Lịch sử Điện từ học (Phần 14)

1900 - 1909

Bình minh của thế kỉ 20 đã mang đến những cái nhìn mang tính bước ngoặt cho ngành vật lí thu được những sự thay đổi sâu sắc ở cách thức con người lĩnh hội và sống trong thế giới. Các nhà khoa học đã vứt bỏ quan niệm nguyên tử không thể chia cắt, thu được một sự hiểu biết mới về vật chất và năng lượng và bắt đầu thấy, ở cấp độ nguyên tử, vật lí học là một quả bóng trò chơi hoàn toàn mới có ít thứ chung với cơ học cổ điển. Lĩnh vực cơ học lượng tử ra đời.

Năm 1900, nhà vật lí Đức Max Planck công bố một lí thuyết đề xuất rằng các nguyên tử không giải phóng năng lượng của chúng theo một dòng liên tục, như các nhà khoa học vẫn nghĩ, mà ở từng lượng gián đoạn ông gọi là lượng tử. Nó là một ý tưởng cấp tiến, nhưng Planck đã không nhận ra phạm vi và hàm ý thật sự của nó, và trong nhiều năm cũng chẳng có người đương thời nào của ông nhận ra điều đó.

Cần đến thiên tài của Albert Einstein để lĩnh hội các hệ quả của ý tưởng của người đồng hương của ông. Tóm lấy quan niệm và Planck và làm việc với nó, Einstein, lúc ấy đang làm việc ở một phòng cấp bằng sáng chế Thụy Sĩ, đã phát triển một lí thuyết ấn định ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt. Quan niệm khác thường này, đã làm sửng sốt các nhà vật lí đồng bạn của Einstein, cho rằng ánh sáng cấu thành từ các lượng tử (sau này gọi là photon), nhờ đó giải thích cho hiệu ứng quang điện, trong đó ánh sáng làm thoát electron ra khỏi kim loại.

Cũng trong “năm huyền diệu” 1905 này, Einstein đưa ra lí thuyết tương đối đặc biệt của ông. Với phương trình nổi tiếng E = mc², lí thuyết đã giải được mối quan hệ giữa thuyết điện từ và chuyển động bình thường, đưa đến một quan niệm cấp tiến rằng khối lượng và năng lượng là một và như nhau.

Nhiều người khác đã làm sáng tỏ những viên gạch cấu trúc cơ bản của vật chất. Nhà vật lí Đức Philipp Lenard, dựa trên nghiên cứu tia cathode của ông, đề xuất rằng đa phần của một nguyên tử là không gian trống rỗng, với khối lượng của nó chiếm một phần trăm rất nhỏ thể tích của nó. Trong thí nghiệm giọt dầu tài tình của ông, nhà vật lí Mĩ Robert Millikan tính ra điện tích của một electron với độ chính xác cao hơn bao giờ hết. Nhà vật lí Đức Hans Geiger làm chuyển hướng lĩnh vực nghiên cứu với nguyên mẫu của một cái buồng chuyên dụng để đếm các hạt bức xạ.

Trong nghiên cứu của ông về từ học, nhà vật lí Pháp Pierre-Ernest Weiss đã phát triển một lí thuyết cấu trúc miền gọi là lí thuyết trường trung bình. Weiss cho rằng các nguyên tử trong các chất sắt từ như sắt và nickel (không giống các nguyên tử trong các chất thuận từ) tư nhóm chúng lại thành các “miền”, bên trong đó chúng chia sẻ cùng sự định hướng từ. Khi các chất này tiếp xúc với một từ trường mạnh, các miền định hướng theo hướng khác thẳng hàng với trường ngoài.

Mọi người bình thường không có kiến thức vật lí nhìn thấy điện và từ học bắt đầu làm thay đổi cuộc sống của họ. Ngày càng có nhiều ứng dụng được phát minh để khai thác dòng điện, bao gôm, trong những năm đầu của thế kỉ mới, máy hút bụi, lò nướng bánh, đèn flash và sắt. Các nhà phát minh tiếp tục phát triển radio, vẫn ở dạng trứng nước của nó. Ngành công nghiệp vận tải biển được kế tục bởi “điện báo không dây” cho việc truyền tín hiệu ở dạng mã Morse. Năm 1906, kĩ sư Mĩ Lee Dr Forest chế tạo ra ống ba điện cực (triode) có thể phát hiện tín hiệu không dây tốt hơn các thiết bị hiện có. Cuối năm đó, lần đầu tiên các thính giả say sưa nghe được giọng nói con người và phát thanh âm nhạc trên vùng “không dây”. Tuy nhiên, mãi cho đến thập niên 1920 thì phát thanh radio mới thật sự phát lên khỏi mặt đất.

 Xem lại Phần 13

Xem lại Phần 13

Còn tiếp…