Lịch sử Quang học - Phần 3 | Thư Viện Vật Lý

1600-1699

Thế kỉ thứ 17 đã mang đến những biến đổi vô cùng to lớn cho thế giới khoa học và quang học, hiểu theo nghĩa đen lẫn nghĩa bóng. Việc phát minh ra kính thiên văn và kính hiển vi vào những năm 1590 đã kích ngòi cho niềm hứng khởi vô bờ bến trong việc khảo sát những địa hạt trước đây không thể quan sát. Các quan sát thực hiện từ những khảo sát tiên phong đó sẽ làm thay đổi nhận thức của loài người về thế giới và vũ trụ.

Kính thiên văn phản xạ Isaac Newton (khoảng 1668)

Năm 1608, Hans Lippershey tiến hành cải tiến mẫu thiết kế gốc của kính thiên văn và giới thiệu chúng với Galileo. Trong vòng một năm, Galileo đã chế tạo chiếc kính thiên văn của riêng ông và khám phá ra các vệ tinh của Mộc tinh, một trong những quan sát xác thực cho lí thuyết Copernicus. Tuy nhiên, Giáo hội lúc ấy chưa sẵn sàng chấp nhận các kết quả của ông và ông bị buộc phải tuyên bố trước công chúng rút lại sự ủng hộ của ông dành cho thế giới quan Copernicus.

Vào nửa sau thế kỉ 17, Robert Hooke và Antonie van Leeuwenhoek cho xuất bản các tập sách với một số quan sát họ đã thực hiện qua các kính hiển vi của họ. Các quyển sách này có các minh họa và mô tả, làm độc giả say đắm trước những chi tiết trước đây không hề biết tới của những vật dụng hàng ngày và thế giới vi khuẩn trước đó không nhìn thấy được.

Với những công cụ tốt hơn và sự khoan dung rộng rãi hơn dành cho sự quan sát và thực nghiệm, các nhà khoa học bắt đầu mở rộng kiến thức của họ về thế giới tự nhiên. Năm 1604, Johannes Kepler cho xuất bản một tác phẩm chính yếu về bản chất của ánh sáng và quang học, phổ biến tác phẩm Perspectiva của Witelo, công trình quan trọng nhất được sáng tạo trong thời kì trung cổ. Trong tác phẩm của ông, Kepler đã giải thích một cách chi tiết hơn sự nhìn hoạt động như thế nào: ánh sáng đi vào mắt, sau đó bị khúc xạ và hội tụ qua thủy tinh thể lên trên võng mạc. Với kiến thức sâu sắc này, ông là người đầu tiên giải thích tật viễn thị và cận thì và vì sao có thể dùng thấu kính để khắc phục tật nhìn của mắt. Nhận thấy ánh sáng truyền đến từ một nguồn càng ở xa thì nó càng lu mờ đi, Kepler đã phát triển và giới thiệu định luật nghịch đảo bình phương mô tả mối liên hệ toán học giữa cường độ ánh sáng và khoảng cách.

Nhiều khám phá khác về bản chất của ánh sáng đã được thực hiện trong thời gian này: một số nhà khoa học đã xác định cơ sở hình học của sự khúc xạ và phản xạ ánh sáng một cách chính xác hơn, Francesco Grimaldi nêu lí thuyết rằng ánh sáng có bản chất sóng, Erasmus Bartholin phát hiện ra sự khúc xạ kép trong những tinh thể nhất định, Isaac Newton phát hiện thấy ánh sáng trắng có thể phân tách thành những màu sắc khác nhau, và Ole Roemer kết luận từ những phép đo của ông rằng ánh sáng không truyền đi tức thời, mà có một tốc độ hữu hạn.

Kính hiển vi van Leeuwenhoek (khoảng cuối thập niên 1600)

Xuyên suốt những thế kỉ trước, Giáo hội đã dính líu phức tạp với các nghiên cứu khoa học, nhưng tiến đến cuối thế kỉ này, các nhà khoa học bắt đầu tự tách họ ra khỏi hệ thống tôn tin Nhà thờ. Các nhà khoa học phát triển những tổ chức của riêng họ để thảo luận và đánh giá công trình của họ và các khoa học bắt đầu vai trò là những ngành học có tổ chức. Ở nước Anh, một số nhóm thảo luận nhỏ đã hợp nhất vào năm 1660 để thành lập Hội Hoàng gia London Xúc tiến Kiến thức Khoa học. Ở Pháp, Viện Hàn lâm Khoa học Paris được thành lập vào năm 1666. Các tổ chức như thế này sẽ có tầm ảnh hưởng lớn đối với sự phát triển của khoa học ở châu Âu trong hơn hai trăm năm sau đó.

Khi Isaac Newton xuất bản cuốn Nguyên lí (Principia) của ông vào năm 1687, vũ trụ không còn được xem là bất biến và hoàn hảo, và Trái đất không còn là nhân vật trung tâm của nó. Học thuyết Copernicus được chấp nhận rộng rãi ở châu Âu, và được cập nhật kiến thức thiết yếu mới.

1600 – 1699

1604	Jahannes Kepler (Đức) cho xuất bản tác phẩm chính về quang học, *Ad Vitellionem Paralipomena, Quibus Astronomiae Pars Optica Traditur* (Bổ sung cho Witelo, trình bày chi tiết phần quang học của thiên văn học). Trong tác phẩm đó, ông phát biểu rằng cường độ của ánh sáng phát ra từ một nguồn tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đến nguồn; ông mô tả sự nhìn là kết quả của những hình ảnh trên võng mạc do thủy tinh thể trong mắt tạo ra; ông nhận dạng chính xác nguyên nhân của tật viễn thị và cận thị.
1608	Nhà chế tạo kính người Hà Lan Hans Lippershey (còn gọi là Hans Lippersheim) chế tạo ra một chiếc kính thiên văn gồm một vật kính hội tụ và một thị kính phân kì. Ông giới thiệu phát minh của mình với Galileo.
1609	Galileo Galilei (Italy) chế tạo một chiếc kính thiên văn theo mẫu kính của Lippershey và sử dụng nó cho các quan sát thiên văn. Vào cuối năm, này, ông đã vẽ hình ảnh của các pha mặt trăng khi nhìn qua kính thiên văn và vào tháng giêng năm 1610, ông phát hiện ra Mộc tinh có bốn vệ tinh.
1610 – 1611	Ba nhà quan sát - Galileo, Christopher Scheiner, và Johann Fabricius (con trai của David Fabricius) – phát hiện ra các vết đen mặt trời, với phương tiện kính thiên văn mới được phát minh. Galileo liều lĩnh nhìn thẳng vào mặt trời qua chiếc kính thiên văn của ông. Những người khác thì sử dụng những phương pháp an toàn hơn, thí dụ như buồng tối, để sử dụng mặt trời một cách gián tiếp.
1611	Johannes Kepler (Đức) xuất bản một chuyên luận, *Dioptrice (Khúc xạ học)*, trong đó ông đề xuất một mẫu thiết kế mới cho kính thiên văn sử dụng hai thấu kính hội tụ. Cuối cùng, đây chính là mẫu thiết kế kinh điển dành cho kính thiên văn.
1613	François d'Aguilon (Bỉ) xuất bản bộ sách *Opticorum Libri Sex* (Sáu tập sách quang học), bổ sung thêm một số kiến thức cơ bản và đóng góp cho lĩnh vực quang hình học. Có lẽ sau sự khuyến cáo của Kepler, Christopher Scheiner (Đức) hoàn thiện thiết kế kính thiên văn khúc xạ, sử dụng hai thấu kính hội tụ thay cho một thấu kính hội tụ và một gương cầu lõm (do Galileo chế tạo).
1614	Nhà hóa học người Italy Angelo Sala xuất bản một tập sách mỏng về thí nghiệm của ông với muối bạc. Ông lưu ý rằng khi đưa bột bạc nitrate ra ánh sáng mặt trời thì “nó hóa đen như mực”.
1616	Nicolas Zucchi (Italy) chế tạo một thiết bị trong đó một thấu kính mắt được sử dụng để quan sát ảnh tạo ra bởi sự phản xạ từ một gương cầu lõm kim loại. Đây là một trong những chiếc kính thiên văn phản xạ sớm nhất, trong đó sự phóng đại thu được bởi sự tương tác của gương và thấu kính.
1619	Nhà phát minh Cornelius Drebbel (sinh ở Hà Lan nhưng cư trú ở Anh) phát triển một cỗ máy mài kính và chế tạo một chiếc kính hiển vi ghép và buồng tối với một thấu kính đặt tại lỗ hở.
1621	Nhà vật lí Willebrord Snell (Hà Lan) khám phá ra định luật khúc xạ và xác định được rằng những chất liệu trong suốt có chiết suất khác nhau tùy thuộc vào thành phần cấu tạo của chúng. Tuy nhiên, ông không công bố khám phá của mình, và nó vẫn không được biết tới cho đến năm 1703 khi được Christiaan Huygens cho xuất bản.
1633	Galileo bị Tòa án Dị giáo buộc phải rút lại sự ủng hộ của ông dành cho học thuyết Copernicus rằng Trái đất và các hành tinh khác quay xung quanh Mặt trời.
1637	Trong phần phụ lục của tác phẩm *Luận về Phương pháp và Các bài luận*, René Descartes (Pháp) giải thích hiện tượng cầu vồng và công bố những khám phá của ông về định luật phản xạ và khúc xạ. Ông phát hiện rađịnh luật khúc xạ Snell một cách độc lập, nhưng là người đầu tiên công bố nó.
1638	Nhà thiên văn học người Hà Lan John Phocylides Holwarda làm sáng tỏ rằng Mira Ceti (còn gọi là Omicron Ceti) là một sao biến quang, chứ không phải sao siêu mới, và biểu hiện chu kì độ sáng là 332 ngày.
1647	Bonaventura Cavalieri (Italy) mô tả mối liên hệ giữa bán kính cong của bề mặt của thấu kính mỏng và tiêu cự của nó.
1658	Nhà toán học người Pháp Pierre de Fermat trình bày nguyên lí “thời gian tối thiểu” cho rằng một tia sáng sẽ truyền đi theo hành trinh cho phép nó đi tới đích trong một lượng thời gian nhỏ nhất. Nguyên lí của ông phù hợp với định luật khúc xạ Snelll.
1660	Nhà sinh lí học người Italy Marcello Malpighi lần đầu tiên sử dụng kính hiển vi để khảo sát các mao mạch. Vài năm sau đó (cuối thập niên 1660 và thập niên 1670) ông nghiên cứu lớp malpighii trong da, và các hạt nhỏ malpighii trong gan và lá lách. Ông còn sử dụng kính hiển vi để nghiên cứu sự phát triển của phôi gà.
1663	James Gregory, nhà toán học và nhà thiên văn học người Scotland, mô tả chiếc kính thiên văn phản xạ thực tiễn đầu tiên trong tác phẩm của ông mang tên *Sự tiến bộ của Quang học*. Ông còn giới thiệu sự ước tính khoảng cách sao bằng các phương pháp trắc quang.
1664	Robert Hooke (Anh) là người đầu tiên chế tạo một chiếc kính thiên văn phản xạ kiểu Gregory. Ông sử dụng nó khám phá ra một ngôi sao mới trong chòm sao Orion và thực hiện các quan sát Mộc tinh và Hỏa tinh. Hooke còn là người đầu tiên khám phá ra các tế bào thực vật trong hóa thạch gỗ, với chiếc kính hiển vi ghép của ông.
1665	Hai năm sau khi qua đời, tập sách *Physicomathesis de lumine, coloribus, et iride, aliisque annexis* của Francesco Maria Grimaldi được cho xuất bản, trong đó mô tả chi tiết các quan sát của ông về sự nhiễu xạ của ánh sáng trắng. Trong quyển sách của ông, nhà vật lí người Italy kết luận rằng ánh sáng là một chất lỏng có khả năng chuyển động dạng sóng; một trong những xác nhận sớm nhất rằng ánh sáng hành xử giống như sóng. Robert Hooke cho xuất bản quyển *Micrographia* (Những hình vẽ bé nhỏ), các nghiên cứu của ông và hình minh họa của các vật và những sinh vật nhỏ xíu nhìn qua chiếc kính hiển vi của ông, trong đó có một con bọ chét và một con rận. Cũng trong năm này, nhà hiển vi học và tự nhiên họa người Hà Lan Jan Swammerdam quan sát hồng cầu và giai đoạn phân chia hai tế bào của trứng ếch với chiếc kính hiển vi đơn giản của ông.
1666	Isaac Newton (Anh) nhận thấy ánh sáng trắng phân tách thành những màu sắc khác nhau khi nó đi qua một lăng kính.
1668	Nản lòng với các kính thiên văn khúc xạ (kiểu Galileo) làm thay đổi màu sắc của các vật thể thiên văn (hiện tượng sắc sai), Isaac Newton phát minh và chế tạo một chiếc kính thiên văn phản xạ theo mẫu riêng của ông, nhưng dựa trên các đề xuất của James Gregory.
1669	Erasmus Bartholin (Đan Mạch) khám phá ra sự khúc xạ kép khi ông thấy một ảnh bị tách làm hai ảnh khi nhìn qua một mẩu tinh thể băng Iceland.
1672	Trong lá thư đầu tiên của ông xuất bản trong *Kỉ yếu Triết học* của Hội Hoàng gia, Isaac Newton báo cáo về thí nghiệm lăng kính của ông, kết luận rằng ánh sáng trắng gồm những màu sắc khác nhau bị khúc xạ ở những góc khác nhau khi đi qua lăng kính.
1676	Dựa trên những quan sát của ông về thời gian trôi qua những lần che khuất của các vệ tinh của Mộc tinh do Mộc tinh đi qua, Ole Roemer (Đan Mạch) kết luận rằng tốc độ của ánh sáng là hữu hạn và ước tính nó có giá trị khoảng 225.000 km/s.
1678	Christiaan Huygens gửi một bức thư đến Viện Hàn lâm Khoa học ở Paris trình bày lí thuyết sóng ánh sáng của ông, lí thuyết sẽ được công bố sau này trong quyển *Traite de Lumiere* của ông vào năm 1690.
1683	Antonie van Leeuwenhoek (Hà Lan) công bố bức thư đầu tiên của ông trong Kỉ yếu Triết học của Hội Hoàng gia, với các minh họa miêu tả, nói về các quan sát của ông về các “vi sinh vật” hiển vi. Ông tự chế tạo kính hiển vi, với độ phóng đại từ 50 đến 300 lần và là người đầu tiên vẽ hình miêu tả động vật nguyên sinh, vi khuẩn, tinh trùng và các tế bào hồng cầu.
1687	Isaac Newton xuất bản quyển *Philosophiae Naturalis Principia Mathematica* (Các nguyên lí Toán học của Triết học Tự nhiên), khai hỏa pháo cho Cuộc cách mạng Khoa học.