi đi công cán nơi xa, ông vẫn luôn luôn giữ liên hệ với phòng thí nghiệm bằng thư từ và điện tín để theo dõi và chỉ đạo công tác nghiên cứu ở nhà. Tômxơn rất gắn bò với trường đại học Glaxgâu. Ông đã được mời giữ những chức vụ quan trọng hơn, như giám đốc phòng thí nghiệm Cavenđisơ (có uy tín nhất thế giới lúc bấy giờ), hoặc hiệu trưởng trường đại học Êđinbua, nhưng ông đều từ chối.
Nhiều sinh viên của Tômxơn cũng rất gắn bó với thầy. Có tới ba phần tư số sinh viên của ông đã trở thành các tu sĩ, nhưng nhiều người trong số họ vẫn tiếp tục theo đuổi sự nghiệp khoa học, và trở thành những nhà vật lí nghiệp dư.
Giôn Kerơ là một trong những sinh viên tình nguyện giúp Tômxơn xây dựng phòng thí nghiệm khi ông mới tới Glaxgâu. Sau khi tốt nghiệp, Kerơ trở thành chạ đạo cai quản một nhà thờ ở Xcôtlen, nhưng vẫn giữ quan hệ với thầy và tiếp tục nghiên cứu vật lí học. Cuối cùng, vật lí học có sức cuốn hút mãnh liệt hơn, Kerơ đã từ bỏ việc phụng thờ Chúa và trở thành một nhà bác học, một người bạn thân thiết suốt đời của Tômxơn. Kerơ đã nổi tiếng vì một phát minh quan trọng gọi là hiệu ứng Kerơ: trong một điện môi trong suốt đặt trong điện trường, tia sáng khúc xạ bị tách thành hai tia.

Nhà bác học nhiều tài năng

Hoạt động khoa học của Tômxơn hết sức phong phú và đa dạng. Ông đã có những đóng góp quý giá trong nhiều lĩnh vực khoa học rất khác nhau: nhiệt động lực học, điện báo, thủy động lực học, kĩ thuật điện, toán học, động lực học, hàng hải, điện học, từ học, nhiệt học. Không những tiến hành các nghiên cứu lí thuyết, ông còn khảo sát cả mặt kĩ thuật, và giải quyết nhiều vấn đề kĩ thuật một cách sắc sảo. Các nhà khoa học đương thời coi ông là nhà vật lí và nhà kĩ thuật điện vĩ đại nhất thế giới. Tiền bản quyền sáng chế và tiền thù lao về tư vấn kĩ thuật mà ông thường xuyên nhận được còn lớn hơn lương giáo sư, khiến ông sống một cuộc đời thoải mái, chia sẻ giữa nghiên cứu khoa học và du lịch khắp đó đây, và đã có thể mua cho riêng mình một du thuyền cỡ lớn, đắt tiền.
Khi còn trẻ, ông đã suy nghĩ đến khả năng truyền tín hiệu đi xa bằng điện. Ông đã tham gia chiến dịch đặt đường dây điện báo xuyên Đại Tây Dương, từ Anh sang Mĩ. Năm 1858, đường dây đặt xong và truyền đi bản điện báo xuyên đại dương đầu tiên. Nhưng chưa được một tháng, dây cáp đã bị hỏng.
Tômxơn bắt tay tính toán lại để thiết kế một đường dây cáp khác. Ông đã thực hiện rất nhiều phép đo điện trở và điện dung sáng chế ra nhiều kiểu máy phát tín hiệu khác nhau, thiết kế nhiều kiểu điện kế rất nhậy ghi được những tín hiệu điện rất yếu. Ông hay đi tầu ra tận biển khơi để theo dõi công việc và kiểm tra lại những giải pháp kĩ thuật của mình. Năm 1866, một đường dây mới được hoàn thành và đã hoạt động ổn định. Đồng thời với công trình kĩ thuật đồ sộ này, Tômxơn đã góp phần đáng kể vào việc xây dựng hệ đơn vị đo điện và từ.
Để ghi nhớ công lao to lớn này, Hội đồng thành phố Glaxgâu đã bầu Tômxơn làm công dân danh dự của thành phố, và phong tước Hiệp Sĩ cho ông (đó là tước quý tộc thấp nhất, dưới nam tước).
Trong những chuyến đi biển nơi trên, Tômxơn có dịp quan sát công việc của người thủy thủ. Ông quan tâm đến những vấn đề của hàng hải, vả tìm cách giải quyết những khó khăn để việc điều khiển con tầu được chính xác và an toàn, ông đã phát minh ra nhiều dụng cụ hàng hải, trong đó có dụng cụ đo độ sâu (bằng tín hiệu dội) và thủy triều kí (dụng cụ tự ghi mức thủy triều). Quan trọng hơn cả là ông đã cải tiến la bàn đi biển một cách cơ bản.
Trước đó, la bàn đi biển là một dụng cụ rất thô sơ và thiếu chính xác. Sự tròng trành của con tầu và cách bố trí các đồ vật, các khí cụ trên tầu đều ảnh hưởng đến vị trí của kim nam châm. Tômxơn đã tìm ra những biện pháp hữu hiệu để loại trừ những ảnh hưởng đó, làm cho la bàn đạt được độ chính xác cao, và bảo đảm sự an toàn của con tầu. Một sĩ quan hàng hải đã nói: "Từ nay, mỗi thủy thủ tối nào cùng phải cầu nguyện cho ngài Tômxơn".
Trong lĩnh vực điện, từ và nhiệt điện, Uyliam Tômxơn cũng có những phát minh quan trọng. Sau này Giôdep Giôn Tômxơn (ông này không có họ hàng gì với Uyliam Tômxơn) đã nói: "Vô tuyến điện báo, vô tuyến điện thoại, vô tuyến truyền thanh ngày nay đều phụ thuộc vào những kết quả nghiên cứu mà Uyliam Tômxơn đã công bố năm 1853". Trong công trình đó, Uyliam Tômxơn đã tìm ra nghiệm của phương trình của cường độ dòng điện trong một mạch dao động tắt dần. Trong trường hợp riêng, khi dòng điện tắt dần rất chậm, tần số dao động của mạch được xác định bởi một công thức hiện nay được gọi là công thức Tômxơn:

Để ban thưởng cho Tômxơn, nữ hoàng Anh phong cho ông danh vị cao quý Huân tước. Trước đây, người được phong huân tước cũng được triều đình phong đất, và lấy tên đất đó làm tên gọi cho mình. Lúc này nước Anh đang công nghiệp hóa, Nữ hoàng Anh không có đất để phong cho ông, nhưng ông được quyền chọn cho mình một tên gọi. Ông cùng những người thân bàn bạc, và nửa đùa nửa thật cân nhắc xem nên lấy tên là Huân tước Dây Cáp hay Huân tước La Bàn. Cuối cùng ông chọn tên dòng sông Kenvin chảy ngay bên trường đại học Glaxgâu, nơi ông gắn bó hầu như cả cuộc đời mình. Và từ nay mọi người gọi ông theo danh hiệu quý tộc là Huân tước Kenvin.

Nhiệt động lực học và thang nhiệt độ Kenvin

Nhiệt động lực học được xây dựng do công lao của nhiều nhà khoa học, trong đó Tômxơn đóng vai trò nổi bật.
Từ đầu thế kỉ XIX, Cacnô đã chứng minh rằng muốn cho một động cơ nhiệt hoạt động được, phải có sự truyền nhiệt từ nguồn nóng sang nguồn lạnh. Khi tác nhân thu một lượng nhiệt Q1 từ nguồn nóng, nó sinh được một công bằng A, và hiệu suất của động cơ là


Làm thế nào để tăng được hiệu suất H ? Cacnô không tìm ra được công thức cụ thể để tính H, nhưng ông chứng minh được rằng H bao giờ cũng nhỏ hơn một giá trị H0 nào đó do nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh xác định. Giá trị H0 được gọi là hiệu suất của động cơ nhiệt lí tưởng, tức là một động cơ nhiệt mà ta chỉ có thể hình dung được, nhưng không chế tạo được.
Dựa vào định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng được phát minh vào đầu những năm 40, Claudiuxơ và Tômxơn đã chứng minh rằng khi một động cơ nhiệt hoạt động, tác nhân thu từ nguồn nóng lượng nhiệt Q1 và truyền cho nguồn lạnh lượng nhiệt Q2. Công mà nó sinh ra đúng bằng A = Q1 - Q2.
Do đó, hiệu suất của động cơ nhiệt được xác định bằng công thức:

Claudiuxơ và Tômxơn cũng đã tìm ra được công thức tính hiệu suất của động cơ nhiệt lí tưởng. Nếu gọi T1 là nhiệt độ nguồn nống, T2 là nhiệt độ nguồn lạnh, ta có:

Như vậy, đối với mọi loại động cơ nhiệt, ta đều viết được:

Công thức đó hiện nay thường được gọi là công thức Cacnô, hoặc công thức của định lí Cacnô, mặc dù Cacnô không phải là người đã tìm ra nó.
Ở thời Tômxơn, các nhà khoa học đã đề xuất hơn một chục thang nhiệt độ khác nhau, mỗi thang dựa vào sự nở vì nhiệt của một chất cụ thể nào đó (nước, rượu, thủy ngân,...) gọi là vật nhiệt biểu. Vì vậy một nhiệt độ cụ thể cần đo được xác định bằng những số đo khác nhau khi dùng những thang nhiệt độ khác nhau.
Công thức trên áp dụng được cho mọi loại động cơ nhiệt khác nhau, với mọi loại tác nhân khác nhau. Các nhiệt độ T1, T2 là những "nhiệt độ tuyệt đối", chúng không phụ thuộc vào vật nhiệt biểu được chọn. Tômxơn tìm cách xây dựng một thang nhiệt độ tuyệt đối có thể dùng để xác định mức độ nóng, lạnh của mọi vật mà không phụ thuộc một vật nhiệt biểu cụ thể nào.
Những khảo sát của Tômxơn đã chứng minh rằng có thể dùng các nhiệt kế khí (dùng một chất khí làm vật nhiệt biểu) để thành lập thang nhiệt độ tuyệt đối. Nếu thể tích chất khí trong nhiệt kế khí là không đổi thì áp suất của nó tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của nó một cách khá chính xác Ta viết được:

Chất khí trong nhiệt kế càng giống như khí lí tưởng thì hệ thức trên càng chính xác. Đó là trường hợp các chất khí có khối lượng nguyên tử rất nhỏ, như hiđrô, hêli.
Trong thang nhiệt độ như vậy, T = 0 ứng với p=0, nhiệt độ T = 0 là nhiệt độ của một khối khí bất kì có áp suất bằng 0. Nó được gọi là nhiệt độ 0 tuyệt đối, không thể có nhiệt độ nào thấp hơn nó vì áp suất của một khối khí không thể nào nhỏ hơn 0.
Để ghi nhớ công lao của Tômxơn, thang nhiệt độ tuyệt đối xác định như trên được gọi là thang nhiệt độ Kenvin. Trong hệ đơn vị quốc tế SI, đơn vị đo nhiệt độ cũng được gọi là Kenvin (kí hiệu là K).
Trong nhiệt động lực học, người ta nhất loạt sử dụng thang nhiệt độ Kenvin trong mọi phương trình, công thức. Trong đời sống hàng ngày, theo thói quen, người ta vẫn sử dụng thang nhiệt độ Cenxiut. Nhiệt độ 0 tuyệt đối T = 0K ứng với nhiệt độ t =-273,15°c. Như vậy nhiệt độ đóng băng của nước theo thang nhiệt độ Cenxiut là t = 0°c, và theo thang nhiệt độ Kenvin là T = 273,15K.
Sự thành lập thang nhiệt độ Kenvin được coi là một đóng góp lớn của Tômxơn, huân tước Kenvin đối với nhiệt động lực học và vật lí học nói chung.
Uyliam Tômxơn là một trong những nhà khoa học hiếm hoi được hưởng vinh quang trọn vẹn trong suốt đời mình.
Năm 22 tuổi, ông là giáo sư trường đại học Glaxgâu, và là hội viên Hội hoàng gia Êđinbua, năm 27 tuổi là hội viên Hội hoàng gia Luân đôn (tức là viện sĩ Viện hàn lâm khoa học nước Anh). Năm 31 tuổi, ông được tặng huy chương hoàng gia của Hội hoàng gia Luân đôn, và sau đó được tặng nhiều huy chương khoa học khác nữa. Năm 49 tuổi ông là chủ tịch Hội hoàng gia Êđinbua, và còn giữ chức vụ này hai lần nữa. Năm 66 tuổi, ông là chủ tịch Hội hoàng gia Luân đôn. Năm ông 80 tuổi, trường đại học Glaxgâu bầu ông làm chủ tịch của trường, một chức vị danh dự dành cho những người đã có công lao lớn với nhà trường.
Huân tước Kenvin mất năm 83 tuổi, khi đang giữ chức vụ chủ tịch Hội hoàng gia Êđinbua. Ông được an táng tại tu viện Oetmixtơ, nơi chôn cất nhiều danh nhân của nước Anh.

 

Chèn thêm cái ảnh sau ở trước cái đoạn sau (của bài trên) nhé các bạn: (do hạn chế của forum không cho chèn qúa 5 attachment).



Chất khí trong nhiệt kế càng giống như khí lí tưởng thì hệ thức trên càng chính xác. Đó là trường hợp các chất khí có khối lượng nguyên tử rất nhỏ, như hiđrô, hêli.

 

34. CÔNXTANT1N EĐUAĐÔVICH XIÔNCÔPXKI (1857 - 1935)

"Con chim"

Ở một làng nhỏ thuộc xứ Riadan nước Nga có một cậu bé giàu óc quan sát và tưởng tượng. Một hôm cậu ngồi tránh nắng trong một túp lều ngoài đồng cỏ. Bỗng nhiên một chú ong đất bụng sọc vàng bay tới. Cậu bé dùng chiếc mũ dạ chụp lấy con ong. Cậu vội vàng luồn tay vào dưới mũ định bắt, nhưng bỗng nhiên cậu kêu thét lên. Con ong đã đốt vào tay cậu bé. Lấy khăn mùi soa buộc lại, cậu bé ngồi nghĩ về những loài vật biết bay, như con ong đất chẳng hạn. Thế mà con người lại không biết bay. Con người thua con ong đất chăng? Mà con ong đất có phải là con vật bay giỏi nhất đâu?
Và cậu bé giàu óc quan sát đó nghĩ đến tất cả những sinh vật biết bay. Cậu nhớ đến con chuồn chuồn. Với đôi cánh mỏng manh, nó có thể nhẹ nhàng lướt trong không khí. Không phải con chim nào cũng đuổi kịp nó. Còn con bọ dừa nữa. Nó bay như mù, chạm phải vật gì trên đường bay là rơi bịch ngay xuống đất. Nhưng con dơi thì lại khác. Nhanh như cắt, vừa trông thấy nó ở đây nhưng thoáng một cái đã vụt đi đâu mất. Muỗi, bươm bướm, chuồn chuồn, ruồi trâu bay cũng giỏi đấy, nhưng không sánh được với loài chim.
Rồi cậu ta mải mê ngắm nhìn con chim kền kền. Nó dang rộng đôi cánh, không động đậy, giống như bị treo trong không khí. Nghe nói chim đại bàng còn bay cao hơn, nhưng cậu bé chưa thấy nó bao giờ. Lại có cả những con cá bay nữa! Thế là thế nào nhỉ? Dơi rừng, cú, bướm, thậm chí cả cá cũng biết bay, thế mà con người lại không biết... Có lẽ con người không thử và không muốn bay chăng? Nếu như trèo lên cao một chút và từ đó nhảy xuống, dang rộng đôi cánh tay và bay trong không khí như trong giấc mơ thì sao nhỉ. Thử làm một cuộc thí nghiệm như vậy xem sao nhỉ?
Nghĩ là làm. Cậu bé trèo lên gác để cỏ khô, từ đó chui qua trần nhà, trèo lên mái nhà. Ồ, từ dưới sân nhìn lên mái nhà thì thấy không cao lắm, nhưng từ mái nhà có thể nhìn thấy các đường quanh làng, cao thật! Nhưng không thể lùi được nữa. Cậu bé nghĩ: "Bây giờ mình sẽ rời khỏi mái nhà và nếu không bay, thì ít nhất cũng phải rơi từ từ xuống đất...".
Cậu bé nhắm mắt lại và kiên quyết rời khỏi mái nhà. Cậu bé còn chưa kịp nhận ra mình đang bay hay đang rơi thì đã cảm thấy bên chân phải đau nhói: cậu đã bị sai khớp. Từ đó đầu óc trẻ thơ của cậu tin rằng người không bay được vì không có cánh!
Một hôm cậu được mẹ mua cho một quả bóng bay xanh đỏ. Quả bóng sặc sỡ kéo căng dây buộc như muốn bay lên bằng một đôi cánh vô hình. Cậu tự hỏi "Cánh quả bóng ở đâu? hay là nó giấu bên trong?". Thế là cậu quyết định dùng dao mổ quả bóng để xem xem có cái gì trong ruột không. Một tiếng nổ khô khan. Quả bóng đẹp đẽ chỉ còn là một khúc ruột cừu nhăn nhúm, cậu tiếc ngẩn người, mẹ cậu ca cẩm, còn ông anh thì cho cậu ba cái cốc vào trán nảy đom đóm mắt. Nhưng cậu vui sướng vì đã khám phá ra điều bí mật: quả bóng không có cánh. Và bóng bay được thì cậu cũng sẽ bay được!
Từ đó mỗi khi nằm gối đầu trên cánh tay, nhìn trời đêm thăm thẳm, cậu theo trí tưởng tượng bay vào khoảng không bao la, xứ sở của các vì sao. Cậu nằm mơ thấy những chuyến bay kì lạ, dường như cậu đã vứt bỏ được trọng lượng của bản thân. Khát vọng bay vào khoảng không giữa các hành tinh và hoàn toàn thoát khỏi sức hút của Trái Đất đã sớm hình thành ở cậu bé ngay từ khi cậu còn chưa đọc thông viết thạo. Ngay từ khi trong ý thức mới hình thành những nét lờ mờ thì cậu bé đã có một ước mơ thú vị, nhưng thầm kín là làm sao tạo được một môi trường trong đó con người chuyển động hoàn toàn tự do theo mọi hướng, nhẹ nhàng hơn cả chim bay trong không khí mà không hề bị rơi xuống đâu cả. Khi đó chưa có ai nói một tí gì với cậu bé về môi trường không có trọng lực, nhưng cậu bé vẫn mong muốn điều đó. Một sự mong muốn day dứt.
Cậu bé khác thường đó tên là Xiôncôpxki, người đã dành cả cuộc đời để khai phá con đường vào vũ trụ. Ngay từ thưở nhỏ Xiôncôpxki đã được các ông anh tặng cho biệt hiệu là "Con chim" - cái biệt hiệu đầy kiêu hãnh, vẫy gọi những chuyến bay! Và những đoạn hồi tưởng trên đã được chính ông kể lại.

Vượt lên trên điều bất hạnh

Xiôncôpxki rất ham mê trượt tuyết. Vào những buổi gió rít bên tai, tuyết tạt vào mặt, cậu rất thích được bay từ trên núi xuống. Cậu tự nghĩ: trượt trên xe tuyết và xe băng cũng có cái gì giống như bay trong không khí!
Một ngày mùa đông, Xiôncôpxki chơi trượt tuyết. Cậu ham trượt quá tuy đã thấm mệt và chiếc xe trượt tuyết lật úp vùi cậu trong tuyết. Cậu trở về nhà và bị cảm nặng. Sau đó cậu bị nghễnh ngãng. Cậu rất buồn và nghĩ rằng nhiều thứ đối với cậu không còn nữa: âm nhạc, trường đại học. Nhưng mẹ cậu đã cứu cậu khỏi thất vọng. Bà động viên cậu hãy yêu cuộc sống cho dù không còn thính giác Bà kể cho cậu nghe câu chuyện về cuộc đời của nhạc sĩ Bêthôven: nhà soạn nhạc vĩ đại người Đức lúc cuối đời bị điếc nhưng đã vượt lên số mệnh khác nghiệt, tiếp tục sáng tạo và trở nên bất tử. Mẹ cậu giải thích cho cậu hiểu rằng tất cả những tư tưởng tinh túy nhất của loài người đã được ghi lại trong sách vở, không có thính giác vẫn đọc sách được. Xiôncôpxki bừng tỉnh. Cậu trút bỏ sầu não, lại yêu đời và mơ ước. Cậu lao vào đọc sách, đọc nhiều và say sưa đến mức chỉ một thời gian sau số lượng sách cậu đọc được đã vượt xa các anh cậu và thậm chí vượt cả bố cậu. Xiôncôpxki tìm được nguồn vui trong sách vở. Học được cách làm máy đo xa, cậu lấy gỗ vụn, ống bơ làm thử, cậu đã dùng chiếc máy tự làm để đo khoảng cách từ nhà đến trạm cứu hỏa. Sau đo cậu kiểm tra bằng thước. Kết quả thật bất ngờ: hai số đo đều là 400 ácsen (thước Nga bằng 0,711 mét). Từ đo cậu đã tìm thấy ở sách một người dẫn đường tin cẩn. Học được điều gì mới cậu đều làm thử. Buồng của cậu bề bộn sách vở, cưa, đục, sắt vụn... vứt ngổn ngang. Xiôncôpxki đã tự sửa chữa đồng hồ và đã tự tay làm lấy hai chiếc đồng hồ báo thức.
Có một lần bác Cachia, bà bác tốt bụng của cậu, mang đến cho cậu một lá thép. Cậu cầm lá thép quan sát, uốn thử thì ra đó là một loại thép làm lò xo rất quý. Cậu đã nảy ra ý nghĩ thiết kế một chiếc xe tự chạy bằng dây cót. Câu quên hết mọi thứ, đầu óc chỉ nghĩ đến máy móc. Cái xe này chưa tốt lại phá đi làm cái khác tốt hơn. Cậu đã làm những chiếc xe đơn giản và cả những chiếc phức tạp hơn. Sau một thời gian dày công tìm tòi, cậu đã làm được một chiếc xe chạy tự động. Cậu mang chiếc xe lên gác thượng, gió thổi mạnh, chiếc xe vẫn chạy ngược chiều gió.
Nhưng có lẽ thành công lớn nhất của cậu hồi đó là chiếc máy tiện. Lúc đầu, khi cậu nói là sẽ tự làm lấy một chiếc máy tiện thì mọi người trong nhà chẳng ai tin cả. Nhưng người trong nhà càng hoài nghi bao nhiêu thì cậu càng say sưa bấy nhiêu. Cậu chui vào kho chứa củi để bào, cưa, đục, chạm. Tất nhiên lúc đầu cậu chưa biết làm. Cậu chạy đến bác thợ mộc, ngắm đủ thứ, vẽ phác mấy bản vẽ đơn giản. Cậu mầy mò hơn một tuần và sau đó đã làm xong một chiếc máy tiện. Cậu đã dùng chiếc máy tiện để tiện một con quay.
Bố Xiôncôpxki thấy vậy, sung sướng nói với vợ:
- Thằng bé có năng khiếu. Phải gửi nó đi học ở Maxcơva mới được.

Tất cả dành cho học tập

Ở Maxcơva, Xiôncôpxki trọ học ở nhà một người thợ giặt. Với số tiền ít ỏi hàng tháng bố mẹ gửi cho anh phải trả tiền thuê nhà, còn lại anh dành phần lởn để mua dụng cụ thí nghiệm và mua sách, chỉ còn rất ít tiền dành cho ăn uống. Bữa ăn của anh chỉ có bánh mì (thường là loại rẻ tiền nhất) và nước lã. Họa hoằn lắm mới có ít thịt vụn hay pho mát rẻ tiền. Trong phòng anh đầy những sách vở, bình thủy tinh và ống nghiệm. Anh chỉ rời khỏi căn phòng khi đến lớp hay đi thư viện và đi dạo buổi tối để thở hít khí trời. Thì giờ còn lại anh dùng để đọc sách hoặc tính toán. Cuộc sống khắc khổ của anh làm bà chủ nhà quan tâm. Bà thường băn khoăn: người thuê nhà chỉ ăn có bánh mì suông, người gầy rộc đi, chỉ còn lại đôi mắt, nhưng không nản chí. Anh ta không giao du, không uống rượu, không hút thuốc. Và bà đã ướm hỏi: "Hình như anh định đi tu phải không?". Anh chỉ cười không nói gì.
Một hôm, Xiôncôpxki tìm thấy trong quầy sách cũ cuốn "khí cầu bay", cuốn sách anh vẫn mơ ước. Thế là anh vét những đồng rúp cuối cùng để mua cuốn sách. Về phòng mình anh nghiền ngẫm lí thuyết bay của khí cầu và uống nước lã cầm hơi. Nhiều ngày không thấy Xiôncôpxki đến lớp, bạn bè đi tìm. Đến nhà họ thấy anh đói lả giữa đám sách vở và chai lọ thí nghiệm.
Ngoài giờ học Xiôncôpxki đến thư viện đọc sách. Người cho mượn sách của thư viện, nguyên là một giáo viên và có tính thương người, đã chú ý ngay đến chàng trai gầy gò, da xanh tái vì thiếu máu. Anh ta đọc rất nhiều: thiên văn, sinh lí, sinh vật v.v... Mỗi khi đứng lên, anh ta loạng choạng muốn ngã. Trên khuôn mặt hốc hác của anh chỉ thấy đôi mắt âm ỉ một khát vọng không nguôi. "Anh ta đói, chắc thế...". Người cho mượn sách tốt bụng nghĩ như vậy. Và ông đã kín đáo giấu giữa cuốn sách trao cho Xiôncôpxki mượn một lát bánh mì kẹp xúc xích rẻ tiền. Ông ta còn định mua cho Xiôncôpxki một chiếc áo bành tô ấm vì thấy anh mặc áo mỏng manh nhưng anh đã khéo léo từ chối.
Cũng chính con người nhân hậu đó đã hướng Xiôncôpxki đi vào con đường chinh phục vũ trụ. Ông đã khích lệ Xiôncôpxki: “... Các vì sao tồn tại không phải chỉ để chiếu sáng lấp lánh và để cho con người tôn thờ, mà còn để cho con người chinh phục chúng, biến chúng thành những nơi cư trú...".

"Người mơ mộng xứ Caluga"

Năm 21 tuổi thi đỗ giáo học Xiôncôpxki được bổ nhiệm làm giáo viên tiểu học ở Caluga, một vùng quê hẻo lánh. Ngồi dạy học ở một vùng nghèo nàn lạc hậu dưới thời Nga hoàng "ông giáo trường làng" Xiôncôpxki vẫn sống như xưa: xuềnh xoàng, kham khổ và ông đã say mê lao vào công tác nghiên cứu khoa học, đã để óc tưởng tượng của mình bay lên đến tận các vì sao. Căn nhà của Xiôncôpxki đèn sáng thâu đêm. Từ đó lóe lên những luồng sáng chói lọi trong tiếng máy gầm và tiếng gió rít. Người ta thường gọi Xiôncôpxki là "người mơ mộng xứ Caluga", nhưng thực ra ông không phải chỉ có mơ mộng, mà còn dày công nghiên cứu về các bản thiết kế tên lửa, tính toán sáng tạo ra những công thức cơ bản về động lực học tên lửa.
Năm 1881 Xiôncôpxki gửi cho Hội Vật lí nước Nga công trình nghiên cứu đầu tay của ông về "Động lực học chất khí". Công trình của ông không được chấp nhận vì hai mươi tư năm trước đã có người bảo vệ một luận án có nội dung giống thế. Vài năm sau ông gửi tiếp một công trình nghiên cứu khác. Sau nhiều ngày chờ đợi ông được trả lời: "Rất tiếc, một luận văn tương tự vừa được công bố".
Nhưng ông không hề nản chí và tiếp tục nghiên cứu, tính toán. Và công thức tính toán tốc độ của tên lửa khi rời bệ phóng thường được gọi là "công thức Xiôncôpxki" ngày nay vẫn còn là một công thức chủ yếu cho các kĩ sư thiết kế tên lửa.
Trước thời Xiôncôpxki đã từng có tên lửa và có người nghiên cứu về tên lửa, nhưng đều là tên lửa dùng chất đốt rắn, tức là thuốc súng. Xiôncôpxki đã chứng minh rằng dùng chất đốt rắn không thể nào đi xa và nhanh được, và lần đầu tiên ông đã đề ra ý kiến dùng chất đốt lỏng như hiđrô lỏng, dầu hỏa, rượu, mê tan lỏng đốt bằng ôxi lỏng, và đã lập ra những bản đề án tên lửa dùng chất đốt lỏng. Ông cũng đã chứng minh rằng dùng tên lửa một tầng không thể phóng vệ tinh nhân tạo hay đưa con người bay vào vũ trụ được, mà phải dùng tên lửa nhiều tầng.
Năm 1891 Xiôncôpxki đệ trình lên Hội đồng khoa học toàn nước Nga đề án chế tạo khí cầu bằng kim loại. Khí cầu do ông thiết kế có thể điều khiển độ cao và hướng bay. Không ai tìm ra sai sót trong đề án của Xiôncôpxki. Cũng không ai ủng hộ ông vì ý kiến đó mới quá và táo bạo quá! Cuối cùng nó chịu chung số phận với hai công trình nghiên cứu đầu tiên của ông : xếp trong tủ hồ sơ lưu trữ. Có người còn giễu cợt ông: "một khối sắt cục mịch lại có thể bay như chim. Người đâu mà kì quặc thế!".
Chín năm sau, năm 1900, chiếc khí cầu kim loại đầu tiên của loài người ra đời mang tên Déppơlanh. Khí cầu này không hơn khí cấu do Xiôncôpxki thiết kế. Vinh quang đó đáng lẽ thuộc về Xiôncôpxki!
Xiôncôpxki là một người hoàn toàn tự học. Nhờ ý chí phi thường, ông mới có thể nghiên cứu khoa học trong một hoàn cảnh khốn khổ như vậy.
Trên con đường gập ghềnh của người phát minh, Xiôncôpxki lúc đầu mò mẫm tìm ra những cái mọi người đã biết từ lâu. Rồi ông khám phá ra cái người ta vừa mới biết. Cuối cùng ông phát minh ra cái mới.

Người sáng lập ngành du hành vũ trụ

Khoảng không bao la quanh Trái Đất có những gì? Con người có tới đó được không?
Đó là nguồn gốc những cuộc tranh cãi triền miên kéo dài hàng ngàn năm giữa các bậc hiền triết, các nhà khoa học.
Xiôncôpxki đã tìm ra lời giải của bài toán hóc hiểm đó. Ông dẫn ra những bằng cớ khoa học và táo bạo khẳng định: con người có đầy đủ khả năng chinh phục vũ trụ, ông báo trước những tai biến sẽ gặp khi con người rời chiếc nôi là Trái Đất: sự tăng trọng lượng, sự mất trọng lượng, sự phát nhiệt mãnh liệt khi con tàu vũ trụ cọ sát vào lớp khí quyển dày đặc, những "tia chết" rình mò các nhà du hành khi họ không còn được bảo vệ bởi lớp áo giáp bao quanh Trái Đất, những tảng thiên thạch bay với tốc độ khủng khiếp có thể làm nổ tung những con tàu vũ trụ kiên cố nhất...
Xiôncôpxki không chỉ báo trước. Ông tìm cách chế ngự tai biến. Ông chế tạo máy li tâm để nghiên cứu ảnh hưởng của sự tăng trọng lượng đối với cơ thể. Ông xây dựng mô hình những con tàu nhiều lớp vỏ đủ sức chống lại sự phát nhiệt mãnh liệt khi cọ sát với không khí. Ông thiết kế những bộ phận áo giáp dành cho các nhà du hành. Ông đề xướng phương án dùng thực vật để lọc không khí và xử lí chất thải trong con tàu vũ trụ. Ông đã tìm ra nguồn năng lượng vô tận cung cấp cho các con tàu, năng lượng Mặt Trời,...
Xiôncôpxki đặc biệt chú ý đến phương tiện giúp con người vượt qua khoảng chân không tuyệt đối. Ông thiết kế để án tên lửa nhiều tầng dùng nhiên liệu lỏng. Nhờ có Xiôncôpxki chiếc "pháo thăng thiên" đã trở thành một phương tiện mạnh mẽ đưa con người bay tới vì sao. Khi xây dựng lí thuyết tên lửa Xiôncôpxki đã bổ sung một chương mới cho cơ học.
Tác phẩm nổi tiếng của Xiôncôpxki xuất bản năm 1903 nhan đề "Thám hiểm khoảng không vũ trụ bằng các động cơ phản lực" có thể xem là tác phẩm kinh điển của khoa học du hành vũ trụ. Ngoài ra ông còn để lại nhiều tác phẩm khác như "khoảng không gian tự do" (1883), "con tàu vũ trụ" (1924), "Tên lửa vũ trụ" (1927), "Tên lửa vũ trụ nhiều tầng" (1929), "Tốc độ tối đa của tên lửa" (1935) v.v...
Gần một nửa thế kỉ sau, khi khoa học chinh phục vũ trụ phát triển, các nhà khoa học kinh ngạc về sự đúng đắn phi thường của Xiôncôpxki. Bức tranh vũ trụ ông phác họa theo trí tưởng tượng khoa học rất khớp với quang cảnh các nhà du hành nhìn thấy khi bay trên các con tàu vũ trụ. Những dự đoán và đề án thiên tài của Xiôncôpxki trở thành nền móng của khoa học chinh phục vũ trụ của Liên Xô và thế giới. Bằng con đường do Xiôncôpxki khai phá, một công dân Xô Viết đã là người đầu tiên bay vào vũ trụ.
Xiôncôpxki bắt đầu nghiên cứu sáng tạo từ thời Nga hoàng, nhưng trước Cách mạng Tháng Mười những công trình nghiên cứu của một ông giáo nông thôn không có học vị, không có địa vị xã hội đã bị coi rẻ, ít người chú ý đến. Trong những năm tháng bị vùi dập, ông đã phải thốt lên cay đắng:
"... Làm việc một mình, không có người nâng đỡ, không một tia hi vọng, thật đau khổ..."
"... Chỉ có thực tiễn mới chứng minh được sự suy đoán của tôi.Nhưng bao giờ mới có ngày ấy..."
Ngày Xiôncôpxki mong đợi đã đến.
Nước Nga Xô Viết còn trứng nước, nghèo và đói, đã đánh giá đúng tài năng của Xiôncôpxki. Chính phủ nhân dân quyết định trợ cấp cho ông, giúp đỡ ông mọi sự dễ dàng trong việc nghiên cứu và xuất bản các công trình đã hoàn thành. Lúc đó ông đã sáu mươi tuổi nhưng tinh thần sáng tạo hết sức táo bạo và tài năng biểu hiện ngày càng rực rỡ. Hơn sáu mươi công trình nghiên cứu khoa học của ông được xuất bản. Nhiều tác phẩm được dịch ở nước ngoài.
Xiôncôpxki chết ngày 19-4-1935 tại Caluga, thọ 78 tuổi. Trước khi chết, ông đã viết thư cho Ban chấp hành trung ương Đảng Cộng sản Liên Xô, trong đó có đoạn viết : "... Tất cả cuộc đời tôi, tôi ước mơ dùng hết khả năng của mình để làm cho nhân loại tiến lên, nhưng trước cách mạng, ước mơ của tôi không thể thực hiện được. Chỉ có Cách mạng Tháng Mười mới công nhận công trình của một người tự học, chỉ có chính quyền Xô Viết và Đảng cộng sản mới giúp đỡ tôi một cách có hiệu quả...
... Tôi nhượng lại tất cả những công trình của tôi về máy bay, tên lửa và du hành vũ trụ cho Đảng cộng sản và chính quyền Xô Viết là những người thực sự làm cho loài người tiến bộ. Tôi tin rằng họ sẽ đưa công trình của tôi đến kết quả tốt đẹp".
Sự nghiệp mà Xiôncôpxki bỏ dở đã được thế hệ các nhà bác học trẻ Liên Xô kế tục một cách xứng đáng. Tên tuổi ông trở thành niềm kiêu hãnh của những người Xô Viết trong công cuộc chinh phục vũ trụ.