Lịch sử vật lí thế kỉ 20 - Phần 5

Như đã lưu ý ở cuối phần Giới thiệu, các khám phá trong thập niên đầu tiên của thế kỉ 20 đã làm lay động các nền tảng của vật lí học. Những chuyển biến lớn trong vật lí học bắt nguồn từ công trình nghiên cứu của nhiều nhà tư tưởng cách tân, nhưng không ai có ý tưởng có sức ảnh hưởng nhiều hơn ý tưởng của một viên chức ở sở cấp bằng sáng chế Thụy Sĩ người gốc Đức tên là Albert Einstein (1879 – 1955). Năm 1905, ông đã cho công bố ba bài báo làm thay đổi phương thức các nhà vật lí nhìn nhận không gian và thời gian, vật chất và năng lượng, và hạt và sóng. Ông giải thích lại các định luật Newton lẫn hệ phương trình Maxwell theo một cách loại trừ nhu cầu viện đến ê-te. Ông chỉ ra rằng khối lượng và năng lượng là những mặt khác nhau của cùng một hiện tượng vật lí. Ông giải thích các thí nghiệm đã biết nhằm chứng minh các nguyên tử là có thật, chứ không đơn thuần là một khái niệm hữu ích dùng để tìm hiểu hóa học.

Những ý tưởng lớn không hề nảy sinh từ hư vô. Cơ sở cho các khám phá của đầu thế kỉ 20 đã được thiết lập vào giữa cuối những năm 1890, khi các nhà vật lí đang nghiên cứu mối liên hệ giữa điện học và vật chất. Họ biết rằng điện tồn tại dưới dạng các điện tích dương và âm và nó giống như các nguyên tử – những lượng điện tích nhỏ xíu, không thể chia cắt thuộc một cỡ nhất định – chứ không giống như chất lỏng có thể trích ra bao nhiêu cũng được. Các nguyên tử có thể trung hòa điện, hoặc chúng có thể tồn tại ở dạng các ion tích điện.

Nhưng điện là cái gì, và nó liên quan như thế nào với vật chất? Nghiên cứu tia ca-tôt có vẻ là hướng triển vọng nhất để mang lại đáp án cho câu hỏi này. Tia ca-tôt là những chùm tia kì lạ xuất hiện trong ống thủy tinh hàn kín từ đó đa phần không khí đã được bơm ra ngoài. Bên trong các ống ấy là hai điện cực – một cực âm ca-tôt và một cực dương a-nôt – với một điện áp (áp suất điện) lớn giữa chúng. Khi ca-tôt bị đun nóng, nó phát ra một chùm tia làm cho không khí còn lại ở xung quanh lóe sáng. Nếu chùm tia đó đập vào thành ống, thì thủy tinh cũng lóe sáng.

Những kết quả kì lạ

Ngày 8 tháng 11 năm 1895, nhà vật lí người Đức Wilhelm Röntgen (1845–1923) đang nghiên cứu tia ca-tôt thì ông phát hiện ra một hiện tượng lạ. Ông biết tia ca-tôt có thể gây ra sự phát sáng huỳnh quang, và ông có một màn huỳnh quang trong phòng thí nghiệm của mình để nghiên cứu chúng. Nhưng vào hôm này, ông không sử dụng cái màn đó. Ông đặt nó ở xa ống tia ca-tôt và bọc nó trong giấy bìa đen cứng, nhưng trong phòng thí nghiệm tối, Röntgen để ý thấy cái màn đang lóe sáng. Cái gì có thể gây ra hiện tượng đó?

Sau một số thí nghiệm, Röntgen phát hiện thấy tia ca-tôt đang gây ra một dạng bức xạ chưa biết, mà ông gọi là tia X, phát ra từ a-nôt. Tia X có thể đi xuyên qua những loại vật chất nhất định – ví dụ như thủy tinh của ống tia ca-tôt – nhưng không xuyên qua những chất khác, và chúng sẽ làm đen kính ảnh. (Ngày nay, người ta biết tia X là một dạng sóng điện từ năng lượng cao).

Ngay đầu tháng 3 tiếp sau đó, nhà vật lí người Pháp Henri Becquerel (1852–1908) phát hiện ra một hợp chất của uranium cũng tạo ra được bức xạ làm đen kính ảnh. Lúc đầu, ông nghĩ rằng mình đã tìm ra một nguồn khác phát ra tia X, nhưng ông sớm phát hiện thấy “tia uranium” là một hiện tượng hoàn toàn khác. Khám phá của Becquerel ngay sau đó được gọi là sự phóng xạ, và các nhà vật lí và hóa học khác nhanh chóng nhập cuộc, trong đó có nhà hóa học gốc Ba Lan Marie Curie (1867–1934) ở Pháp và Gerhardt Schmidt ở Đức. Làm việc độc lập với nhau vào năm 1898, từng người họ đã phát hiện ra sự phóng xạ ở thorium. Cuối năm đó, Marie Curie cùng chồng của bà, Pierre Curie (1859–1906), phát hiện ra hai nguyên tố phóng xạ trước đó chưa ai biết, radium và polonium, trong quặng uranium.

Lịch sử vật lí thế kỉ 20 - Alfred B. Bortz
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>