Lịch sử Quang học - Phần 10 | Thư Viện Vật Lý

1967-2003

Những thập niên cuối của thế kỉ 20 đã chứng kiến những tiến bộ công nghệ quang học mở rộng tột độ tầm nhìn của con người ra vũ trụ từ thế giới nguyên tử cho đến những cái nôi sao cổ và xa xăm. Tầm với của con người còn mở rộng khi mười hai người đã để lại những vết chân của họ trên mặt trăng và các tàu thám hiểm vũ trụ đã được phóng lên để chinh phục không gian sâu thẳm. Một ảnh chụp của Trái đất, do các nhà du hành Apollo 8 thực hiện, đã cho con người thưởng ngoạn cái nhìn từ xa đầu tiên về thế giới quê nhà của mình. Các công nghệ quang học còn giữ vai trò quan trọng trong việc cách mạng hóa cách thức con người trao đổi thông tin và tự giải trí, đặc biệt với sự ra đời và phát triển nhanh chóng của máy tính cá nhân.

Kính thiên văn vũ trụ Hubble

Nhiều loại laser đã được phát triển trong thời kì này, chúng khác nhau về bước sóng, kích cỡ, và hiệu suất. Một số được dùng làm công cụ nghiên cứu cho các nhà khoa học và kĩ sư trong các ứng dụng như radar ánh sáng (LIDAR), dụng cụ đo giao thoa, và nhiếp ảnh toàn kí. Các ứng dụng thực tiễn của laser đã được phát triển cho nhiều công dụng rộng rãi, từ cắt gọt và hàn cho đến phẫu thuật và viễn thông. Một số dụng cụ mới xây dựng trên nền tảng công nghệ laser như máy in laser, máy hát đĩa, CD-ROM, máy quét mã vạch, và bút trỏ laser.

Laser còn tỏ ra là một công cụ truyền thông hứa hẹn. Tần số ánh sáng của laser quá cao, cho nên cường độ đó có thể thăng giáng nhanh chóng để mã hóa những tín hiệu phức tạp. Về mặt lí thuyết, một chùm tia laser có thể mang nhiều thông tin bằng hàng nghìn kênh vô tuyến. Vì ánh sáng laser có thể bị chặn lại bởi mưa gió, sương mù, hoặc tuyết rơi, cho nên khí quyển không phải là môi trường đáng tin cậy cho sự truyền thông laser.

Tuy nhiên, sợi quang chất lượng cao mang lại một môi trường lí tưởng cho sự truyền tải tín hiệu laser. Quang học sợi, một công nghệ mới xuất hiện khác, đã được khai thác hiệu quả là công cụ phẫu thuật trong thập niên 1960, nhưng những sợi quang đó không đủ tốt để dùng làm môi trường truyền thông. Năm 1970, ba nhà nghiên cứu tại Corning Glass đã phát triển sợi quang chất lượng cao đầu tiên dùng cho viễn thông. Sử dụng cùng với tín hiệu laser, nó tạo ra một môi trường truyền thông mới thật hiệu quả. Vào giữa thập niên 1980, công nghệ sợi quang đã được sử dụng rộng rãi cho các hệ thống điện thoại đường dài và truyền hình cáp.

Máy tính điện tử đã được sử dụng từ thập niên 1940, nhưng chúng quá đắt tiền và to lớn (cỡ bằng căn phòng) để dùng bên ngoài những trường viện khoa học và những công ti lớn. Điều đó bắt đầu thay đổi trong thập niên 1970 với sự phát triển của dòng máy tính cá nhân (PC). Vào đầu thập niên 1980, ngành công nghiệp PC và công dụng PC bắt đầu phát triển ở tốc độ cao. Sự phát triển này đã tiếp thêm sức mạnh cho sự phát triển của các công nghệ kĩ thuật số và vào giữa thập niên 1990, các kênh thông tin và viễn thông đã trên đường chuyển sang số hóa toàn bộ. Năm 1998, Ủy ban Viễn thông Liên bang Hoa Kì đã đặt ra mục tiêu sẽ chuyển các kênh truyền hình từ tín hiệu tương tự truyền thống sang tín hiệu kĩ thuật số. Hành động này giúp mang các chuẩn mà người ta đã liệu trước từ lâu cho Truyền hình Phân giải Cao vào sử dụng và cho phép mã hóa nhiều thông tin hơn trong truyền hình cho những công dụng khác.

Một thành tựu bất ngờ củng cố cho các công nghệ mới thế kỉ 20 là World Wide Web, mạng máy tính toàn cầu kết nối chủ yếu qua cáp quang, đồng thời khai thác các đường dây điện thoại bằng đồng hiện có và truyền thông qua vệ tinh. Từ lúc khởi đầu của nó vào năm 1991, cho đến cuối thế kỉ, Web đã phát triển từ chưa tới một tá máy tính kết nối cho tới hàng chục triệu máy tính. Ban đầu là một công cụ trao đổi thông tin dành cho các nhà khoa học, nhưng vào năm 1999, nó còn có sự tác động to lớn là phương tiện trao đổi kinh tế.

Kính hiển vi kĩ thuật số “đồ chơi” IntelPlay QX3 (khoảng 1999)

Hướng đến cuối thế kỉ, kính hiển vi quang học đã giành lại sự phục hưng rộng khắp trong cộng đồng khoa học. Năm 1975, Robert Hoffman đưa ra một phương pháp khác tăng độ tương phản trong kính hiển vi, một công cụ đầy giá trị để quan sát các sinh vật cùng những mô sống nhuộm màu. Sự ra đời của kính hiển vi chui hầm quét, do Gerd Binnig và Heinrich Rohrer phát minh ra vào năm 1981, cho phép người ta chụp ảnh từng nguyên tử một trên bề mặt các chất. Năm 1986, họ cùng được trao Giải Nobel Vật lí cho phát triển này, cùng nhận giải với Ernst Ruska, nhà phát minh ra kính hiển vi điện tử (1931). Các tiến bộ về ảnh số và phân tích cũng cho phép các nhà hiển vi học ghi lại và đo lường các ảnh một cách hiệu quả. Vào cuối năm 1999, tập đoàn Itel và công ti đồ chơi Mattel đã hợp tác với nhau chế tạo ra một chiếc kính hiển vi đồ chơi kết nối vào máy tính để hiển thị và ghi lại ảnh.

Sự khởi đầu của thế kỉ 21 được đánh dấu bởi sự hứng thú tăng dần đối với laser bán dẫn và công nghệ nano khi máy vi tính ngày một đạt tới gần hơn các giới hạn vật lí của thiết kế hiện nay của chúng. Vào năm 2001, một nhóm nhà nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ Delft là những người đầu tiên chứng minh những mạch lô gic kĩ thuật số chế tạo từ ống nano carbon, một bước quan trọng trên con đường hướng đến việc chế tạo những chiếc máy tính ngày một nhỏ hơn và mạnh hơn nhiều lần. Một tiến bộ quan trọng khác nữa ra đời vào năm 2002 khi các nhà nghiên cứu làm dừng và lưu trữ ánh sáng thành công trong hơi lẫn trong chất rắn. Các ứng dụng của quá trình trên có thể dùng trong các lĩnh vực như điện toán lượng tử, từ kế cực nhạy, và âm-quang học.

1967 – 2003

1967	Ralph H. Baer (Mĩ) trình diễn video game đầu tiên, tiền thân của “Pong” và nhiều video game khác xuất hiện sau đó.
1968	Apollo 8 (Mĩ), sứ mệnh quỹ đạo mặt trăng có người lái đầu tiên, chụp một bức ảnh của Trái đất. Đây là lần đầu tiên con người nhìn thấy hành tinh quê hương của mình từ xa xăm bên ngoài.
1969	Neil Armstrong, chỉ huy sứ mệnh Apollo 11 (Mĩ), là người đầu tiên đặt chân lên mặt trăng.
1969	Các nhà khoa học người Mĩ, Paul Davidovits và David Egger, công bố một bài báo về kính hiển vi quét laser đồng tiêu, một kĩ thuật mới do họ phát triển để có thể “phân vùng quang học” những lát mỏng của một mẫu vật ba chiều, thí dụ như một mạch bán dẫn tích hợp, một tế bào nguyên, hoặc một miếng mô tế bào. Các nhà khoa học ở Anh và Hà Lan cũng có đóng góp cho sự phát triển của công nghệ này.
1969	Mạng máy tính đầu tiên và tiền thân của Internet, ARPANET (Mạng kết hợp dự án nghiên cứu tiên tiến), được thiết lập. Mạng này cho phép các nhà khoa học ở bốn trường đại học truy cập từng máy tính của nhau để chia sẻ thông tin.
1970	Các nhà nghiên cứu Corning Glass (Mĩ), Robert Maurer, Donald Keck, và Peter Schultz, chế tạo ra sợi quang chất lượng cao dùng trong viễn thông.
1972	E. A. Ash và G. Nicholls, ở trường Đại học College London, chứng minh độ phân giải trường gần của kính hiển vi quét khe hạ bước sóng hoạt động trong vùng vi sóng của phổ điện từ.
1975	Robert Hoffman (Mĩ) phát minh ra hệ Tương phản Điều biến Hoffman, thiết bị làm tăng khả năng nhìn và độ tương phản ở chất liệu sống và tinh khiết bằng cách phát hiện các gradient quang học và biến đổi chúng thành những cường độ sáng khác nhau.
1975	Máy vi tính MITS Altair (Mĩ) được đưa vào bộ đồ nghề của những người yêu thích điện tử. Trước sự bất ngờ của mọi người, đó là một thành công tuyệt vời và trở thành nguyên mẫu cho sự phát triển của máy tính cá nhân.
1977	Công ti General Telephone and Electronics (GTE) xây dựng mạng cáp quang đầu tiên cho dịch vụ điện thoại, ở Long Beach, California.
1977	Máy Apple II được giới thiệu là “máy tính cá nhân” đích thực đầu tiên, được sử dụng hàng loạt, không đắt tiền, dễ học và dễ sử dụng.
1978	Vera Rubin (Mĩ) công bố bài báo đầu tiên trong loạt bài báo cung cấp bằng chứng rằng trong vũ trụ có nhiều vật chất hơn cái người ta có thể giải thích. Đến 90% vật chất trong vũ trụ có lẽ vật chất tối không nhìn thấy. “Bài toán khối lượng còn thiếu” trở thành một trong những vấn đề vũ trụ học cơ bản của thiên văn học vật lí hiện đại.
1980	Philips Electronics N.V. và Sony Corporation đồng thời phát minh ra đĩa compact, một đĩa plastic chứa dữ liệu dạng số được quét bằng một chùm laser để tái tạo lại âm thanh và những thông tin khác. Năm 1982, nó được bán ra thị trường dưới dạng audio CD và, trong vòng chừng một năm, đã thay thế cho đĩa máy quay kiểu cũ làm môi trường ghi âm nhạc chính yếu.
1981	Hãng IBM tung ra dòng Máy tính Cá nhân (PC) để cạnh tranh với máy tính cá nhân Apple, nhãn hiệu chiếm lĩnh 50% thị phần máy tính cá nhân. IBM-PC xuất hiện cùng với một ngôn ngữ lập trình gọi là BASIC (ban đầu được phát triển cho Altair), và một đĩa hệ điều hành, cả hai đều có xuất xứ từ một công ti nhỏ, vô danh, gọi là Microsoft.
1981	Gerd Binnig (Đức) và Heinrich Rohrer (Thụy Sĩ) phát triển kính hiển vi quét chui hầm, mang lại những hình ảnh đầu tiên của từng nguyên tử một trên bề mặt các chất liệu.
1986	Thuật ngữ “Internet” được sử dụng lần đầu tiên để mô tả tập hợp lỏng lẻo gồm các máy tính cấu thành nên mạng ARPANET.
1983	Phi thuyền Pioneer 10, do NASA phóng lên vào năm 1972, là vật thể nhân tạo đầu tiên đi ra khỏi hệ mặt trời.
1984	Hãng Apple giới thiệu máy tính Macintosh, có đặc điểm là giao diện đồ họa dễ sử dụng và một màn hình trắng đen 9 inch đi liền.
1985	Mạng cáp quang cho dịch vụ điện thoại đường dài phủ sóng khắp nước Mĩ, mang tải tín hiệu ở tốc độ 400 triệu bit mỗi giây và cao hơn.
1987	Đĩa compact được đưa vào thị trường máy tính cá nhân dùng làm môi trường phân phối chương trình và dữ liệu. Một bộ CD-ROM (Bộ nhớ Đĩa Compact Chỉ đọc) nối với máy tính sử dụng một chùm laser công suất thấp để đọc dữ liệu đã được mã hóa dưới dạng những lỗ nhỏ xíu trên một đĩa quang. Sau đó,ổ đọc đĩa đưa dữ liệu vào máy tính xử lí.
1989	Nước Mĩ phóng vệ tinh Khảo sát Nền vi sóng Vũ trụ (COBE) với mục đích đo bức xạ vi sóng và hồng ngoại khuếch tán từ vũ trụ sơ khai.
1990	Kính thiên văn vũ trụ Hubble là đài thiên văn quang học đầu tiên được đưa vào quỹ đạo Trái đất. Tuy nhiên, do những trục trặc kĩ thuật lúc chế tạo, Hubble đã không hoạt động trọn vẹn cho đến năm 1993 sau khi nó được các nhà du hành sửa chữa.
1991	World Wide Web ra đời. Sau hai năm phát triển khái niệm của ông về Web, Tim Berners-Lee (Anh) đã thiết lập máy chủ web đầu tiên tại một phòng nghiên cứu vật lí (CERN) ở Geneva, Thụy Sĩ.
1995	Michael Mayor và Didier Queloz thuộc Đài thiên văn Geneva (Thụy Sĩ) sử dụng các kính thiên văn phức tạp và máy vi tính thực hiện khám phá đầu tiên về một hành tinh ngoài hệ mặt trời. Kích cỡ ước chừng bằng Mộc tinh, hành tinh đó quay xung quanh ngôi sao 51 Pegasi, cách Mặt trời chừng 42 năm ánh sáng.
1997	Sứ mệnh Mars Pathfinder (Người tìm đường sao Hỏa) là sứ mệnh đầu tiên sử dụng một cỗ xe điều khiển từ xa (Sojourner) trên bề mặt một hành tinh khác. Rô bôt nghiên cứu này đã chụp ảnh và thực hiện các thí nghiệm trực tiếp khi được điều khiển từ Trái đất.
1998	Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kì (FCC) đưa ra quyết định chuyển đổi tín hiệu truyền hình từ tương tự sang kĩ thuật số, bắt đầu vào năm 1999 và đỉnh điểm là năm 2006 với mục tiêu xóa bỏ mọi đài truyền hình kĩ thuật tương tự.
1999	Công ti đồ chơi Mattel và nhà sản xuất chip máy tính Intel hợp tác sản xuất Kính hiển vi Máy tính Intel Play QX3, một kiểu kính hiển vi đồ chơi máy tính hóa có giá bán không đắt.
2000	Các nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu Chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mĩ chứng minh một kĩ thuật làm tăng đáng kể khả năng chế tạo một máy tính lượng tử thực tế, thu được trên thực nghiệm sự vướng víu đầu tiên của bốn hạt.
2001	Cees Decker và một đội nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ Delf ở Hà Lan chứng minh mạch lô gic kĩ thuật số đầu tiên chế tạo từ ống nano carbon, một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực công nghệ nano đang phát triển nhanh chóng.
2002	Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Harvard làm dừng và lưu trữ ánh sáng trong một mẫu hơi. Vài tháng sau đó, trong các thí nghiệm thực hiện tại Viện Công nghệ Massachusetts và Phòng Nghiên cứu Không quân ở Hanscom, Massachusetts, người ta đã đạt được thành tựu trên trong một chất rắn.
2002	Đài thiên văn Neutrino Sudbury giải thích trọn vẹn vấn đề neutrino mặt trời (phát hiện lần đầu tiên vào thập niên 1960), nhờ đó giải quyết xong cái gọi là bài toán neutrino mặt trời.