TT&HĐ V - 41/h
Điện tích - Định luật Cu-lông | Phần 1 Lý thuyết - Thầy Chu Văn Biên
"Khoa học là một sức mạnh trí tuệ lớn nhất, nó dốc hết sức vào việc phá vỡ xiềng xích thần bí đang cầm cố chúng ta."
Gorky
Gorky
"Cái khó hiểu nhất chính là hiểu được thế giới"
"Có hai cách để sống trên đời: một là xem như không có phép lạ nào cả, hai là xem tất cả đều là phép lạ".
Albert Einstein
“Chính qua cuộc đấu tranh nhằm thống nhất một cách hợp lý cái đa dạng
mà đã đạt được những thành công lớn nhất, dù rằng chính ý đồ đó có thể
gây ra những nguy cơ lớn nhất để trở thành con mồi của ảo vọng”.
Albert Einstein
“Người nhìn thấy cái đa dạng mà không thấy cái đồng nhất thì cứ trôi lăn trong cõi chết”.
CHƯƠNG II (XXXXI): KINH ĐIỂN
"Vật
lý thực ra không phải là gì hơn ngoài cuộc tìm kiếm sự đơn giản tối
thượng, nhưng cho tới nay, cái chúng ta có là sự hỗn độn súc tích".
"Việc quan trọng là không ngừng suy nghĩ. Tính tò mò có lý do riêng của nó. Con người sẽ bị lo sợ khi suy ngẫm về các bí ẩn của vô tận, đời sống, về cấu trúc tuyệt vời của thực tế. Nếu người ta mỗi ngày chỉ thấu hiểu một chút về điều bí ẩn này, thì cũng đủ. Hãy đừng bao giờ mất đi sự tò mò thiêng liêng".
Albert Einstein
"Khoa học cho chúng ta tri thức, nhưng chỉ triết học mới có thể cho chúng ta sự thông thái".
“Cứu cánh của khoa học tư biện là chân lý, trong khi, cứu cánh của khoa học thực tiễn là hành động”.
(Tiếp theo)
Tháng 10-1812, ông Ribô tuyên bố Farađây đã thành nghề. Vốn dĩ yêu
mến chàng trai có nhân cách tốt đẹp, ông đã tận tình xin cho Farađây đến
làm việc hưởng theo công xá thợ chính tại cửa hàng của bạn mình tên là
Đờ Larôsơ. Đối với một người học nghề bình thường thì đây quả là một may
mắn và có thể sẽ vui mừng khôn tả. Nhưng đối với Farađây, một người đã
chìm đắm trong niềm say mê khoa học, tim óc luôn hướng đến mơ ước được
khám phá những điều còn bí ẩn trong hóa học và điện học, thì dù vẫn biết
ơn người chủ tốt bụng, không thể không lâm vào tâm trạng buồn vui lẫn
lộn và chắc rằng trong sâu thẳm cõi lòng còn có cả sự thờ ơ. Vì thế mà
khi đã đến làm việc ở cửa hàng mới, Farađây vẫn không thể nguôi ngoai
được nỗi niềm, vẫn trăn trở ước mơ được sống và làm việc trong tòa nhà
khoa học, được phụng sự khoa học, được hiến dâng cuộc đời cho nghiên cứu
khoa học.
Bạn bè khuyên Farađây viết thư cầu xin ngày Giôdép Benxơ, chủ tịch
Hội khoa học Hoàng gia Anh, giúp đỡ, nhận cho làm bất cứ việc gì phục vụ
công tác khoa học của Hội. Farađây nghe theo và đã viết thư, nhưng chờ
mãi mà không có hồi âm. Không tuyệt vọng, Farađây lại nghĩ ngay tới việc
viết thư cầu cứu đến giáo sư Đêvi. Trong thư, ông kể về quá trình phấn
đấu tự học, để thỏa mãn lòng khát khao hiểu biết, về tình yêu khoa học
nồng nàn và niềm mong muốn được phụng sự khoa học của mình, nhất là ước
mơ được xả thân cho nghiên cứu khoa học đã trở nên mãnh liệt như thế nào
sau khi dự nghe những bài giảng của giáo sư. Cùng với bức thư, Farađây
còn gửi cả cuốn sách mà ông đã ghi chép cẩn thận nội dung của bốn bản
thuyết trình của giáo sư Đêvi.
Đêvi chắc rằng đã thực sự cảm động trước sự thành tâm của tác giả
bức thư và hơn nữa cũng vì nội dung bức thư đã gợi nhớ về quá trình cố
gắng tự học để vươn lên thưở hàn vi của chính giáo sư. Bên cạnh đó, qua
cuốn sách, vị giáo sư còn thấy được khả năng tiếp thu và biểu đạt các
tri thức khoa học vừa chính xác vừa tinh tế sắc sảo ở Farađây. Rất có
thể lúc đó, giáo sư Đêvi cũng đã nhận ra rằng phụ tá mà ông cần chính là
con người này.
Trước khi quyết định, giáo sư Đêvi có thăm dò ý kiến của người bạn đồng nghiệp tên là Pipixơ:
- Đây là bức thư của một anh chàng tên là Farađây. Anh ta nghe các
bài giảng của tôi và xin được có một chỗ làm trong phòng thí nghiệm của
tôi. Tôi phải làm gì với anh ta?
- Làm gì à? Hãy cho anh ta rửa chai lọ. Nếu anh ta đồng ý thì đó là
cách giải quyết, ngoài ra, chẳng còn gì thích hợp đối với anh ta nữa –
Pipixơ đã trả lời Đêvi với giọng khinh khỉnh.
Tuy nhiên, Đêvi vẫn tin vào cảm nhận của ông.
Ngày 24-12-1812, Farađây nhận được bức thư đầy hứa hẹn của giáo sư Đêvi. Trong đó có viết:
“Tôi vô cùng cảm động về lòng tin cậy của anh giành cho tôi. Các
bản ghi chép của anh chứng tò lòng nhiệt thành lớn lao, sự cẩn thận,
niềm ham mê học tập và trí nhớ phi thường của anh. hiện nay tôi có việc
không thể không rời khỏi Luân Đôn, tới cuối tháng giêng mới về. Lúc đó,
tôi sẵn sàng tiếp anh vào thời gian thuận tiện…”
Cuối tháng giêng, năm 1813, Farađây được giáo sư Đêvi tiếp kiến
niềm nở tại phòng khách của Hội khoa học Hoàng gia Anh. Mở đầu, vị giáo
sư khen ngợi Farađây về cuốn sách, về sự chuyên cần tự học và khả năng
tự trang bị học vấn… Tiếp theo, ông nói đến những khó khăn gian khổ mà
một nhà khoa học phải gánh chịu và dẫn lại lời xưa niutơn đã từng nói:
“Khoa học là một nữ chủ nhân đầy cay nghiệt, chỉ đền đáp rất ít ỏi cho
những người hiến thân cho bà ta!”. Farađây đã trả lời chắc nịch:
- Tôi không hề sợ những điều đó! Và tôi cũng không hề nghĩ đến tiền nhiều hay ít, thưa giáo sư!
Lúc tạm biệt, giáo sư Đêvi ân cần dặn dò Farađây rằng hãy yên tâm
về, tạm thời làm nghề cũ, đợi khi nào Hội khoa học Hoàng gia Anh cần
người ông sẽ báo tin cho.
Đúng là Đêvi đã rất sốt sắng trong việc tìm một chỗ làm trong Hội
khoa học Hoàng gia Anh cho Farađây. Dù hành động đó đơn thuần là do mến
mộ tài năng của Farađây hay cũng còn vì một mục đích riêng tư nào đó của
chính Đêvi thì việc được sớm đứng vào hàng ngũ những nhà hoạt động khoa
học đã là điều hết sức may mắn đối với Farađây và ít nhiều gì ông phải
chịu ơn. Ngược lại Đêvi cũng được cái vinh dự là đã sớm phát hiện ra một
thiên tài cho khoa học. Sau này, khi Farađây đã thành danh, Đêvi có nói
một cách tự hào: “Farađây là phát minh lớn nhất của đời tôi!”
Vài tuần sau, vào một buổi tối, một người đánh xe ngựa đến trao cho
Farađây một bức thư. Hóa ra đó là thông báo của giáo sự Đêvi:
“Nếu ý nguyện của anh không có gì thay đổi thì xin mời anh ngày mai
tới Hội khoa học Hoàng gia. Anh sẽ nhận được chức vụ phụ tá phòng thí
nghiệm”.
Quá đỗi vui mừng, Farađây lập tức đi chào mọi người và đến gặp ông
chủ Đờ Larôsơ trình bày sự việc. Ông Đờ Larôsơ tỏ vẽ buồn buồn, bảo:
- Tôi không có con cái. Chỉ cần cậu ở lại, sau này tôi giao cả cửa hàng này cho cậu thừa kế. Cậu thấy thế nào?
- Thành thật rất cảm ơn ngài đã có ý tốt với tôi, thưa ngài Đơ
Larôsơ! Song, tôi phải đi làm công việc mà tôi hằng mong đợi! – Farađây
đã nói một cách nhẹ nhàng nhưng dứt khoát như vậy.
Sáng ra, Farađây hồ hởi đến Hội khoa học Hoàng gia Anh để gặp Đêvi.
Đêvi, trong tình trạng đầu và mặt quấn đầy bông băng do vừa bị thương
tích sau một vụ nổ trong khi thực hành thí nghiệm, báo cho Farađây biết
rằng Hội khao học Hoàng gia Anh đã quyết định cho ông được làm phụ tá
phòng thí nghiệm từ ngày 1-3-1813 với mức lượng tuần là 25 silinh. Tiếp
theo, Đêvi cũng ngỏ lời yêu cầu Farađây trong thời gian chờ đợi đến lúc
đó, hãy giúp ông ghi chép những vấn đề nghiên cứu rút ra từ những thí
nghiệm mà ông vừa thực hiện. Farađây vui vẻ nhận lời không một chút đắn
đo. Thế là Farađây đóng vai trò thư ký cho giáo sư Đêvi trong những ngày
làm việc đầu tiên ở Hội hoàng gia Anh.
Trong vai trò thư ký, Farađây không những ghi chép gọn gàng các số
liệu, thể hiện chính xác những ý tưởng khoa học của Đêvi, mà còn góp
nhiều ý kiến xác đáng vào việc phân tích, nhận xét các thông số thực
nghiệm của vị giáo sư. Điều đó càng làm cho giáo sư Đêvi quí mến năng
lực của Farađây.
Đến thời hạn, Farađây chính thức làm công việc của người phụ tá
phòng thí nghiệm, thường xuyên lo việc chuẩn bị các thí nghiệm cho các
giáo sư ở học viện, kể cả khi họ tổ chức các buổi diễn giảng. Với những
công việc như vậy, vốn tính hay tìm tòi, Farađây cũng học hỏi được rất
nhiều kiến thức bổ ích, theo kịp các vấn đề khoa học có tính thời sự ở
Anh cũng như ở các nước khác.
Khoảng giữa tháng 10-1813, nhận lời mời của các nhà khoa học Pháp,
Ý, Thụy Sĩ, giáo sư Đêvi tổ chức thực hiện chuyến đi giao tiếp khoa học
sang châu Âu. Ông thu xếp cho Farađây cùng đi với nhiệm vụ vừa là thư ký
vừa là phụ tá kiêm quản lý cho vợ chồng ông. Trong chuyến đi này
Farađây đã tỏ ra hết sức đắc lực trong việc nghiên cứu, thực hiện hàng
loạt các thí nghiệm khoa học, đồng thời ông cũng được tiếp xúc với nhiều
nhà khoa học danh tiếng của nhiều nước thuộc châu Âu lục địa, cũng như
có dịp sử dụng các thiết bị nghiên cứu tiên tiến của họ.
Tháng 4-1815, đoàn hành trình trở lại Luân Đôn. Cuộc hành trình đã
giúp Farađây mở rộng tầm mắt và học hỏi được rất nhiều điều quí báu. Có
thể nói sau một năm rưỡi đi theo ghi chép và phụ giúp cho giáo sư Đêvi,
một cách mẫn tiệp, Farađây đã thực sự trưởng thành, có đủ bản lĩnh
nghiên cứu độc lập một đề tài khoa học. Chính giáo sư Đêvi cũng thấy
điều đó nên đã tiến cử ông vào chức trợ lý nghiên cứu khoa học.
Năm 1816, tức khi tròn 25 tuổi, Farađây viết bản báo cáo khoa học
đầu tiên của đời mình và được đăng trên tạp chí “Khoa học” của Hội khoa
học Hoàng gia Anh. Cách viết sáng sủa mà súc tích của Farađây đã làm cho
vị chủ trì tạp chí mến mộ nên đã mời ông làm thêm việc cộng tác viên
biên tập.
Năm 1817, Farađây công bố được 6 luận văn khoa học. Năm 1818, ông
công bố thêm được 11 luận văn khoa học. Phần lớn những luận văn này là
trình bày về nghiên cứu hóa học. Đây là thành tựu ban đầu của Farađây,
tuy không thật lớn lao, nhưng đối với một nhà hóa học có năng lực trung
bình, có lẽ chưa dám mơ đến.
Như đã kể, từ rất sớm, Farađây không chỉ say mê hóa học mà cả điện
học. Khi còn làm việc ở cửa hàng Ribô, ônh đã từng tự làm những thí
nghiệm về điện theo chỉ dẫn trong sách. Đến Hội khoa học Hoàng gia,
trong tầm ảnh hưởng của giáo sư hóa học Đêvi, ông bận rộn nhiều với
những công việc chuẩn bị cho các cuộc thí nghiệm hóa học trong vai trò
vừa là phụ tá vừa là trợ lý nghiên cứu, thành ra không còn thời gian để
nghiên cứu về điện. Tuy nhiên đến lúc này, có thể một phần là do đã có
đủ điều kiện để chủ động sắp xếp lại thời gian làm việc, một phần vì
những vấn đề nảy sinh và những cuộc tranh luận trong lĩnh vực nghiên cứu
điện học ở khắp nơi, nổi lên thành những đề tài nóng hổi tính thời sự,
cho nên Farađây quyết định chuyển sang nghiên cứu điện học nhiều hơn.
Khoảng thời đoạn cuối thế kỷ XVIII đầu thế kỷ XIX, nghiên cứu về
điện trở nên nổi trội, làm hình thành một lĩnh vực tương đối chuyên biệt
của vật lý, gọi là “Điện học”. Có thể cho rằng người mở đầu quá trình
hình thành này là Culông (Charles Augustin De Coulomb, 1736-1806), nhà
vật lý xuất chúng người Pháp. Sau khi tốt nghiệp đại học, ông trở thành
kỹ sư công binh, sĩ quan trong quân đội Pháp. Lúc đầu, do nhu cầu xây
dựng trong quân đội thôi thúc, Culông nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh
vực cơ học. Năm 1773, ông xây dựng thành công cơ sở lý thuyết về sức bền
vật liệu. Năm 1779, ông công bố công trình về nguyên lý các máy đơn
giản và các định luật về ma sát. Năm 1784, ông hoàn thành công trình
nghiên cứu về sự xoắn đàn hồi của những sợi dây nhỏ và khám phá ra định
luật về lực xoắn, để rồi dựa vào đó, ông chế tạo ra “cân xoắn”, một dụng
cụ dùng để đo các lực nhỏ. Sau đó Culông bắt đầu nghiên cứu về các lực
điện và lực từ. Trong những năm 1785-1788, ông công bố hàng loạt kết quả
nghiên cứu và phát kiến của mình như: phép đo lực đẩy và lực hút giữa
các điện tích bằng cân xoắn, cách chế tạo kim nam châm, cách khử từ, sự
phân bố điện tích ở mặt ngoài vật dẫn, đưa ra khái niệm mômen từ, lý
thuyết về hiện tượng phân cực điện môi… Thành quả nổi bật nhất trong số
những thành quả đưa tên tuổi ông vào bất tử, chính là việc xác lập được
định luật về lực tương tác tĩnh điện (sau này thường được gọi là định
luật Culông).
Đến năm 1820, Ơcxtet (Christian Oerstedt, 1777-1851), nhà vật lý
người Đan Mạch, đã xuất sắc phát hiện ra được từ tính của dòng điện. Vài
tháng sau phát hiện đó, nhà vật lý tên là Aragô quan sát thấy các mạt
sắt bám vào dây dẫn có dòng điện chạy qua. Vài ngày sau, Ampe và Aragô
chế tạo được nam châm điện đầu tiên của loài người.
Dù mối quan hệ giữa điện và từ đã được phát hiện nhưng thực chất
của mối quan hệ đó là như thế nào thì lúc đó chưa ai biết tường tận.
Ơcxtet có đưa ra quan niệm của mình nhưng nhiều người khác không tán
thành. Còn bản thân những người này, nếu có những quan niệm nào đó thì
cũng chỉ là phỏng đoán mơ hồ, thiếu cơ sở. Mặt khác, khi bài toán biến
điện thành từ được giải quyết thì từ đó lập tức xuất hiện bài toán thứ
hai: vậy thì có thể biến từ thành điện được không, và nếu được thì bằng
cách nào? Rõ ràng, như lịch sử cho thấy, giải quyết được bài toán này sẽ
dẫn đến việc nhận thức được bản chất của mối quan hệ tương tác giữa
điện và từ.
| Charles-Augustin de Coulomb | |
|---|---|
Chân dung bởi Hippolyte Lecomte
|
|
| Sinh | 14 tháng 9, 1736 Angoulême, Pháp |
| Mất | 23 tháng 8, 1806 (70 tuổi) Paris, Pháp |
| Tôn giáo | Roman Catholic |
| Ngành | Vật lý học |
| Nổi tiếng vì | Định luật Coulomb |
| Hans Christian Ørsted | |
|---|---|
Nhà vật lý & hóa học người Đan Mạch
|
|
| Sinh | 14 tháng 8, 1777 Rudkøbing, Đan Mạch |
| Mất | 9 tháng 3, 1851 (73 tuổi) Copenhagen, Đan Mạch |
| Tôn giáo | Tin lành |
| Ngành | Vật lý, hóa học |
| Nơi công tác | Đại học Copenhagen |
| Alma mater | Đại học Copenhagen (Ph.D) (1799) |
| Nổi tiếng vì | Phát hiện tương tác điện từ |
| Ảnh hưởng bởi | Immanuel Kant |
| Giải thưởng | Huy chương Copley (1820) |
Chữ ký | |
Sự kiện có tính bước ngoặt trong sự nghiệp nghiên cứu khoa học của Farađây, làm ông dứt khoát chuyển hướng sang chủ yếu thực hiện các thí nghiệm về điện và từ là khi ông nghe nói tới việc tiến sĩ Vôluxtơn, thư ký của Hội khoa học Hoàng gia Anh đang nghiên cứu thí nghiệm về sự quay bởi lực sinh ra từ tương tác điện - từ. Đối với ông, đó là một đề tài thực sự hấp dẫn và ông quyết định tự thực hiện thí nghiệm để tìm hiểu vấn đề.
Ngày 12-6-1821, Farađây kết hôn với người thiếu nữ tên là Xara
Bacna, thực hiện thủ tục nghi lễ cưới tại nhà thờ là xong, không tổ chức
tuần trăng mật, ngày ngày vẫn tới phòng thí nghiệm làm việc đều đặn.
Bởi vì tâm trí ông đang tập trung cao độ, tìm cách giải quyết những khó
khăn nảy sinh trong quá trình thực hành thí nghiệm làm quay dây dẫn điện
nhờ tương tác điện - từ. Sau hàng loạt cuộc thí nghiệm miệt mài, cuối
cùng thì Farađây cũng đi đến thành công. Ngày 23-9-1821 được coi là ngày
Farađây tạo ra chiếc động cơ điện đầu tiên của nhân loại. Điều oái oăm
là khi Farađây thông báo kết quả thí nghiệm trong luận văn “Về những
chuyển động điện từ mới” thì đón đợi ông không phải là sự tán thưởng mà
là sự lên án. Nhiều người cho rằng ông đã cướp công nghiên cứu của tiến
sĩ Vônlaxtơn.
Farađây đã cố gắng giải thích cho mọi người hiểu rằng thí nghiệm
của ông hoàn toàn độc lập đối với thí nghiệm của Vônlaxtơn, đó là hai
thí nghiệm khác hẳn nhau không những về ý tưởng, cách thức, dụng cụ thực
hành mà cả về mặt cơ sở lý thuyết. Tuy nhiên, lời phân trần đó chẳng
được mấy ai đồng tình. Sự hiểu lầm đã làm cho ông rất muộn phiền. Thế
rồi, vào dịp lễ giáng sinh năm 1821, Farađây thực hiện lại thí nghiệm.
Trong số những người đến chứng kiến, có cả tiến sĩ Vônlaxtơn. Vônlaxtơn
là một nhà khoa học công tâm. Ông đã thừa nhận thí nghiệm của Farađây là
độc đáo, tài tình, khác hẳn thí nghiệm của ông và ông đã vui vẻ chúc
mừng sự thành công của Farađây.
Năm 1822, Farađây đã ghi vào nhật ký của mình: “Biến từ thành
điện”. Song ông chưa thực hiện ngay được nhiệm vụ đề ra đó vì còn phải
thực hiện cho xong một số đề tài nghiên cứu về hóa học. Trong năm 1823,
Farađây đã tìm ra được phương pháp hóa lỏng các chất khí dưới tác dụng
của áp suất và sự làm lạnh hỗn hợp khí. Với phương pháp đó, ông đã thu
được Clo, khí Sunfuarơ, Cácbonic, Amôniăc, Hydrô Sunfua ở thể lỏng. Sau
thành công đó, ông tiếp tục các thí nghiệm mới và đã tìm ra một chất mới
gọi là Benzen.
Hiểu được thực tài của Farađây, chính tiến sĩ Vônlaxtơn đã tiến cử
ông và ngày 8-1-1824, ông được bầu là hội viên của Hội khoa học Hoàng
gia Anh, chính thức đứng vào hàng ngũ những nhà khoa học lớn. Trong buổi
lễ đó, vị phụ trách tạp chí “Khoa học” của Hội khoa học Hoàng gia Anh
có hỏi:
- Thưa ngài Farađây! Ngài có bí quyết gì để có được những thành công?
Farađây trả lời chân thành và ngắn gọn:
- Quên mình vì khoa học!
Có một sự việc lạ lùng, trong việc bầu chọn Farađây: chỉ duy nhất
có một lá phiếu chống đối và lá phiếu đó lại chính là của giáo sư Đêvi.
Nhiều người đã không hiểu nổi vì sao Đêvi lại làm như vậy. Có người nhận
định rằng, đó là do lòng đố kỵ tài năng. Dù có thế nào đi chăng nữa thì
như lịch sử đã lưu lại, Farađây bao giờ cũng giữ lòng tôn kính giáo sư
Đêvi, vị ân nhân đã tận tình giúp đỡ và dìu dắt ông trong buổi đầu ông
đến với khoa học. Sau này khi Đêvi đã qua đời và quê hương Đêvi dựng đài
kỷ niệm ông, Farađây đã tự nguyện góp một khoản tiền lớn.
Năm 1825, Farađây giữ chức giám đốc phòng thí nghiệm của Hội khoa
học Hoàng gia Anh. Năm 1827, ông được phong hàm giáo sư đại học Hoàng
gia.
Con đường đi chinh phục bài toán “Biến từ thành điện” của Farađây,
phải nói là vô cùng khó khăn gian khổ. Ông đã thực hiện hàng trăm, thậm
chí hàng ngàn thí nghiệm mà vẫn không đạt kết quả. Thất bại nối tiếp
thất bại không làm ông nản chí. Bởi vì, niềm tin của ông là không thể
lay chuyển. Sau mỗi lần thí nghiệm không thành công, Farađây đều ghi
chép tỉ mỉ và đưa ra nhận xét. Từ đó và nhờ có sự suy luận sắc sảo, ông
đã dần dần đi đúng hướng và chính vì thế mà may mắn đã cười với ông.
Tháng 8-1831, trong một lần thí nghiệm, Farađây dùng hai dây dẫn đã phủ
ngoài một lớp cách điện, cùng quấn lên một lõi bằng gỗ, một cuộn nối với
bộ pin Vônta, một cuộn nối với điện kế. Chẳng có gì xảy ra! Nhưng khi
ông ngắt điện định dừng cuộc thí nghiệm thì tình cờ phát hiện được sự
lay động nhỏ của kim điện kế. Thời gian xảy ra và kết thúc hiện tượng
rất nhanh và cũng vì thế mà khó phát hiện. Ông lặp lại thí nghiệm và
thấy rằng kim điện kế chỉ lay động khi đóng hay ngắt dòng điện. Phát
hiện này là cực kỳ quan trọng, đóng vai trò quyết định đến việc thực
hiện mục tiêu nghiên cứu “Biến từ thành điện” do chính ông đề ra cho
mình từ năm 1822. Hơn thế nữa nó đã mở ra con đường sán lạn, dẫn Farađây
đến với những khám phá thực sự vĩ đại, với những nhận định và phát kiến
thiên tài.
Farađây gọi hiện tượng kể trên là “Cảm ứng điện Vônta”. Ông còn
nhận ra rằng nếu thay lõi gỗ bằng một thanh nam châm vĩnh cửu thì dòng
điện xuất hiện do cảm ứng điện Vônta sẽ mạnh lên rất nhiều và ông gọi
hiện tượng này là “cảm ứng từ điện”. Như vậy mô hình đầu tiên của các
biến thế điện đã được Farađây chế tác ra.
Sau đó từ suy luận xuất sắc rằng chỉ khi dòng điện trong cuộn dây
nối với bộ pin Vônta biến thiên (khi đóng ngắt mạch) thì trong khoảng
thời gian biến thiên ấy, mới xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây
nối với điện kế, nhưng đồng thời cuộn dây nối với bộ pin Vônta còn đóng
vai trò của một nam châm điện, Farađây đi đến kết luận rằng có thể sự
biến đổi từ tính quanh cuộn dây nối với điện kế là nguyên nhân trực tiếp
làm xuất hiện trong nó dòng điện. Trên cơ sở lập luận đó, ông tiến hành
thí nghiệm thay cuộn dây nối với bộ pin Vônta bằng một nam châm vĩnh
cửu chuyển động dọc cuộn dây nối với điện kế. Thực nghiệm đã chứng tỏ
rằng ông đã nhận định hoàn toàn đúng đắn và ông ghi vào nhật ký khoa học
của mình: “Dòng điện chỉ xuất hiện khi nam châm chuyển động so với dây
dẫn, chứ không phải vì các tính chất có trong dây dẫn đứng yên”. Đây
chính là nộ dung cơ bản của định luật cảm ứng điện từ.
Tiếp theo, Farađây nghĩ tới việc làm sao cho dòng điện cảm ứng duy
trì được lâu dài. Suốt hai tháng thử nghiệm bằng nhiều cách, cuối cùng,
ngày 28-10-1831, ông đã thành công: chế tạo được một cơ cấu phát sinh
liên tục một dòng điện cảm ứng. Cơ cấu này được coi là chiếc máy phát
điện đầu tiên trên thế giới.
Ngày 24-11-1831, Farađây công vố tại Hội khoa học Hoàng gia Anh
những khám phá của mình về hiện tượng cảm ứng điện từ và các hiện tượng
liên quan có tính qui luật khác, gây chấn động dư luận giới khoa học ở
tất cả các nước.
| Alessandro Volta | |
|---|---|
Alessandro Volta.jpeg (1745-1827)
|
|
| Sinh | 18 tháng 2, 1745 Como .svg){kind=small} Lãnh địa Milano |
| Mất | 5 tháng 3, 1827 (82 tuổi) Como  Vương quốc Lombardy-Venetia |
| Ngành | Vật lý |
| Nổi tiếng vì | Phát minh ra pin điện |
Sự nghiệp nghiên cứu của Farađây không dừng lại ở đó: Ông vẫn tiếp tục lao vào hàng loạt các thí nghiệm mới về điện, và khám phá cũng như phát kiến thêm nhiều hiện tượng, nhiều nhận định quan trọng khác. Chẳng hạn, ông đã nghiên cứu hiện tượng điện phân và vào khảong năm 1833-1834, tìm ra hai định luật (định tính) cơ bản của hiện tượng này. Năm 1843, bằng thực nghiệm, ông chứng minh định luật bản toàn điện tích, tìm ra sự nhiễm điện bằng cảm ứng. Năm 1845, ông phát hiện ra sự quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng trong từ trường (hiệu ứng Farađây). Năm 1846 ông khám phá ra rằng năng lượng tĩnh điện được định vị trong các chất điện môi. Trên cơ sở đó ông tìm ra “hằng số điện môi”, một hằng số quan trọng của vật lý học…
Loạt công trình mang tên “các nghiên cứu thực nghiệm về điện” kết thúc vào năm 1851. Thực nghiệm sau cùng về điện mang số hiệu 
.
.
Từ sau năm 1851, người ta không còn thấy xuất hiện các công bố khoa
học mới của Farađây đăng trên báo nữa. nhưng chắc chắn rằng ông vẫn
không ngừng thực hành thí nghiệm và suy tư khoa học. Bởi vì không thể
phủ nhận được niềm say mê mãnh liệt được tìm tòi, khám phá, sự xả thân
cho nghiên cứu khoa học một cách vô điều kiện, không màng danh lợi của
ông. Về điều này, có thể nêu ra những dẫn chứng tiêu biểu. Chẳng hạn,
năm 1831, một số hãng kinh doanh ở Luân Đôn mời Farađây cộng tác với thù
lao gấp hàng chục lần số lương chính của ông nhưng ông đã từ chối. Có
lần ông nói: “Nhà khoa học không chỉ là con buôn”. Trong khi đó, ông và
gia đình vẫn sống ở hai căn phòng nhỏ trong tòa nhà Hội khoa học Hoàng
gia Anh và với đồng lương tuần 160 silinh. Thấy tình cảnh đó, bạn bè của
Farađây đã âm thầm vận động chính phủ Anh trợ cấp cho ông. Vì thế đến
năm 1835 ông mới nhận được một khoản trợ cấp hàng năm là 15000 silinh để
phục vụ nghiên cứu khoa học. Cũng từ năm 1835, Farađây bắt đầu rút lui
khỏi các công việc hành chính, giảng dạy với lý do duy nhất, là dồn hết
sức lực cho nghiên cứu khoa học. Về sau, nhiều lần được đề nghị giữ chức
vị Chủ tịch Hội khoa học Hoàng gia Anh nhưng ông đều từ chối. Năm 1855,
chính phủ Anh quyết định tặng Farađây danh hiệu quí tộc, nhưng khi hỏi ý
kiến ông, ông đã trở lời: “Giáo sư Farađây xuất thân từ tầng lớp bình
dân và không mong muốn biến thành quí tộc!”. Sau này, năm 1858, ông có
nhận và cảm ơn Nữ hoàng Anh đã tặng ông căn biệt thự nhỏ ở Khemtơn
Coóctơ (Hampton Court). Dẫn đến sự việc này cũng là nhờ bạn bè của
Farađây vận động nhưng giấu ông.
Trọn đời, Farađây đã sống đúng với tâm niệm của ông thời thanh niên
và những lời thổ lộ trước giáo sư Đêvi: đến với khoa học để được thỏa
mãn niềm say mê nghiên cứu khoa học chứ không phải vì bổng lộc. Có lẽ vì
vậy mà ông cũng tỏ ra bình dị, chân thành và không ưa hiềm khích. Có
thể thấy cái tính cách bình dị của Farađây ngay trong những ghi chép của
ông.
Cần nhớ lại rằng đồng thời với Farađây, Ampe cũng tiến hành các thí
nghiệm để tìm mối quan hệ giữa điện và từ và cũng đạt những thành tựu
xuất sắc. Đọc các ghi chép của Ampe, có thể thấy các kết quả cô đọng
trong từng công thức với sự chính xác hoàn toàn không thể phủ nhận được,
lý thuyết và thực nghiệm được trình bày song đôi, hợp thành một thể
chặt chẽ về lôgic và toán học. Trong các ghi chép đó, không thể thấy
được sự hình thành từng bước của các ý niệm đã đưa nhà nghiên cứu đến
thành công. Khi công trình đã hoàn thành thì Ampe xóa hết mọi dấu vết,
dù rất cần trong quá trình xây dựng.
André-Marie Ampère
Ngược với Ampe, Farađây thành thật phô bày các bước thử nghiệm cả thành công cũng như thất bại, cả những ý nghĩ sai lầm đầu tiên cũng như những kết luận đúng đắn cuối cùng. Cho nên, đọc Farađây, người ta thấy gần gũi hơn là ngạc nhiên, dù các khám phá và phát kiến của ông là thực sự phi thường.
Mácxoen đã nhận xét thế này: “Mọi học sinh cần nghiên cứu các tác
phẩm của Ampe để thấy một mẫu mực, xuất sắc của phong cách công bố các
kết quả thuần túy của phát minh. Nhưng chúng ta cần phải đọc các bài
viết của Farađây, vì qua đó có thể phát triển các suy tư khoa học, tự
mình cảm nhận sự thay đổi của tác động và phản tác động tạo ra bởi tác
động qua lại của các ý niệm đang hình thành và các kết quả vừa mới được
phát hiện”. Mácxoen còn đánh giá một cách xác đáng rằng: “Có lẽ đó là sự
may mắn cho khoa học. Mặc dù biết các dạng cơ bản của không gian, thời
gian và tác dụng lực, nhưng Farađây không phải là nhà toán học thực hành
và do đó, ông không quyến rũ bằng những điều thú vị mà toán học thuần
túy cho phép. Nếu bó gọn các kết quả vào dạng toán học, thì phải chú ý
đến thị hiếu toán học của thời đại, vì nếu không làm như thế, sẽ bị các
nhà toán học phản đối. Nhưng điều đó không làm Farađây chú ý và như vậy,
ông không bị bó buộc chân tay mà có thể đi theo con đường của mình, làm
phù hợp các suy nghĩ với các bằng chứng và trình bày các kết quả với
ngôn ngữ hoàn toàn tự nhiên”.
Chính Farađây đã đưa ra hàng loạt những thuật ngữ mà ngày nay vẫn
được dùng phổ biến trong vật lý học, như: chất điện phân, điện cực,
anot, catốt, ion, đương lượng điện hóa học, đường sức, trường vật lý, từ
trường… Trong đó thuật ngữ: đường sức và trường mang một ý nghĩa đặc
biệt về mặt nhận thức khoa học đối với hiện thực khách quan.
Theo quan niệm của Niutơn thì Vũ Trụ là khoảng không gian trống
rỗng bao la, trong đó tồn tại vạn vật có quảng tính tác động lẫn nhau,
tạo nên chuyển động của nhau thông qua một đại lượng biến đổi theo qui
luật phổ biến gọi là “lực vạn vật hấp dẫn”. Dù chưa biết được nguồn gốc
của lực vạn vật hấp dẫn nhưng Niutơn cho rằng nó có tính tác dụng xa,
tức thời. Nếu “đùng một cái” xuất hiện hai vật trong Vũ Trụ và dù khoảng
cách giữa chúng có xa bao nhiêu chăng nữa thì ngay tức khắc cũng xuất
hiện lực tương tác hấp dẫn giữa chúng (thời gian giữa xuất hiện hai vật
và xuất hiện lực hấp dẫn là bằng 0 và lực đó là trực tiếp, không thông
qua vật chất trung gian nào cả). Nếu một trong hai vật đột ngột biến mất
thì lực tương tác hấp dẫn giữa chúng cũng tức khắc không còn nữa. Thật
khó hình dung một thực tại khách quan “xử sự” như thế nhưng định luật
vạn vật hấp dẫn mà Niutơn nêu ra lại hoàn toàn phù hợp với hiện thực
khách quan và được thực chứng khẳng định. Thực ra quan niệm về sự trống
rỗng của không gian dẫn đến tương tác hấp dẫn không thông qua bất cứ
khâu trung gian truyền tiếp lực nào đã là một “bối rối lớn” của Niutơn
mà ông không giải quyết được.
Rút ra từ việc quan sát những thí nghiệm về tương tác điện - từ do
chính mình thực hiện, Farađây đưa ra khái niệm “trường”, dẫn đến hình
thành một quan niệm mới có tính cách mạng về tồn tại vật chất và phân bố
vật chất trong Vũ Trụ. Farađây cho rằng khi một vật mang điện tích hoặc
có từ tính, nó sẽ làm xuất hiện quanh nó một miền liên tục, có khả năng
tương tác lực, và ông gọi đó là “trường” (điện trường, từ trường).
Trong quá trình nghiên cứu, khảo sát những biểu hiện của trường điện -
từ, ông đã đưa ra thuật ngữ “đường sức”. Ông dùng hình ảnh các đường sức
để diễn giải các kết quả về hiện tượng tương tác điện từ mà ông thu
được qua thí nghiệm, chẳng hạn như: dòng điện cảm ứng xuất hiện khi có
các đường sức từ cắt ngang qua dây dẫn, hay: cường độ dòng điện trong
dây dẫn phụ thuộc vào số lượng các đường sức từ cắt ngang qua dây dẫn đó
trong một đơn vị thời gian … Ngay từ năm 1846, Farađây đã tin tưởng
rằng, đường sức là có thật và mang bản chất vật lý. Ông viết: tôi
nghiêng về giả thuyết là các đường sức của từ trường tồn tại. Các đường
sức của điện trường cũng tồn tại giống như vậy”. Tuy nhiên, Farađây vẫn
chưa xác định được cụ thể đường sức là cái gì. Cho nên ông cũng viết:
“Những ai tán thành giả thuyết ête đến một mức độ nào đó có thể coi
những đường sức như là những dòng chảy, hoặc như những dao động đang
truyền đi, hoặc như một chuyển động sóng dừng, hoặc như một trạng thái
của sự căng”.
Ngày nay, chúng ta có thể hiểu đại khái, đường sức là sự thể hiện
“cấu trúc”, cách thức “phân bố” năng lượng theo qui luật nhất định của
một trường lực. Có thể dựa vào hình dạng hình học cũng như biểu diễn
toán học của hệ đường sức mà xác định được cường độ (khả năng tương tác
lực) và phương chiều tác dụng tại một điểm bất kỳ thuộc miền của trường
lực đó.
Đến với quan niệm trường, Farađây đồng thời cũng rời bỏ quan niệm
lực tác dụng xa, qua không gian trống rỗng của Niutơn đang ngự trị trong
vật lý học lúc bấy giờ. Ông coi trong không gian luôn tồn tại một
trường lực nào đó và tại mỗi điểm của trường lực có một trị số và véctơ
của lực. Nếu một vật lọt vào trong đó, nó sẽ phải nhận một lực tác động.
Nếu Đềcác đến với quan niệm không gian lấp đầy vật chất và tác dụng gần
bằng sự suy lý thuần túy thìfa đến với quan niệm trường và tác dụng gần
bằng con đường suy ra từ thực nghiệm. Theo Farađây giả thiết, nếu hai
thực thể vật chất ở cách xa nhau mà tương tác nhau thì thực thể vật lý
đóng vai trò trung gian chuyển tiếp trong việc truyền tương tác ấy phải
là trường lực.
Trường hay trường lực là tên gọi chung cho các loại: trường tĩnh
điện, trường từ, trường điện từ, trường hấp dẫn… Farađây tin tưởng sâu
sắc vào sự thống nhất của thế giới vật chất. Năm 1842, ông đã ghi vào
nhật ký: “Lực hấp dẫn chắc chắn thích hợp để chúng ta tìm sự liên hệ
bằng thực nghiệm với lực điện - từ và các lực khác cũng như những gì cấu
tạo nên từ chúng, tương tác với chúng và cho kết quả giống nhau”
Dù rằng vẫn chưa thành công trong việc khảo sát sự biến đổi qua lại
giữa trường hấp dẫn và trường điện từ, ông vẫn khẳng định niềm tin ấy:
“Kết quả thí nghiệm là phủ định. Điều đó không làm lay chuyển niềm tin
mạnh mẽ của tôi về sự phụ thuộc giữa lực hấp dẫn và điện từ trường, ngay
cả khi còn chưa chứng minh được bằng thực nghiệm,
Vật lý học ngày nay đang thừa nhận rằng, Vũ Trụ “chứa đầy” vật
chất, không có không gian trống rỗng, vật chất tồn tại dưới hai dạng cơ
bản là các vật thể và trường, chúng có thể tương tác lẫn nhau theo lối
tiếp cận từ gần đến xa, theo những cách thức đặc thù về mặt động lực học
mà chúng thể hiện.
Thành tựu khoa học mà Farađây đạt được là thật lớn lao. Sau khi
những công trình khoa học của ông được công bố, tên tuổi ông trở nên
lừng lẫy khắp Châu Âu. Cả thế giới khâm phục tài năng của ông. Ông được
nhiều trường đại học ở Châu Âu phong tặng học vị tiến sĩ danh dự, trở
thành viện sĩ Viện hàn lâm khoa học Pháp, Đức, Nga…
Tổng kết sự nghiệp nghiên cứu khoa học của Farađây, có lẽ không gì
bằng nhận xét ngắn gọn sau đây của Xtôlêtôp, nhà vật lý học nổi tiếng
người Nga: “Từ Galilê chưa xuất hiện và sẽ không sớm xuất hiện nhà bác
học làm giàu cho khoa học bằng các phát minh toàn diện và kỳ diệu như
Farađây”.
Mùa hè năm 1867, Farađây bị điếc và lãng trí. Ngày 25/9/1867, như
thường lệ, ông ngồi trên chiếc ghế bành ở phòng làm việc trong ngôi biệt
thự cổ mà Nữ hoàng Anh đã tặng ông, thiu thiu ngủ và rồi lần này, ông
không bao giờ trở dậy nữa.
Mọi người an táng ông tại nghĩa trang ở Haiget, quê hương ông. Trên tấm bia mộ không có gì đặc biệt, chỉ khắc:
“Mixen Farađây
Sinh ngày 22-9-1791
Mất ngày 25-8-1867”
Sự
thể hiện giản dị đó cũng chính là nguyện vọng cuối cùng của ông: “Là
người bình thường, sau khi chết tôi muốn vẫn là người bình thường”.
Farađây thực sự là một thiên tài trên cương vị nhà nghiên cứu khoa
học, đồng thời là một nhân cách lớn, đáng kính phục trên cương vị con
người. Ông mãi là tấm gương chói lọi về đức tính tự lực cánh sinh, về ý
chí phấn đấu vươn lên không mệt mỏi và về tinh thần làm việc hăng say,
đầy trách nhiệm, không bị vẩn đục bởi sự thèm khát danh lợi thấp hèn.
Người lãnh sứ mạng “toán học hóa” những khám phá, những suy luận
xác đáng rút ra từ những khám phá đó về hiện tượng tương tác, cảm ứng
giữa điện và từ của Farađây, hệ thống hóa, nâng cao thành một lý thuyết
tổng quát hoàn chỉnh, cũng là một thiên tài. Thiên tài đó có tên là
Mắcxoen.
(Còn tiếp)
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
Nhận xét
Đăng nhận xét