Vật lí học và chiến tranh - Từ mũi tên đồng đến bom nguyên tử (Phần 25)

WILLIAM GILBERT

La bàn là dụng cụ dẫn đường chủ yếu của các nhà hàng hải. Thông thường, kim la bàn chỉ về hướng bắc, ngay phía sao Bắc Cực, Polaris, song ở trên biển các la bàn không đáng tin cậy. Thỉnh thoảng kim la bàn chỉ thẳng vào Polaris, nhưng đôi khi nó chỉ lệch đáng kể với Polaris, và dường như chẳng có lí do hợp lí nào giải thích cho sự lệch hướng đó. Chuyện gì không đúng? Vấn đề được nêu ra với William Gilbert, một bác sĩ lỗi lạc ở London.

Gilbert sinh năm 1544 và học tại trường St. John’s College, Cambridge. Ông lấy bằng y khoa vào năm 1569 và ra trường hành nghề y ở London. Khi vấn đề la bàn được nêu ra trước ông, ông hầu như chẳng biết gì về từ học, hay vật lí học nói chung. Hơn nữa, lúc ấy người ta hiểu rất ít về lực từ hay “hiệu ứng hổ phách”, như người ta gọi thế. Một số ý tưởng về việc tìm hiểu lực từ khi ấy có thể được thu lượm từ ý tưởng phổ biến đương thời cho rằng củ tỏi ảnh hưởng đến từ trường. Gilbert chứng minh rằng nó chẳng có ảnh hưởng gì.⁸

Khi Gilbert bắt đầu công trình của ông, bao gồm cả nghiên cứu và thực nghiệm, các tính chất cơ bản của đá nam châm (quặng sắt từ tình) đã được biết tổng thể, hiệu ứng hổ phách (hổ phách nhiễm điện khi cọ xát) đã được biết, và la bàn đã được các nhà hàng hải sử dụng trong nhiều năm. Ông sớm chỉ ra rằng trường “điện” gắn liền với hổ phách không giống với trường gắn liền với lực từ. Khi làm việc này bằng cách chứng minh rằng tác dụng điện của hổ phách biến mất khi nóng lên, còn từ trường thì không. Tất nhiên, ngày nay chúng ta biết rằng từ trường thật sự biến đổi khi có nhiệt dữ dội can thiệp vào.⁹

Gilbert còn phát minh ra versorium, dụng cụ gồm kim kim loại được nâng tự do và một đá nam châm tròn. Cái kim của nó chuyển động phản ứng hoặc theo điện trường hoặc từ trường, nên nó na ná như điện nghiệm hiện nay của chúng ta trong đó hai “tấm” kim loại nhỏ đẩy nhau ra khi được cấp điện tích giống nhau. Từ những dụng cụ của ông với dụng cụ đó, Gilbert đề xuất hợp lí rằng Trái Đất là một nam châm khổng lồ. Và chính từ trường của Trái Đất ảnh hưởng đến la bàn. Đặc biệt, ông chỉ ra rằng phân cực từ của Trái Đất giống với phân cực từ của thỏi nam châm. Cho đến thời ấy, đa số người ta tin rằng sao Bắc Cực bằng cách nào đó hút lấy kim la bàn. Ông tiếp tục chỉ ra rằng tâm Trái Đất được làm bằng sắt và, tất nhiên, ngày nay chúng ta biết đúng như vậy. Một tính chất quan trọng khác của lực từ mà ông phát hiện là nếu một nam châm bị cắt làm hai nửa, thì hai nửa đó vừa có cực bắc vừa có cực nam. Nói cách khác, chúng tạo ra những nam châm mới, nhỏ hơn, hoàn toàn y hệt.

Từ trường của Trái Đất

Từ trường của Trái Đất, theo góc nhìn của Gilbert.

Thời ấy, người ta cũng tin rằng các sao cư trú trên một quả cầu cố định quay xung quanh Trái Đất. Gilbert đề xuất rằng chính Trái Đất quay, chứ không phải các sao. Hơn nữa, ông không tin rằng các sao cư trú trên một quả cầu cố định. Và thật vậy, quả thật Trái Đất quay, và bây giờ người ta đã rõ vì sao các nhà hàng hải thỉnh thoảng gặp trục trặc với la bàn của họ. Như Gilbert chỉ rõ, trục từ của Trái Đất không khớp hoàn toàn với trục quay của nó. Bởi thế, có một hướng bắc đúng và một hướng bắc từ, và la bàn luôn luôn chỉ theo hướng bắc từ trong khi sao Bắc Cực chỉ xấp xỉ thẳng hàng với hướng bắc đúng. Vấn đề nghiêm trọng nhất là độ lệch, hay khoảng cách biểu kiến giữa hai cực, là khác nhau ở những điểm khác nhau trên Trái Đất. Thế nên người ta sớm hi vọng rằng các bảng số liệu cuối cùng có thể giúp các nhà hàng hải khắc phục vấn đề này. Một số người đã bắt tay vào nghiên cứu vấn đề, song các nhà hàng hải thời xưa không bao giờ sử dụng các bảng biểu một cách hiệu quả. Tuy nhiên, chí ít thì cuối cùng họ đã biết vì sao kim la bàn lại hành xử như thế.

Gilbert tập trung toàn bộ các kết quả của ông thành một quyển sách tựa đề là De Magnete, ông cho xuất bản vào năm 1600. Trong nhiều năm trời, nó là một công trình chuẩn về điện học và từ học. Bởi thế, Gilbert trở nên khá nổi tiếng: ông được bầu làm chủ tịch trường Cao đẳng Y Hoàng gia, và vào năm 1601 ông trở thành bác sĩ riêng cho Nữ hoàng Elizabeth I. Nhiều thuật ngữ ngày nay sử dụng trong điện học và từ học, thật vậy, là do Gilbert đặt: dòng điện, lực điện, lực hút điện, các cực từ. Bởi vậy, thỉnh thoảng Gilbert được nhắc tới là cha đẻ của điện học và từ học.

Ngày nay chúng ta biết rằng nếu cọ xát hổ phách với lông thú nó tạo ra cái chúng ta gọi là điện tích âm; tương tự, khi cọ xát thanh thủy tinh với vải lụa thì nó tích tụ điện tích dương. Các đường sức điện được cho là hướng ra xa điện tích dương và hướng vào điện tích âm. Đồng thời, có một lực giữa hai điện tích: một lực đẩy giữa hai điện tích cùng loại và một lực hút giữa hai điện tích khác loại. Và y hệt như một điện tích được bao quanh bởi một điện trường, một nam châm được bao quanh bởi một từ trường, với các đường sức từ được cho là hướng ra khỏi cực bắc và hướng vào cực nam. Một lần nữa, các cực từ giống nhau đẩy nhau ra và các cực từ khác nhau thì hút nhau.

Có rất ít, hoặc chẳng có, vũ khí chiến tranh nào được nghĩ ra từ các khám phá của Gilbert trong những năm tháng ngay sau khi ông tìm ra chúng, thế nhưng ngày nay chúng ta biết rằng công trình của ông là nền tảng cho mọi hiểu biết của chúng ta về điện từ học, bao gồm các dòng điện và mạch điện, và, do đó, phần lớn các dụng cụ trong thế giới hiện đại của chúng ta đều dựa trên công trình của Gilbert. Vì thế, rốt lại các khám phá của Gilbert có đóng góp lớn cho chiến tranh.

Vật lí học và chiến tranh
Barry Parker - Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>