Dịch bởi tieu_dao_tac tdt.sub@gmail.com
VŨ TRỤ: HÀNH TRÌNH KHÔNG GIAN VÀ THỜI GIAN
Tập 5: Ẩn mình trong ánh sáng
Tuổi đời và kích thước của vũ trụ
được viết trong ánh sáng.
Đặc điểm hình dạng và cấu tạo của các vì sao,
các quy luật không gian và thời gian...
hiện hữu muôn đời,
nhưng chúng ta không nhìn thấy chúng...
cho tới khi ta tìm ra những phương pháp quan sát tiến bộ hơn.
Câu chuyện về quá trình thức tỉnh này có nhiều mở đầu
và không có điểm kết.
Người hùng của câu chuyện này xuất hiện ở nhiều thời điểm và địa điểm--
một triết gia Trung Quốc cổ đại,
một thầy phù thủy làm ngỡ ngàng Quốc vương I-rắc vào thế kỉ 11,
một đứa bé mồ côi Đức nghèo phải làm nô lệ cho lão chủ hà khắc.
Mỗi người trong số họ cho phép chúng ta tiến gần hơn
tới việc giải mã các bí mật ẩn mình trong ánh sáng.
Hầu hết tên họ đã bị lãng quên,
nhưng ở đâu đó, cách đây lâu lắm rồi, một người nào đó đã ngẩng lên
và chứng kiến trò ảo thuật của ánh sáng.
Biết đâu được đấy?
Có thể trò ảo thuật ấy
đã gợi cảm hứng cho họa sĩ đầu tiên.
Điều này từ đâu mà có?
Bằng cách nào mà con người, từ những nhóm người săn bắt và hái lượm nhỏ,
nay đây mai đó, sống cảnh màn trời chiếu đất,
dựng xây nên nền văn minh toàn cầu?
Điều đó đã xảy ra như thế nào?
Câu trả lời không chỉ có một.
Biến đổi khí hậu, khai hóa lửa,
phát minh ra công cụ, ngôn ngữ, nông nghiệp,
tất cả đều góp phần.
Và có lẽ là còn những điều khác nữa.
Hơn 2.000 năm trước ở Trung Quốc,
triết gia Mặc Tử đã phát hiện ra rằng
ta có thể dùng ánh sáng để tạo ra hình ảnh
trong một phòng kín.
Đó là những ghi chép về chiếc máy ảnh đầu tiên...
phòng nhìn hình chiếu,
nguyên mẫu của mọi thiết bị ghi hình sau này,
bao gồm cả chiếc máy quay của chương trình này.
Việc lợi dụng đặc tính kì lạ của ánh sáng
đã tạo ra thứ rất có thể là bộ phim đầu tiên trên thế giới.
Mặc Tử, bậc thầy ánh sáng, đấu tranh chống lại bóng tối trên mọi mặt trận.
Là một nhà quân sự tài ba,
ông dùng tài năng của mình để chống lại bạo lực.
Người đời truyền tụng việc ông chu du
tới những quốc gia chịu cảnh loạn lạc,
sử dụng những kế sách tài tình của mình
để khuyên giải các bậc quân vương từ bỏ ý định chiến tranh.
Ông là một trong những người đầu tiên nuôi mộng về bác ái,
về một xã hội không nghèo đói, về bình đẳng
và về một nhà nước do dân.
Ông cũng lý luận chống lại thói phục tùng mù quáng
trước lễ giáo và quyền lực.
Đọc sách của ông, bạn có thể tìm thấy
những dấu vết đầu tiên của phương pháp tiếp cận khoa học.
Tính tới thời Mặc Tử, người Trung Quốc đã sử dụng sách vở
để ghi chép ý tưởng của mình được ít nhất 1.000 năm.
Tuy vậy, hiểu biết của chúng ta về Mặc Tử không còn lại nhiều.
Hiểu biết này phần lớn là các lý luận
do ông và các đệ tử viết.
Một trong các lý luận này có tên "Phi mệnh",
đưa ra phương pháp chất vấn ba khía cạnh của mọi học thuyết.
Chất vấn cơ sở của học thuyết--
chất vấn tính vững chắc của nó
qua các bằng chứng mắt thấy tai nghe--
chất vấn tính thực tiễn của học thuyết--
và liệu nó có mang lại lợi ích cho số đông không.
Danh tiếng Mặc Tử truyền khắp thiên hạ,
nhưng một vài trăm năm sau khi ông mất,
Tần Thủy Hoàng, hoàng đế đầu tiên,
người đã thống nhất Trung Quốc, lên ngôi.
Tần Thủy Hoàng biến một lục địa thành một quốc gia.
Quốc gia này vẫn mang tên ông... Trung Quốc. (ND: "China" được cho là xuất phát từ "Qin", phát âm là "chin", nghĩa là "Tần")
Phần lớn thế giới biết tới Tần Vương bởi đội quân đất nung
gồm 7.000 pho canh gác lăng mộ ông.
Trong công cuộc
bình định thiên hạ,
Tần Thủy Hoàng đưa ra những chính sách quyết liệt
nhằm tiêu chuẩn hóa mọi thứ.
Các chính sách này bao gồm việc thống nhất đơn vị tiền tệ,
trọng lượng và đo lường,
thống nhất bề rộng của xe và đường,
chuẩn hóa cách viết chữ
bao gồm cả nội dung được viết ra và tư tưởng cá nhân.
Tư tưởng duy nhất được phép tồn tại, tư tưởng của Tần Thủy Hoàng,
là tư tưởng "Pháp gia".
Nội dung tư tưởng này giống như tên gọi,
tuân thủ luật pháp... hoặc sẽ bị trừng phạt.
Hệ tư tưởng này không cho phép
việc chất vấn trật tự xã hội.
...sách vở về các tư tưởng khác
sẽ bị đốt,
kẻ nào dám dùng quá khứ để chỉ trích hiện tại
sẽ bị hành quyết toàn gia.
Các học thuyết của Mặc Tử, Khổng Tử
và các triết gia khác bị hủy hoại
trong vụ đốt sách đầu tiên trên thế giới.
Hàng trăm sĩ phu dũng cảm kháng cự,
tìm cách lưu giữ các cuốn sách bị cấm.
Những người này đã bị chôn sống.
Để nở rộ, khoa học cần có ánh sáng của tự do tư tưởng.
Sự phát triển của khoa học dựa vào quyền chất vấn trật tự xã hội
và tự do trao đổi ý tưởng.
Những tia sáng hiếu kì đầu tiên trong các lý luận
và học thuyết của Mặc Tử đã bị dập tắt hoàn toàn.
Phải mất một nghìn năm sau, bộ phim thứ hai mới ra đời.
May mắn thay, con tàu tưởng tượng
có thể đưa ta tới bất kì thời điểm và địa điểm nào.
Người Trung Quốc và Hy Lạp cổ đại nhận ra rằng
ta có thể vận dụng ánh sáng
để tạo ra những điều kì thú. Nhưng không ai đặt ra câu hỏi
các thiên tài hay những đứa bé hay hỏi. Đó là: Tại sao?
Cho tới một nghìn năm trước...
Tại thành phố Basra, I-rắc,
có một bậc thầy về ánh sáng khác.
Ibn al-Hazen đam mê tìm hiểu tự nhiên.
Ông chất vấn mọi điều,
đặc biệt là những điều chúng ta coi là ngẫu nhiên.
Ông tự hỏi: "Chúng ta nhìn thấy mọi vật như thế nào?"
Một vài nhân vật được trọng vọng trước ông
bảo rằng ánh sáng đi ra từ mắt ta
tới các vật thể, sau đó lại đi ngược về mắt.
Nhưng al-Hazen lý luận rằng các vì sao ở quá xa
để tia sáng từ mắt đi được tới đó
rồi lại quay về mắt ta trong một chớp mắt.
Lý luận rất hợp lý, nhưng al-Hazen không dừng lại ở đó.
Ông tìm cách hé lộ bí mật của tự nhiên.
Nền văn hóa của ông cho phép tự do chất vấn và trao đổi ý tưởng.
Ngày đó là thời kì hoàng kim của khoa học
trong thế giới Hồi giáo.
Thế giới này trải rộng từ thành phố Cordoba thuộc Tây Ban Nha
cho tới thành phố Samarkand ở Trung Á.
Các học sĩ Cơ Đốc Giáo và Do Thái là khách mời danh dự
tại các viện nghiên cứu tại Baghdad, Cairo,
và các thủ phủ Hồi giáo khác.
Thay vì đốt sách, các Quốc vương Hồi giáo gửi sứ thần
chu du khắp nơi thu thập sách.
Các Quốc vương mạnh tay tài trợ các dự án dịch, nghiên cứu
và bảo tồn các sách này cho thế hệ tương lai.
Nếu không nhờ họ, một phần đáng kể mầm rễ của khoa học Hy Lạp Cổ
đã bị vùi dập mãi mãi.
Công cuộc thức tỉnh khoa học ở châu Âu
vài trăm năm sau này là sự kế thừa thành quả
được bấy lâu vun vén
bởi các học giả và nhà khoa học Hồi giáo.
Người Ả Rập cũng đưa các ý tưởng của người Ấn Độ tới phương Tây,
trong đó bao gồm hệ số được gọi là hệ số Ả Rập
mà chúng ta sử dụng ngày nay.
Và cả khái niệm số 0...
rất thuận tiện
để viết các số hàng tỉ.
Ảnh hưởng của nền thiên văn học Ả Rập rõ rệt đến mức
ngày nay, chúng ta vẫn gọi những ngôi sao sáng nhất
bằng tên Ả Rập của chúng.
Và chữ "al" trong đại số (algebra), thuật toán (algorithm), thuật giả kim (alchemy), và rượu (alcohol)
chỉ là một vài dấu vết còn sót lại
từ thời kì tiếng Ả Rập là ngôn ngữ của khoa học.
Vào thế kỷ 11, Ibn al-Hazen bắt tay vào kiểm chứng
các học thuyết về ánh sáng và cách con người nhìn thấy mọi vật của mình.
Chúng tôi đã chuẩn bị một thí nghiệm để xác định đường đi của ánh sáng.
Chúng tôi dựng một căn lều giữa ban ngày
và giăng kín lều sao cho chỉ một tia sáng nhỏ
đi vào lều tối.
Sử dụng trí tuệ
và một miếng gỗ thẳng, một chiếc thước kẻ,
al-Hazen đã bước một bước dài
trong lịch sử khoa học.
Ông phát hiện ra rằng ánh sáng đi theo đường thẳng.
Nhưng vẫn chưa hết.
Al-Hazen còn phát hiện ra rằng chìa khóa của việc tạo ảnh,
dù là ở trong mắt hay trong phòng nhìn hình chiếu,
là một lỗ nhỏ, giới hạn lượng ánh sáng
đi vào lều tối.
Lỗ này loại bỏ
các tia sáng không cần thiết xung quanh chúng ta.
Đường vào càng nhỏ
thì đường đi của ánh sáng càng tập trung.
Và như thế, hình ảnh càng rõ nét.
Thay vì bị ánh sáng làm chói mắt,
ta có thể nhìn thấy mọi thứ trong ánh sáng.
Al-Hazen tự mình thiết kế một phòng nhìn hình chiếu
và làm ngỡ ngàng các bậc quân vương.
Một phòng nhìn hình chiếu hoạt động hiệu quả nhất trong ánh sáng mạnh.
Ánh sáng của các vì sao là quá yếu.
Chúng ta cần một cổng thu sáng lớn hơn
mà vẫn duy trì được độ sắc nét của hình ảnh.
Một chiếc kính viễn vọng thu thập ánh sáng
từ bất cứ điểm nào
quan sát được qua một miếng thấu kính hay miếng gương,
một cổng vào lớn hơn trong phòng nhìn hình chiếu rất nhiều.
Đây là một trong những chiếc kĩnh viễn vọng đầu tiên...
chiếc kính này được Galileo sử dụng năm 1609.
Nhờ nó, ông đã vén bức màn đêm tối
và bước vào khám phá vũ trụ.
Thấu kính cho phép kính viễn vọng
có một phạm vi thu sáng rộng hơn
đôi mắt của chúng ta.
Giống như thùng to thì hứng được nhiều nước mưa hơn thùng nhỏ.
Các kính viễn vọng hiện đại có phạm vi thu sáng rộng hơn,
bộ dò có độ nhạy cảm cao
và chúng có thể theo dõi một vật trong nhiều giờ
để thu thập nhiều ánh sáng nhất có thể từ vật đó.
Các kính viễn vọng không gian như Hubble,
đã thu được ánh sáng từ những thiên hà xa xôi
và cổ xưa nhất,
giúp chúng ta có một cái nhìn rõ ràng hơn về vũ trụ.
Al-Hazen đã phát hiện ra cách ánh sáng tạo ra hình ảnh,
nhưng đó vẫn chưa phải thành tựu vĩ đại nhất của ông.
Ibn al-Hazen là người đầu tiên
đề ra các nguyên tắc của khoa học.
Ông đưa ra một phương pháp sửa lỗi,
một phương thức chặt chẽ và có tính hệ thống
nhằm loại bỏ các quan niệm sai lầm của con người.
Tìm ra sự thật là một việc khó khăn...
và con đường tới đó vô cùng gian nan.
Là những người đi tìm sự thật,
bạn cần phải thông thái, tránh bảo thủ và tin tưởng mù quáng
vào kết quả của bậc tiền nhân.
Bạn phải chất vấn, kiểm nghiệm tỉ mỉ các kết quả này
từ mọi khía cạnh.
Hãy nghe theo các lý luận và thực nghiệm
chứ đừng chỉ nghe lời của một ai đó.
Bởi không ai
là hoàn hảo.
Là những người đi tìm sự thật,
trong quá trình nghiên cứu, chúng ta phải hoài nghi
và chất vấn quan điểm của chính mình
để tránh thói cẩu thả, định kiến.
Tuân theo nguyên tắc này, và bạn sẽ tìm ra sự thật.
Đó chính là nguyên tắc của khoa học.
Ảnh hưởng của nó sâu sắc đến mức nó đã đưa các sứ giả rô-bốt của chúng ta
tới rìa Hệ Mặt Trời và vươn xa hơn thế.
Nó cũng tăng gấp đôi tuổi thọ con người
và đưa những thế giới đã mất trong quá khứ
về với chúng ta.
Nó cũng cho phép chúng ta dự đoán các sự kiện...
xảy ra trong tương lai xa xôi...
và cho phép con người liên lạc với nhau ở tốc độ ánh sáng
như chính tôi và các bạn lúc này.
Tư tưởng này đã ban cho chúng ta sức mạnh
mà có lẽ chính al-Hazen sẽ tưởng là ma thuật.
Nhưng chính ông lại là người đã dẫn dắt chúng ta vào con đường gian nan, bất tận này.
Và giờ con đường ấy đã đưa chúng ta
tới nơi mà cả ánh sáng cũng phải nhường bước cho bóng tối.
Ánh sáng sở hữu những đặc tính rất khác
với bất cứ thứ gì trong thế giới loài người.
Hãy lấy tốc độ ánh sáng làm ví dụ.
Hạt cơ bản của ánh sáng, hạt photon,
từ lúc sinh ra ở một nguyên tử hay phân tử
đã di chuyển ở tốc độ ánh sáng.
Hạt photon chỉ có một tốc độ duy nhất
và chúng ta vẫn chưa phát hiện ra một hiện tượng tăng tốc tức thời
từ 0 tới cực đại nào tương tự như thế.
Không gì di chuyển nhanh bằng nó.
Khi chúng ta tìm cách tăng tốc các nguyên tử,
càng tới gần tốc độ ánh sáng, chúng càng trì lại
như thể chúng ngày càng nặng.
Chưa một thí nghiệm nào tìm ra cách
khiến một nguyên tử di chuyển ở tốc độ ánh sáng.
Tiếng gì vậy?
Các bạn có nghe thấy không?
Tôi đang nói đến đâu ấy nhỉ? À, phải rồi.
Đặc tính của ánh sáng là có một không hai.
Các giác quan của con người
đối nghịch với các đặc tính kì lạ của ánh sáng.
Chúng ta quá tin vào giác quan của mình đến nỗi
chúng ta không nhận ra các đặc tính của tự nhiên
mà các thiết bị theo dõi chỉ ra.
Các giác quan của chúng ta làm việc hiệu quả với các vật có kích thước bằng con người,
di chuyển ở tốc độ của một loài động vật có vú,
nhưng không phù hợp với đặc tính kì diệu của tốc độ ánh sáng.
Thậm chí chúng ta còn chưa biết tại sao lại có một giới hạn tốc độ trong vũ trụ.
Thời gian dừng lại khi bạn di chuyển ở tốc độ ánh sáng.
Nhưng ánh sáng là gì?
Đam mê cả đời với ánh sáng của Isaac Newton
bắt đầu khi ông còn là một cậu bé...
sống trong chính ngôi nhà này.
Bước vào tuổi 20, Newton trở thành người đầu tiên
giải mã được bí mật của cầu vồng.
Ông phát hiện ra rằng một số ánh sáng, hay ánh sáng trắng,
là sự phối trộn của tất cả các màu trong cầu vồng.
Một phát hiện quan trọng.
Ông gọi dải màu này là "quang phổ",
xuất phát từ tiếng Latin của "bóng ma" và "hiện hình."
Thưa Ngài Newton,
mời ngài lên ăn kẻo nguội.
Không, Isaac, đừng đặt kính lúp xuống.
Một thứ còn kì diệu hơn thế còn đang ẩn mình trong ánh sáng--
một mật mã, chìa khóa của vũ trụ.
Isaac Newton không bỏ lỡ nhiều, nhưng lần đó thật đáng tiếc.
Ông vừa đi ngang qua cánh cửa tới một vũ trụ bị giấu kín.
Phải mất 150 năm sau, cánh cửa này mới mở ra.
Trọng trách này đặt lên vai một nhà khoa học khác
ở thế kỉ 19.
Ông đã tình cờ tìm thấy một phần bằng chứng
của những thế giới tàng hình xung quanh chúng ta.
Ban đêm, William Herschel quan sát bầu trời
qua chiếc kính viễn vọng lớn nhất thời của ông.
Ban ngày, Herschel thực nghiệm.
Từ các nghiên cứu thuở đầu của Newton, chúng ta biết rằng ánh sáng mặt trời
là sự phối trộn các màu khác nhau.
Và ai cũng biết
là ánh sáng mặt trời mang theo nhiệt độ.
William Herschel tự hỏi rằng
liệu các màu khác nhau có nhiệt độ khác nhau hay không.
Một đặc điểm của các nhà bác học là họ chất vấn
những gì chúng ta coi là đương nhiên.
Sau đó, họ thực nghiệm.
Chiếc chiệt kế nằm ngoài phạm vi quang phổ
là công cụ đối chứng của Herschel.
Trong mỗi thí nghiệm, công cụ đối chứng
phải độc lập với vật được thí nghiệm.
Làm vậy, ta có thể xác định vật được thí nghiệm
có đúng là nguyên nhân của kết quả ta quan sát được hay không.
Trong thử nghiệm của Herschel
ông đang xem xét
mối quan hệ giữa màu sắc và nhiệt độ.
Do vậy, công cụ đối chứng của ông là một nhiệt kế
nằm ở phần giấy
không bị chiếu sáng.
Lại có tiếng đó rồi.
Đó là tiếng gì vậy?
Ánh sáng màu đỏ ấm hơn ánh sáng màu xanh nước biển.
Một khám phá thú vị, nhưng không thật mang tính cách mạng.
Không, nhiệt kế của ngài không chỉ sai đâu.
Ngài vừa phát hiện ra một loại ánh sáng mới thôi.
Herschel là người đầu tiên phát hiện ra một loại ánh sáng tàng hình
nằm dưới ánh sáng màu đỏ trong quang phổ.
Đó là lý do ánh sáng này được gọi là "tia hồng ngoại" (infrared).
Trong tiếng Latin, "infra" nghĩa là "ở dưới".
Ánh sáng này tàng hình.
Mắt chúng ta không nhìn thấy ánh sáng này,
nhưng da của chúng ta thì có. Chúng ta cảm nhận được nhiệt của nó.
Đó là một khám phá lớn.
Nhưng các bí ẩn vĩ đại hơn vẫn còn ẩn mình
sâu trong ánh sáng.
Cùng thời điểm William Herschel
phát hiện ra tia hồng ngoại trong phòng riêng của ông tại Anh,
một cậu bé có tên Joseph Fraunhofer
đang sống đời tù túng với công việc khổ sai không có tương lai.
Cậu đứng bên vạc hóa chất độc hại,
không ngừng đảo tay.
Joseph mồ côi cha mẹ từ năm 11 tuổi
và bị đưa tới lão chủ hà khắc mang tên Weichselberger,
thợ làm kính của hoàng gia.
Lão không cho phép Joseph tới trường học.
Thay vào đó, ban ngày,
Joseph phải làm việc trong xưởng chế tạo kính
còn ban đêm thì làm việc nhà cho lão.
Nhanh lên, đồ ngu!
Cấm đọc sách vở gì hết.
Cho tới khi Joseph được trao cho một cơ hội
vào cái ngày nhà Weichselberger bị sập.
Maximilian, vị vua tương lai của Bavaria,
khẩn trương tới hiện trường tai nạn
để giúp đỡ.
Maximilian nổi tiếng
là người quan tâm tới nhân dân,
một điều hiếm thấy vào thời ấy.
Cậu bé Joseph Fraunhofer
làm mủi lòng vị vua tương lai của Bavaria, và nhờ đó,
cậu đã tìm ra cánh cửa mở vào một vũ trụ khác.
Không chỉ cho riêng cậu.
Hoàng tử Maximilian cấp tiền cho Joseph
và yêu cầu quân sư riêng của ngài
tiếp tục giúp đỡ cậu bé
nếu cậu cần.
Weichselberger tiếp tục lợi dụng cậu
và cấm cậu tới trường.
Nhưng quân sư của hoàng tử can thiệp,
và đề cử cậu vào làm việc tại Viện Quang học.
Cử chỉ nhân đạo nhỏ ấy đã đem lại kết quả xứng đáng.
Tới năm 27 tuổi,
Joseph Fraunhofer đã là nhà chế tạo thấu kính, kính viễn vọng
và các dụng cụ quang học chất lượng cao
hàng đầu thế giới.
Xưởng của ông đặt trụ sở tại đây, tu viện Benediktbeuren cổ.
Vào đầu thế kỷ 19,
đó là một công nghệ đặc biệt cao và tối mật.
Vào thời xưa, các tu sĩ dòng Benedictine
đã tuyên thệ bí mật.
Địa điểm cổ xưa này
cùng việc hạn chế ra vào
phòng thí nghiệm của Fraunhofer
đã cho phép ông giữ kín
các bí mật thương mại và bí mật quốc gia.
Fraunhofer đang tiến hành thí nghiệm với lăng kính
nhằm tìm ra loại kính tốt nhất dùng cho thấu kính có tính chính xác cao.
Ông tự hỏi: Làm cách nào để quan sát rõ hơn
quang phổ do lăng kính này tạo ra?
Friedrich, lấy cho tôi máy kinh vĩ.
Trong lúc Fraunhofer lắp đặt máy kinh vĩ,
một loại kính viễn vọng,
tôi muốn đưa các bạn tham quan một phần khác của tu viện này.
Sóng âm thật đẹp với tai.
Hãy tưởng tượng chúng sẽ đẹp thế nào nếu chúng hiện hình.
Có bao giờ bạn tự hỏi tại sao các ống đàn lại có chiều dài khác nhau không?
Tôi bấm một phím đàn...
khí nén truyền đi
vào một ống nhất định,
tạo ra sóng âm.
Nếu ta giảm tốc độ của sóng âm xuống hàng trăm lần,
trông chúng sẽ như thế nào.
Chiều dài của ống
quyết định chiều dài sóng âm
bên trong ống.
Ống ngắn tạo ra sóng âm ngắn.
Sóng âm ngắn là tiếng bổng có tần số cao.
Hãy dừng sóng âm lại để nhìn cho rõ.
Khoảng cách giữa các sóng liên tiếp
được gọi là bước sóng.
Ống dài tạo ra sóng âm dài,
tiếng trầm, tần số thấp.
Bản viết tay từ thời Trung Cổ của bản nhạc "Carmina Burana" này
được phát hiện trong chính tu viện này.
Sóng âm không truyền đi trong chân không.
Chúng lan truyền trong các dạng vật chất
như phân tử không khí, nước hay đá.
Nhưng ánh sáng di chuyển độc lập.
Chúng có thể truyền trong không gian.
Chúng di chuyển rất nhanh,
nhanh gấp sóng âm một triệu lần.
Và bước sóng của ánh sáng nhìn thấy được
ngắn hơn bước sóng của âm thanh rất nhiều.
Khoảng 50.000 sóng ánh sáng
có kích cỡ từng này.
À, phải rồi.
Còn Fraunhofer.
Chúng ta vừa tới kịp lúc.
Chúng ta chưa bỏ lỡ khoảnh khắc này.
Giống việc bước sóng âm thanh
quyết định tần số âm ta nghe thấy,
bước sóng ánh sáng
cũng quyết định màu sắc ta nhìn thấy.
Nhưng làm cách nào mà lăng kính tách được các màu
trong ánh sáng mặt trời?
Khi ánh sáng truyền đi trong không khí hay không gian,
các màu di chuyển ở cùng một tốc độ.
Nhưng khi ánh sáng đi vào lăng kính ở một góc,
ánh sáng chậm lại và đổi hướng.
Trong lăng kính,
mỗi màu di chuyển ở một tốc độ khác nhau.
Trong lăng kính, ánh sáng màu tím,
ánh sáng có bước sóng ngắn nhất,
giảm tốc nhiều hơn ánh sáng đỏ,
ánh sáng có bước sóng dài nhất.
Thay đổi trong tốc độ
phân tách các màu này,
khiến sóng của chúng
đi theo những hướng khác nhau.
Đó là nguyên tắc hoạt động của thấu kính.
Nếu trông tôi có vẻ xúc động
thì đó là bởi Joseph Fraunhofer sắp làm điều
mà Isaac Newton đã có thể làm nhưng lại không làm.
Và điều ấy sẽ có một tác động to lớn
tới cuộc đời của tôi.
Bạn đang chứng kiến lễ thành hôn
của vật lý và thiên văn học,
phút chào đời của ngành khoa học của chính tôi,
vật lý thiên văn.
Được viết trong ánh sáng,
giữa những vạch tối này...
là một mật mã.
Fraunhofer quan sát chúng và tự hỏi...
Tại sao?
Một mật mã đến với chúng ta
từ một vũ trụ rất khác.
Thông điệp của
những vạch tối ấy là gì?
Phải mất 100 năm suy nghĩ,
chất vấn và tìm kiếm để giải mã nó.
Nơi này thật đẹp phải không?
Tại sao vậy?
Vẻ đẹp này chứa đựng nhiều tầng, nhiều lớp...
thành phần hóa học của Trái Đất và khí quyển...
tiến hóa...
Nhiều sợi chỉ riêng biệt.
Hãy cùng xem xét một sợi chỉ trong số chúng,
màu sắc kì diệu của tự nhiên.
Chuyện gì đang xảy ra ở đây?
Màu đỏ, màu xanh...
bảng màu kì diệu của tự nhiên...
từ đâu mà có?
Các sóng ánh sáng Mặt Trời có độ dài khác nhau
đi vào Trái Đất.
Cánh của những bông hoa này
hấp thụ các sóng dài màu đỏ
và có mức năng lượng thấp.
Nhưng chúng lại phản chiếu
các sóng ngắn màu xanh nước biển và có mức năng lượng cao.
Hiện tượng này giữa ánh sáng từ các vì sao với cánh hoa,
hay với nước biển và Van Gogh,
đã tạo nên màu xanh nước biển.
Sóng dài nhất,
màu đỏ,
có mức năng lượng thấp nhất.
Màu sắc là cách mắt chúng ta nhận biết
mức năng lượng của các sóng ánh sáng.
Hoàng hôn...
lá cờ...
đôi mắt người thương...
chiếc xe mới cóng.
Cảm xúc chúng gợi nên trong ta
xuất hiện khi một dao động nhất định
về tần sống và mức năng lượng của sóng ánh sáng
kích thích một phần nhất định trong bạn.
Còn thông điệp bí mật đó?
Những vạch tối
trong quang phổ của Fraunhofer?
Chúng từ đâu mà có?
Chúng xuất hiện khi sóng ánh sáng
của các màu ấy bị hấp thụ.
Quá trình này diễn ra ở một cấp độ hiện thực khác,
một thế giới nhỏ hơn thế giới của chúng ta rất nhiều.
Để tới đó, chúng ta cần thu nhỏ
10 tỉ lần.
Chúng ta có thể chọn bất cứ nguyên tử nào.
Nhưng hãy khám phá nguyên tử hy-đrô.
Nguyên tử hy-đrô là nguyên tử phổ biến
và đơn giản nhất
trong vũ trụ.
Nguyên tử này chỉ có một electron
và một proton.
Chúng ta đã tiến vào vương quốc lượng tử.
Vương quốc này rất khác
với thế giới con người.
Những gì đúng với con người không có tác dụng gì ở đây.
Ví dụ, hãy cùng quan sát electron của nguyên tử hy-đrô.
Trong một nguyên tử, electron
biến mất giữa các quỹ đạo.
Chúng biến mất ở một quỹ đạo
và xuất hiện trong quỹ đạo tiếp theo.
Giống như bạn đi thang máy từ tầng 2
lên tầng 4 nhưng lại biến mất giữa hai tầng này.
Còn điều này nữa.
Thang máy của lượng tử chỉ đi lên một tầng nhất định.
Kích thước của quỹ đạo electron bị giới hạn chặt chẽ.
Kích thước này ở mỗi nguyên tử mỗi khác.
Đó là lý do ta có các nguyên tố khác nhau.
Tính chất hóa học của một vật được xác định
bởi quỹ đạo electron của nó.
Lực kiểm soát electron đi theo quỹ đạo
không phải là lực hấp dẫn
mà là lực điện từ.
Electron nhảy những vòng gợn sóng
xung quanh hạt nhân nguyên tử hy-drô.
Và nhảy vọt từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác.
Lên hay xuống.
Quỹ đạo càng lớn
thì electron càng mang nhiều năng lượng.
Electron cần năng lượng
để nhảy lên một quỹ đạo lớn hơn.
Và phải mất năng lượng để nhảy xuống một quỹ đạo nhỏ hơn.
Mỗi cú nhảy lên là kết quả của việc...
nguyên tử hấp thụ sóng ánh sáng.
Nhưng chúng ta vẫn chưa biết đâu là nguyên nhân của cú nhảy xuống.
Chúng ta chỉ biết rằng những cú nhảy xuống như thế tạo ra một sóng ánh sáng
có màu sắc trùng với độ dao động năng lượng
giữa các quỹ đạo.
Bề mặt Mặt Trời phát ra ánh sáng của đủ các màu.
Nếu bạn quan sát ánh sáng Mặt Trời qua một lăng kính,
bạn sẽ thấy được quang phổ của nó.
Khuếch đại quang phổ này bằng một kính viễn vọng
như cách Joseph Fraunhofer đã làm
là bạn đã vén bức màn
tới điệu nhảy của electron bên trong nguyên tử.
Khi electron mất năng lượng,
nó nhảy xuống một quỹ đạo thấp hơn
và ánh sáng nó truyền đi phân tách.
Phần lớn ánh sáng này không đến được với chúng ta.
Điều này tạo ra những khoảng tối
hay những vạch tối trong quang phổ.
Những vạch tối này là bóng
của các nguyên tử hy-đrô
trong khí quyển Mặt Trời.
Nguyên tử Natri lại có cái bóng khác.
Electron của chúng nhảy theo một giai điệu khác.
Một hạt muối ăn được cấu tạo bởi
các nguyên tử Natri và Clo.
10 triệu tỉ các nguyên tử này
say mê nhảy múa
trong một hạt muối.
Và một nguyên tử sắt với 26 electron
giống như một vở nhạc kịch quy mô
ở Broadway vậy.
Khi bạn quan sát các vì sao qua kính quang phổ,
bạn nhìn thấy vạch tối của mọi nguyên tố
có trong khí quyển của sao.
Cho tôi quang phổ của một vật,
dù là ở Trái Đất hay từ một vì sao xa xôi,
tôi sẽ cho bạn biết thành phần cấu tạo của vật đó.
Đường Fraunhofer là chữ kí nguyên tử
của các nguyên tố trong vũ trụ.
Như mọi khám phá chủ chốt khác
trong lịch sử khoa học, khám phá này mở ra
những bí ẩn mới và kì bí hơn.
Nó cũng cho ta biết rằng
còn rất nhiều bí mật ẩn mình trong ánh sáng.
Khi Joseph Fraunhofer kết hợp một lăng kính với kính viễn vọng
và hướng nó lên bầu trời,
ông đã mang các vì sao lại gần chúng ta hơn.
Khi mới 39 tuổi,
Joseph lâm bạo bệnh.
Có lẽ đó là kết quả của việc tiếp xúc sớm và lâu dài
với các hóa chất độc hại dùng trong chế tạo kính.
Chẳng ai biết thiên tài tiếp theo sẽ từ đâu tới.
Chúng ta đã bỏ sót bao nhiêu thiên tài trong đống đổ nát?
Hoàng tử và vương quốc của ngài đã thu lợi to lớn
từ một cử chỉ nhân đạo với một cậu bé mồ côi nghèo.
Các khám phá của Fraunhofer đã biến Bavaria
từ một vùng sông nước lạc hậu trở thành một thủ phủ công nghệ.
Trong lúc ông hấp hối, chính phủ cấp bách
lưu giữ tri thức quý giá của ông
về công nghệ chế tạo dụng cụ quang học tân tiến.
Nhưng tri thức này chỉ được tiết lộ cho một người duy nhất,
người tuân thủ quy định an ninh thông tin cấp tối cao,
xưởng trưởng xưởng đúc tiền.
Chính phủ giữ kín công nghệ chế tạo kính có độ chính xác cao
của Fraunhofer
trong 100 năm.
Đây đã có thể là một rào cản lớn
với một người ta sẽ gặp sau này.
Nhưng đối với các nghiên cứu khoa học,
Fraunhofer không cho phép việc giữ kín thông tin như thế.
Ông hiểu rằng khoa học cần ánh sáng tự do để nảy nở;
rằng hiểu biết về tự nhiên thuộc về tất cả mọi người.
Ngay khi Fraunhofer phát hiện ra các vạch trong quan phổ,
ông đã cho xuất bản tất cả nghiên cứu của mình.
Và dư âm của khám phá quan trọng này
còn mãi vang vọng.
Các vạch này cho biết vũ trụ mà ta quan sát được
được tạo nên từ cùng các loại nguyên tố.
Các hành tinh...
Các vì sao...
Các thiên hà...
Và chính chúng ta, cùng mọi dạng sống khác...
đều được tạo nên từ vật chất của các vì sao.
Ông cho phép chúng ta tìm ra
cấu tạo khí quyển của các hành tinh khác
và của các thiên hà cách chúng ta hàng triệu năm ánh sáng.
Các vạch tối này không chỉ tiết lộ thành phần cấu tạo
của các vật thể cách xa chúng ta mà còn cho biết hướng đi,
lại gần hay tiến ra xa ta của các vật thể này.
Nhờ đó, chúng ta biết được rằng vũ trụ đang mở rộng.
Nhưng có lẽ phát hiện vĩ đại nhất của ngành quang phổ học
là sự tồn tại của những vật thể không nhìn thấy được.
Một vũ trụ bí mật của vật chất tối,
lớn gấp sáu lần vũ trụ của chúng ta.
Nó được tạo thành bởi một loại vật chất bí ẩn
không phát, phản chiếu hay hấp thụ bất kì loại ánh sáng nào.
Chúng ta chỉ biết tới sự tồn tại của chúng nhờ vào lực hấp dẫn của chúng.
Lực này tác động tới mọi thiên hà
và đẩy nhanh tốc độ của các sao sáng trong chúng.
Có rất nhiều loại ánh sáng mắt ta không nhìn thấy được.
Bó buộc bản thân trong các đặc tính của loại ánh sáng ta nhìn thấy được
cũng giống như nghe nhạc
chỉ có một quãng.
Có rất nhiều loại ánh sáng khác nữa.
Khác biệt duy nhất giữa chúng là bước sóng,
nhưng khác biệt này là rất lớn.
Ví dụ, tia hồng ngoại...
ánh sáng mà William Herschel phát hiện ra.
Hay X-quang.
Hay sóng vô tuyến.
Hay tia gamma.
Chúng không chỉ là những cách quan sát sự vật khác nhau.
Những loại ánh sáng này
hé lộ những sự vật và hiện tượng khác nhau trong vũ trụ.
Ví dụ, tia gamma cho phép chúng ta quan sát những vụ nổ bí ẩn
ở những thiên hà xa xôi
mà bình thường ta không thấy được.
Dùng sóng vi-ba, ta có thể nhìn ngược lại
phút chào đời của vũ trụ.
Chúng ta vừa mới chỉ mở mắt ra thôi.
Dịch bởi tieu_dao_tac tdt.sub@gmail.com