Những con số làm nên vũ trụ - Phần 10

Albert Michelson – Người đo tốc độ ánh sáng

Các họa sĩ qua nhiều thời đại đều khai thác ánh sáng theo những kiểu nổi bật và ấn tượng: Tintoretto, de la Tour, O’Keefe (người đã di cư đến New Mexico để có thể đưa thứ ánh sáng độc đáo của nó vào trong tranh vẽ của bà), Kinkade (người hiện nay tự xưng là “Họa sĩ Ánh sáng”). Nhưng không ai có khẳng định lớn tiếng sử dụng ánh sáng làm một môi trường hơn so với Albert Michelson, người Mĩ đầu tiên giành Giải Nobel – giải thưởng được trao, như một lá thư đề cử từ giáo sư William Pickering thuộc trường Harvard đã nêu, “cho công trình vĩ đại của ông trong việc xác định Vận tốc Ánh sáng và những ứng dụng đa dạng của ông của sự giao thoa ánh sáng”.

Con đường dẫn tới Giải Nobel của Michelson, và con đường dẫn tới nghiên cứu ánh sáng của ông, có phần khúc khuỷu. Ông chào đời ở thị trấn nhỏ Strzelno thuộc đất nước Ba Lan. Gia đình của Michelson di cư sang Mĩ, tới thành phố Virginia, bang Nevada, qua con đường New York và California. Khi còn trẻ, Michelson đã là một ngôi sao, ông đã giành được sự đề cử vào Viện Hàn lâm Hải quân Mĩ ở Annapolis, Maryland.

Ông có được bổ nhiệm hay không thì đó là một câu chuyện khác. Đó là một kỉ nguyên khác rồi. Michelson đến Washington dự phỏng vấn lần cuối, nơi đó ông tự giới thiệu mình với người phỏng vấn – không ai khác ngoài Ulysses S. Grant, tổng thống nước Mĩ khi đó. Grant lắng nghe chăm chú Michelson trình bày trường hợp của mình, nhưng ông đã buồn rầu kết thúc buổi phỏng vấn, từ chối Michelson, với lí do rằng chỉ có mười chỗ làm chính thức và mười chỗ đó đã có người rồi. Grant khuyên chàng Michelson đang thất vọng ra mặt rằng nên đến Annapolis và chờ xem có người nào trong số mười ứng cử viên kia tỏ ra không thể đảm nhận sự bổ nhiệm hay không. Michelson đã chờ ba ngày, nhưng chẳng ích gì. Thất vọng và nhục chí, ông bắt xe lửa trở về Nevada – và khi ông ra ga, ông nghe có người gọi tên mình. Đó là một người đưa tin từ Nhà Trắng. Grant cảm thấy ấn tượng với Michelson đến mức ông đã phá lệ và quyết định bổ sung thêm chỗ làm chính thức thứ 11 dành cho anh.

Đúng là có phần may mắn, nhưng sự nghiệp của Michelson tại Viện Hàn lâm Hải quân vẫn còn bao phen sóng gió nữa. Ông xếp hạng nhất hoặc gần như dẫn đầu bảng ở các môn lí thuyết như quang học và nhiệt động lực học, nhưng xếp gần cuối bảng ở môn điều khiển tàu biển – môn học người ta ngỡ rằng sẽ là thiết yếu đối với một viên chức hải quân chuyên nghiệp. May mắn thay, sau một thời gian làm sinh viên hải quân, ông đã tránh được biển cả, trở thành một trợ giảng vật lí và hóa học tại Viện Hàn lâm Hải quân.

Chính một viện sĩ thâm niên tại viện hàn lâm, William Sampson, đã khiến Michelson quan tâm đến ánh sáng. Michelson lên lịch dạy một khóa học cao cấp về vật lí, và Sampson đề nghị ông bắt đầu khóa học với một kĩ thuật sư phạm mới: minh chứng giảng dạy. Sampson nghĩ rằng phương pháp xác định tốc độ ánh sáng bằng gương quay của Foucault sẽ là một minh chứng tuyệt vời, và quan điểm này đã cộng hưởng với Michelson, ông đã từng gặp thí nghiệm này; thật vậy, đó chính là một câu hỏi trong bài thi vật lí cuối khóa của ông.

Trong minh chứng đó, Michelson nhận thấy thí nghiệm của Foucault có một chỗ hở (thiếu sót đó cũng được nêu ra bởi nhà vật lí người Pháp Alfred Cornu). Khoảng chia cách giữa các gương của Foucault quá nhỏ nên chùm tia phản hồi bị dịch chưa tới một mili mét, thành ra sai số trong phép đo có ảnh hưởng lớn không tương xứng với vận tốc tính được. Michelson nhận ra rằng việc tăng khoảng cách giữa các gương sẽ cải thiện đáng kể độ chính xác của phép đo, khi thay một trong các gương của Foucault bằng một gương phẳng. Michelson còn nhận ra cái đẹp của thí nghiệm và khả năng mang lại một sự cải thiện đáng kể ở kết quả cuối cùng nên ông đã chi mười đô la để mua cái gương đó. Michelson thí nghiệm đó mười lần, lấy trung bình kết quả, và kết luận rằng tốc độ ánh sáng là 186.508 dặm trên giây.

Những cải tiến thêm nữa xuất hiện không bao lâu sau đó. Vài năm trước đó, Michelson đã cưới Margaret Heminway, con gái của một luật gia New York giàu có. Cha vợ của ông đã chi 2000 đô la cho Viện Hàn lâm Hải quân trang bị thiết bị cho phép Michelson trau chuốt những phép đo của ông, và vài năm sau ông đã đi tới con số 186.355 ± 31 dặm trên giây.

Sự quan tâm của Michelson đối với ánh sáng theo ông suốt cuộc đời. Các tiến bộ công nghệ, trong đó có một giao thoa kế do ông phát minh ra vì mục đích cải tiến phép đo những khoảng cách rất nhỏ, không những cho phép ông tiếp tục cải thiện kết quả của mình, mà còn dẫn tới một thí nghiệm sẽ có tác động rõ rệt đối với sự phát triển của vật lí học.

Những con số làm nên vũ trụ