Lịch sử Quang học - Phần 6 | Thư Viện Vật Lý

1834 - 1866

Vào giữa những năm 1800, lí thuyết sóng ánh sáng đã được xác lập chắc chắn và các phép đo tốc độ ánh sáng ngày một chính xác hơn. Tuy nhiên, sự hiểu biết về bản chất của ánh sáng, đặc biệt là nó truyền đi như thế nào qua những khoảng không gian mênh mông, vẫn chưa có một lời giải thích thỏa đáng. Thật kì lạ, chính một lĩnh vực vật lí khác đã làm cách mạng hóa lí thuyết ánh sáng, đó là nghiên cứu về điện học và từ học.

Camera Daguerre (khoảng 1841)

Michael Faraday, một nhà hóa học và vật lí học người Anh, là người đầu tiên sử dụng từ trường để tạo ra một dòng điện, đưa ông đến chỗ lí thuyết hóa rằng lực từ và lực điện là những mặt khác nhau của một lực. Ông còn cho rằng ánh sáng có lẽ là một mặt khác nữa của lực này. James Clerk Maxwell, nhà toán học và vật lí học người Scotland, kế thừa các quan điểm của Faraday và nêu ra một lí thuyết điện từ thống nhất vào năm 1865, lí thuyết tiên đoán sự tồn tại của một hiện tượng mới: sóng điện từ.

Maxwell dự đoán rằng những sóng mới này sẽ truyền đi ở tốc độ gần bằng tốc độ của ánh sáng. Không tin rằng đây là một sự trùng hợp ngẫu nhiên, ông dự đoán các thí nghiệm sẽ cho thấy ánh sáng là một dạng sóng điện từ. Bằng chứng thực nghiệm cho những tiên đoán của Maxwell sẽ xuất hiện vào cuối thế kỉ.

Một phát triển khác trong sự nghiên cứu về ánh sáng trong thời kì này là sự ra đời của quang phổ, nghiên cứu quang phổ ánh sáng. Vào giữa thế kỉ, các nhà khoa học đã biết rằng quang phổ thu từ một nguồn sáng nhất định có chứa nhiều thông tin về thành phần hóa học của nó. Các thí nghiệm do nhà vật lí người Đức Gustav Kirchhoff thực hiện cho thấy mỗi nguyên tố, khi bị nung nóng đến cháy sáng, phát ra một màu ánh sáng đặc trưng. Khi ánh sáng đó bị tách thành những bước sóng thành phần của nó khi đi qua lăng kính, thì mỗi nguyên tố biểu hiện một phổ đặc trưng. Điều này khiến người ta có thể sử dụng phép phân tích phổ để nhận dạng thành phần hóa học của các chất.

Năm 1861, Kirchhoff và một nhà vật lí khác, Robert Bunsen, chứng minh rằng các nguyên tố chất khí sẽ hấp thụ những bước sóng ánh sáng đặc biệt. Điều này giải thích các vạch tối bí ẩn (các vạch Fraunhofer) trong quang phổ của mặt trời và có nghĩa là người ta có thể nhận dạng thành phần hóa học của những vật thể ở xa như mặt trời và những ngôi sao khác.

Năm 1839 chứng kiến sự hình thành của ngành nhiếp ảnh với hai nhà tiên phong. Họa sĩ người Pháp Louis Daguerre đã cải tiến các kĩ thuật do Joseph Niepce phát triển và khai sinh ra nhiếp ảnh, hay kĩ thuật “ảnh chụp Daguerre”, trên các tấm bạc hoặc tấm đồng tráng bạc. Kĩ thuật này cho chất lượng ảnh tốt, thời gian phơi sáng lâu và mỗi lần phơi sáng chỉ có thể thực hiện một bản sao. Cũng thời gian này, William Talbot, một nhà hóa học người Anh, phát minh ra một quá trình nhiếp ảnh khác sử dụng giấy đã xử lí với chất liệu nhạy sáng. Kết quả là một âm bản nhiếp ảnh, cái sau đó có thể dùng để tạo ra nhiều bản in sao – một tiện ích hết sức lớn. Chất lượng ảnh chụp không tốt như kiểu Daguerre và thời gian phơi sáng lâu, nhưng Talbot đã cải tiến kĩ thuật của ông vào năm 1840, giảm đáng kể thời gian phơi sáng. Mặc dù kiểu Daguerre được sử dụng trong nhiều năm trời, những cuối cùng thì âm bản nhiếp ảnh và kĩ thuật in sao đã tự khẳng định là một phương pháp nhiếp ảnh chủ đạo.

Kính hiển vi giữa những năm 1800 và các phụ tùng

Trong những năm giữa thế kỉ 19, các dụng cụ quang dùng cho kính hiển vi và kính thiên văn tiếp tục được cải tiến về chất lượng, số lượng và tính dễ sử dụng của những thiết bị này. Trong khi nhiều nhà thiên văn mài những thấu kính của riêng họ và chế tạo những chiếc kính thiên văn của riêng họ, thì các kính hiển vi chất lượng đã được sản xuất thương mại. Vào thập niên 1850, ở Anh và châu Âu, mọi người đã có thể lựa chọn rộng rãi việc sử dụng kính hiển vi. Kính hiển vi thương mại không được sản xuất ở nước Mĩ trước những năm 1840, nhưng nền công nghiệp mới nhanh chóng làm cho những chiếc kính hiển vi chất lượng tốt tiện nghi hơn và phổ biến hơn đối với các nhà khoa học người Mĩ. Sự cách tân đáng kể nhất đối với kính hiển vi trong thời gian này là kĩ thuật dầu nhũ tương. Do Giovanni Battista Amici nghĩ ra vào năm 1840, kĩ thuật tăng cường độ phân giải bằng cách dìm vật đang nghiên cứu trong một môi trường có chiết suất cao hơn chiết suất của không khí.

1834 – 1866

1838	Charles Wheatstone (Anh) mô tả lí thuyết sự nhìn lập thể và chiếc kính nhìn nổi do ông phát minh ra trước Hội Hoàng gia.
1839	Kĩ thuật nhiếp ảnh thô của Niepce (1822) được trau chuốt bởi người đồng nghiệp của ông, một họa sĩ tên gọi là Louis-Jacques-Mandé Daguerre (Pháp). Daguerre đã chụp được những hình ảnh đẹp, sử dụng phim đồng tráng bạc đã xử lí một hóa chất nhạy sáng chất lượng tốt hơn.
1839	William Talbot (Anh) phát minh ra một quá trình nhiếp ảnh sử dụng giấy tráng một hóa chất nhạy sáng. Phơi sáng thông qua một buồng tối, tạo ra một âm bản từ đó có thể rọi thành nhiều bản sao. Vào cuối năm này, Talbot tình cờ phát hiện ra hiện tượng ảnh ngầm, sự sắp xếp không nhìn thấy của các tinh thể bạc halide trên một miếng phim. Điều này làm giảm đáng kể thời gian phơi sáng từ một giờ xuống còn ba phút. Talbot đặt tên cho quá trình nhiếp ảnh đã cải tiến là calotype.
1840	John Herschel (Anh) phát hiện các vạch phổ Fraunhofer trong vùng hồng ngoại, vùng phổ mà cha của ông, William, đã phát hiện ra trước đó 40 năm.
1840	Pierre Louis Guinaud (Thụy Sĩ) phát triển một phương pháp chế tạo thủy tinh quang tính đồng nhất.
1840	Giovanni Battista Amici (Italy) giới thiệu kĩ thuật dầu nhũ tương dành cho kính hiển vi. Kĩ thuật này làm giảm tối thiểu sự quang sai bằng cách dìm vật đang nghiên cứu vào một màng dầu.
1842	Alexandre Edmond Becquerel (Pháp) chụp ảnh quang phổ của mặt trời, sử dụng một khe nhỏ, một lăng kính thủy tinh flint, và một thấu kính để hội tụ ảnh lên trên một phim chụp Daguerre. Ảnh chụp thể hiện các vạch phổ Fraunhofer của quang phổ mặt trời, từ vùng đỏ cho đến vùng tử ngoại.
1842	Christian Johann Doppler (Áo) đề xuất rằng tần số quan sát được của ánh sáng và sóng âm phụ thuộc vào nguồn và người quan sát chuyển động tương đối với nhau như thế nào.
1845	Michael Faraday (Anh) định rõ một hiệu ứng quan sát thấy khi mặt phẳng của ánh sáng phân cực đi qua thủy tinh đặt trong một từ trường quay đi. Cuối cùng thì đây được gọi là hiệu ứng Faraday.
1845	William Rosse, bá tước đệ tam xứ Rosse, hoàn tất việc xây dựng chiếc kính thiên văn phản xạ quang học 72-inch Lâu đài Birr ở Parsonstown, Ireland.
1846	Trong một bài giảng trước công chúng, nhà vật lí/hóa học Michael Faraday (Anh), người xác lập rằng điện và từ là hai mặt của cùng một lực, trình bày rằng ánh sáng có thể là một dạng khác nữa của lực này.
1847	Maria Mitchell (Mĩ) là người đầu tiên phát hiện ra một sao chổi “thiên văn”, một sao chổi chỉ có thể quan sát thấy qua kính thiên văn, chứ mắt trần không trông thấy.
1849	Armand-Hippolyte-Louis Fizeau (Pháp) là người đầu tiên xác định bằng thực nghiệm một giá trị khá chính xác cho tốc độ ánh sáng. Thí nghiệm của ông sử dụng một bánh xe quay và một gương cố định đặt cách đấy vài dặm để đo xem ánh sáng truyền đi nhanh như thế nào từ nguồn sáng đến gương và phản hồi trở lại.
1849	Henry Clifton Sorby (Anh) sử dụng kính hiển vi phân cực lần đầu tiên khảo sát các mẫu đá.
1849	David Brewster (Scotland) phát triển một mô hình kính nhìn nổi, dụng cụ dùng để xem các bản in nổi sẽ trở nên phổ biến trong các phòng hội họa thời kì Victoria.
1850	Jean-Bernard-Leon Foucault (Pháp) đo tốc độ ánh sáng là 298.000 km/s bằng phương pháp gương quay. Cũng trong năm này, sử dụng phương pháp này, ông tìm thấy tốc độ ánh sáng trong nước khác với tốc độ ánh sáng trong không khí.
1854	George Gabriel Stokes (Anh) nêu lí thuyết giải thích các vạch phổ Fraunhofer trong quang phổ mặt trời. Stokes cho rằng những vạch phổ này là do bởi các nguyên tử có trong những lớp ngoài cùng của mặt trời hấp thụ những bước sóng nhất định, nhưng ông không phát triển hoặc công bố lí thuyết của mình.
1855	Giovanni Amici trình diễn các thấu kính dìm trong nước dùng cho kính hiển vi.
1855	David Alter (Mĩ) mô tả quang phổ của hydrogen và những chất khí khác.
1959	Armand Fizeau (Pháp) xác định rằng tốc độ của ánh sáng trong nước bị ảnh hưởng bởi dòng chảy.
1859	Julius Plücker và Johann Hittorf (Đức) phát hiện thấy tia cathode bị uốn cong dưới tác dụng của một nam châm.
1861	James Clerk Maxwell tạo ra bức ảnh chụp màu đầu tiên bằng cách chụp ảnh qua các bộ lọc màu đỏ, vàng và xanh lam, sau đó kết hợp các ảnh lại với nhau.
1861	Robert Wilhelm Bunsen và Gustav Kirchoff (Đức) kết luận từ những thí nghiệm của họ rằng các vạch Fraunhofer trong quag phổ mặt trời là do sự hấp thụ ánh sáng bởi các nguyên tử thuộc những nguyên tố khác nhau có mặt trong khí quyển của mặt trời.
1865	James Clerk Maxwell xác định bằng phương pháp toán học rằng sóng điện từ truyền đi ở tốc độ của ánh sáng. Ông không tin đây là một sự trùng hợp nhẫu nhiên và kết luận rằng ánh sáng là một dạng sóng điện từ. Kết quả này xác nhận quan điểm của Michael Faraday (1846) nhưng vẫn đòi hỏi có bằng chứng thực nghiệm.