Lịch sử Quang học - Phần 7 | Thư Viện Vật Lý

1867-1899

Nghiên cứu Lí thuyết Điện động lực học của James Clerk Maxwell trở thành động lực chính trong lĩnh vực vật lí thực nghiệm trong phần ba cuối của thế kỉ thứ 19. Năm 1884, nhà vật lí người Đức Heinrich Hertz làm sáng tỏ lí thuyết của Maxwell, sử dụng một phương pháp khác suy luận ra một hệ phương trình mới. Vì các phương trình của Hertz khó hiểu, nên nó ít được các nhà vật lí khác ủng hộ.

Đèn điện Edison (khoảng 1879)

Cái quan trọng cần kiểm tra là xác định xem sóng điện từ có truyền đi ở tốc độ ánh sáng như Maxwell tiên đoán hay không. Từ năm 1885 đến 1889, Hertz đã tiến hành một loạt thí nghiệm chứng minh lí thuyết đó. Năm 1888, ông chứng minh rằng điện có thể truyền đi dưới dạng sóng điện từ, chúng thật sự truyền đi ở tốc độ ánh sáng, và giống như các sóng ngang đã biết (như ánh sáng và nhiệt) chúng có thể hội tụ, phân cực, phản xạ và khúc xạ. Trong các thí nghiệm của ông, Hertz đã tình cờ quan sát thấy hiệu ứng quang điện, một hiện tượng trong đó những kim loại nhất định trở nên bị nhiễm điện khi phơi ra trước ánh sáng. Mặc dù ông không tiếp tục nghiên cứu về nó, nhưng các nhà khoa học khác đã làm và vào đầu thế kỉ mới, nó đã khai sinh ra một cuộc cách mạng mới nữa về lí thuyết ánh sáng.

Với sự chấp thuận lí thuyết sóng của ánh sáng, các nhà khoa học giả định rằng ánh sáng truyền xuyên qua không gian, cho nên phải có một môi trường nào đó để mang sóng. Môi trường này, gọi là ê te, được cho là thấm đẫm toàn bộ không gian và nhanh chóng trở thành đề tài nghiên cứu khi khoa học phát triển những công cụ phức tạp hơn. Để đo tốc độ của Trái đất khi nó chuyển động trong ê te, Albert Michelson, một nhà vật lí người Mĩ gốc Đức, đã phát minh ra một dụng cụ gọi là giao thoa kế. Dụng cụ được thiết kế để chia tách một chùm ánh sáng thành hai chùm, gửi hai chùm đi theo những đường vuông góc nhau, rồi sau đó cho chúng gặp nhau. Từ hình ảnh giao thoa của những chùm gặp nhau trở lại đó, ông có thể thực hiện những phép đo chính xác, so sánh được tốc độ của những tia sáng tách li nhau đó.

Giao thoa kế Michelson-Morley

Trước sự bất ngờ của ông, các kết quả không thể hiện một sự thay đổi nào về tốc độ giữa hai chùm ánh sáng. Nếu có ê te, thì phải có một sự chênh lệch tốc độ giữa chúng. Ông thử lại lần nữa với thiết bị cải tiến và một cộng tác viên, nhà vật lí người Mĩ Edward Morley, và một lần nữa không thể tìm được bằng chứng cho thấy Trái đất đang chuyển động trong ê te. Trước sự ngạc nhiên của mọi người, không gian dường như chủ yếu là trống rỗng, khiến người ta tự hỏi, “Làm thế nào sóng ánh sáng truyền được trong chân không?”

Trong khi đó, các nhà khoa học và nhà phát minh đang cố gắng truyền tải sóng điện từ trong khí quyển. Trong khi Hertz đã thành công trong việc tạo ra và thu nhận sóng vô tuyến trong các thí nghiệm của ông hồi giữa thập niên 1880, thì nó chỉ truyền đi được một khoảng cách ngắn. Năm 1892, Nikola Tesla đi tới một thiết kế cơ bản cho radio. Bốn năm sau đó, năm 1896, kĩ sư điện người Italy Guglielmo Marconi đã thành công trong việc truyền một tín hiệu vô tuyến đi xa 2,4 km. Trong vòng vài năm, tín hiệu vô tuyến đã được truyền phát và thu nhận ở khoảng cách lên tới 322 km.

Máy thu không dây (khoảng cuối những năm 1800)

Trong thời kì này, lĩnh vực hiển vi học và quang phổ học tiếp tục phát triển. Mặc dù kính hiển vi vẫn tiếp tục được cải tiến, nhưng Ernst Abbe đã làm hồi sinh lĩnh vực quang học khi ông phát triển một lí thuyết chi tiết về sự tạo ảnh (1873). Phát minh ra phim cuộn của George Eastman (1885) đưa ngành nhiếp ảnh vào đôi tay của công chúng vào cuối thế kỉ và các nhà phát minh bắt đầu đưa các hình ảnh vào chuyển động.

1867 – 1899

1868	William Huggins (Anh) phát triển một cách tân đối với việc sử dụng quang phổ học trong thiên văn học. Ông là người đầu tiên đo vận tốc xuyên tâm (chuyển động theo đường nhìn) của một ngôi sao bằng cách đo độ lệch Doppler của các vạch phổ của nó.
1871	John William Strutt, Ngài Rayleigh (Anh), đưa ra lời giải thích toán học lí giải sự tán xạ hạt làm cho bầu trời có màu xanh.
1872	Bausch & Lomb bắt đầu sản xuất kính hiển vi.
1872	Henry Draper (Mĩ) là người đầu tiên chụp ảnh quang phổ của một ngôi sao (sao Vega).
1873	Ernst Abbe (Đức) nêu ra một lí thuyết chi tiết của sự tạo ảnh trong kính hiển vi. Ông liên hệ bước sóng của ánh sáng dùng để chiếu sáng và khe hở của kính hiển vi với khả năng của nó phân giải những cấu trúc nhỏ trong các mẫu vật hiển vi.
1875	John Kerr (Scotland) phát hiện thấy những chất liệu nhất định trở nên bị khúc xạ kép khi đặt trong những vùng bị ảnh hưởng bởi điện trường mạnh.
1876	Trong khi Abbe làm thí nghiệm với các hiệu ứng nhiễu xạ trên sự tạo ảnh, ông phát hiện thấy nếu bạn hiệu chỉnh toàn bộ quang sai của thấu kính, thì độ phân giải thật sự sẽ gần bằng giá trị độ phân giải lí thuyết cực đại. Ông đề xuất các lí thuyết khác nhau nhằm cải tiến thiết kế kính hiển vi hiện có.
1878	Ernst Abbe và Carl Zeiss chế tạo vật kính nhúng dầu cải tiến.
1879	Thomas Alva Edison (Mĩ) phát minh ra bóng đèn điện.
1879	Marie-Alfred Cornu (Pháp) cải tiến phép đo tốc độ ánh sáng và thực hiện một nghiên cứu nhiếp ảnh của bức xạ trong vùng tử ngoại.
1880	Alexander Graham Bell (Mĩ) phát minh ra máy phát âm bằng ánh sáng, một dụng cụ truyền thông sử dụng ánh sáng mặt trời phản xạ thay cho dây dẫn để truyền tải các tín hiệu điện.
1881	Một kĩ sư người Mĩ, William Wheeler, đăng kí cấp bằng sáng chế cho một hệ thống ống phản xạ nội dẫn ánh sáng từ một nguồn mạnh trung tâm đến các vị trí trong tòa nhà. Dạng thắp sáng này lúc ấy là phi thực tế và bóng đèn trở thành phương pháp chiếu sáng nhân tạo thực tiễn hơn.
1881	Étienne-Jules Marey (Pháp) phát minh ra “súng ảnh”, camera ảnh động cầm tay đầu tiên của thế giới. Dụng cụ sử dụng một tấm kính ảnh thủy tinh quay để chụp 12 hình liên tiếp trong một giây.
1881	Frederick Ives (Mĩ) phát minh và đăng kí cấp bằng sáng chế cho quá trình khắc ảnh bán sắc có thể tái tạo ảnh chụp theo phương pháp tương tự như in chữ.
1881	Albert Abraham Michelson (Mĩ) phát minh ra giao thoa kế và thực hiện những thí nghiệm đầu tiên của ông nhằm xác định tốc độ của Trái đất khi nó chuyển động trong môi trường ê te giả định.
1882	Lewis Latimer (Mĩ) phát triển và đăng kí sáng chế một quá trình sản xuất sợi carbon hiệu quả dùng cho bóng đèn nóng sáng.
1884	Nhà vật lí Heinrich Hertz (Đức) sử dụng một phương pháp mới suy luận ra các phương trình cho Lí thuyết Điện động lực học của Maxwell, làm sáng tỏ lí thuyết ấy và xác định tốt hơn mối liên hệ giữa điện trường và từ trường.
1884	Kĩ sư người Đức Paul Nipkow đăng kí cấp bằng sáng chế cho ý tưởng của ông cho một hệ thống truyền hình điện cơ hoàn chỉnh. Bộ phận chính là đĩa Nipkow, một đĩa quay có các lỗ xếp thành hình xoắn ốc giúp nó có thể quét và truyền các hình ảnh đang chuyển động bằng cơ chế điện.
1885	Nhà vật lí Henry Rowland (Mĩ) hoàn thành một chiếc máy có thể khắc 20.000 vạch trên một inch cho các cách tử nhiễu xạ. Ông sử dụng nó khắc các cách tử trên những mặt cầu lõm, loại bỏ nhu cầu dùng thêm thấu kính và gương trong máy quang phổ, cho phép các phép đo chính xác hơn.
1885	Johann Jakob Balmer (Thụy Sĩ), một nhà toán học và là giáo viên phổ thông, công bố một công thức đơn giản tiên đoán vị trí của các vạch phổ của hydrogen (“dãy Balmer”).
1885	S Andromeda là sao siêu mới đầu tiên (SN 1885A) được phát hiện và nghiên cứu trong thời hiện đại.
1885	George Eastman (Mĩ) bắt đầu bán ra thị trường phim chụp thương mại đầu tiên trên thế giới. Trong suốt và dễ uốn dẻo, nó được cắt thành những dây hẹp và quấn trên một con suốt để tiện sử dụng.
1886	Schott và Associates, Inc. sản xuất thấu kính tiêu sắc phức hiệu chỉnh tiêu sắc cho ba màu cùng lúc.
1886	Sau công trình nghiên cứu của người tiền bối của ông, Ernest Abbe, nhà hiển vi học Carl Zeiss chế tạo một chiếc kính hiển vi nhẹ với các thấu kính có khả năng phân giải hình ảnh ở giới hạn lí thuyết của ánh sáng nhìn thấy. Thành tựu này thực hiện thông qua việc sử dụng một chiếc kính hiển vi được hiệu chỉnh cả quang sai cầu lẫn sắc sai, áp dụng kĩ thuật rọi sáng Kohler với các thấu kính tụ sáng thích hợp và vật kính tiêu sắc phức.
1887	Albert Michelson và Edward W. Morley (Mĩ) công bố sau nhiều năm thí nghiệm đã đo được Trái đất chuyển động nhanh như thế nào trong môi trường ê te giả thuyết, từ đó kết luận không có bằng chứng nào cho một chất ê te thấm đẫm vũ trụ.
1887	Trong khi tiến hành các thí nghiệm điện từ học, Heinrich Hertz tình cờ phát hiện ra hiện tượng quang điện.
1888	Heinrich Hertz thực hiện một loạt thí nghiệm chứng minh lí thuyết sóng điện từ của James Clerk Maxwell (1865).
1891	W. K. Laurie Dickson tại Phòng thí nghiệm Thomas Edison (Mĩ) phát minh ra camera ảnh động phim celluloid đầu tiên, Kinetograph. Phim được trình chiếu với máy Kinetoscope, thiết bị được phát triển không bao lâu sau sự ra đời của Kinetograph.
1892	Nikola Tesla sáng tạo ra mẫu thiết kế cơ bản cho radio và nhận bằng sáng chế vào năm 1898 cho một con tàu điều khiển bằng radio.
1895	Thomas Edison nghiên cứu vài nghìn chất liệu, khảo sát khả năng phát huỳnh quang của chúng dưới sự chiếu xạ tia X. Ông kết luận rằng calcium tungstate là chất phát huỳnh quang hiệu quả nhất. Vào tháng 3 năm 1896, huỳnh quang nghiệm của ông sẽ là công cụ chuẩn dùng cho khảo sát tia X y khoa.
1895	Nhà vật lí Wilhelm Wien (Đức) nghiên cứu bức xạ vật đen và xác định mối liên hệ toán học giữa nhiệt độ của một vật và bức xạ mà nó phát ra. Các kết quả của ông cho thấy màu sắc của ngôi sao cho biết nhiệt độ của nó, chứ không cho biết nó đang tiến đến gần hay lùi ra xa Trái đất như Doppler đã nghĩ.
1896	Guglielmo Marconi (Italy) phát minh ra điện báo không dây và nhận bằng sáng chế cho nó ở London, yêu cầu cấp bằng sáng chế của ông ở Italy đã bị bác bỏ.
1897	Joseph John Thomson, một nhà vật lí người Anh, kết luận từ các thí nghiệm của ông rằng mọi vật chất đều chứa những hạt tích điện nhỏ xíu gọi là electron (ban đầu ông gọi chúng là tiểu thể - corpuscle).