Số tuổi và kích cỡ của vũ trụ được viết bằng ánh sáng.
Bản chất của cái đẹp và thứ chất liệu tạo nên những vì sao,
các định luật của không và thời gian...
chúng vẫn luôn ở đó, nhưng chúng ta chưa bao giờ thấy được chúng...
cho tới khi chúng ta tìm ra một cách quan sát mới mạnh mẽ hơn.
Câu chuyện của sự đột phá này
có rất nhiều khởi đầu và không có kết thúc.
Những người hùng của nó đến từ rất nhiều thời gian và địa điểm--
một triết gia Trung Quốc cổ đại,
một pháp sư làm kinh ngạc các vua Hồi của Iraq thế kỷ 11,
một cậu bé mồ côi người Đức làm nô lệ cho một ông chủ khắc nghiệt.
Mỗi người họ giúp chúng ta tiến gần hơn một chút
tới việc mở khóa bí mật ẩn giấu trong ánh sáng.
Hầu hết tên tuổi của họ đã bị chúng ta lãng quên,
nhưng ở đâu đó, cách đây rất lâu
có ai đó đã nhìn lên
và thấy ánh sáng biểu diễn một trong những trò ảo thuật của nó.
Ai biết được?
Có khi chút ánh sáng lạ thường đó
đã truyền cảm hứng cho người nghệ sĩ đầu tiên.
Tất cả những thứ này đến từ đâu?
Làm thế nào chúng ta tiến hóa
từ những nhóm nhỏ săn bắn và hái lượm lang thang
sống dưới bầu trời sao
thành những người xây dựng của một nền văn minh toàn cầu?
Làm thế nào mà chúng ta đi từ đấy tới được đây?
Không có một câu trả lời duy nhất nào cả.
Khí hậu thay đổi, tìm ra lửa,
phát minh ra công cụ,
ngôn ngữ, nông nghiệp,
tất cả đều đóng góp vào nó.
Có lẽ còn một thứ khác nữa.
Ở Trung Quốc, hơn 2000 năm trước,
1 nhà hiền triết tên Mặc Tử
được cho là đã quan sát thấy
rằng ánh sáng có thểđược dùng để vẽ một bức tranh
trong 1 căn phòng tối đóng kín.
Đó là những lời miêu tả về chiếc máy ảnh đầu tiên...
một phòng chiếu hình,
nguyên mẫu đầu tiên cho mọi máy ghi hình sau này,
kể cả chiếc đang truyền hình ảnh này tới bạn.
Lợi dụng 1 hiện tượng thú vị của ánh sáng
đã tạo nên thứ có thể coi là bộ phim đầu tiên.
Mặc Tử, một bậc thầy ánh sáng, đã chống lại mọi loại bóng tối.
Là một thiên tài quân sự,
người chỉ dùng tài năng của mình để ngăn cản bạo lực,
ông đã đi vào huyền thoại khi du hành qua những vương quốc đang chiến tranh,
sử dụng những sách lược tài tình để thuyết phục các vị vua ngưng chiến.
Ông là một trong những người đầu tiên mơ đến một thế giới hòa bình bác ái,
đến việc không còn nghèo đói cũng như mọi sự bất công;
về một chính phủ thực sự nghĩ cho dân...
và phản đối lại việc mù quáng tuân theo những lễ nghi và uy quyền.
Trong ghi chép của ông, bạn có thể thấy
những dấu hiệu đầu tiên của phương pháp tiếp cận khoa học.
Ở thời của Mặc Tử,
người Trung Quốc đã biết cách ghi lại ý nghĩ trên trang sách
được ít nhất hơn 1000 năm rồi.
Vậy nhưng, những hiểu biết của chúng ta về ông
cũng chỉ vẫn rất chắp vá rời rạc.
Nó hầu hết bao gồm các bài viết của ông và của các học trò của ông.
1 trong số chúng, có tên "Phi mệnh",
đề xuất một phương pháp kiểm chứng ba bước cho mọi học thuyết.
Những câu hỏi của nó rất cơ bản--
rằng nó có thể được kiểm chứng bởi mọi người bình thường không--
rằng nó có thể được ứng dụng như thế nào
và rằng liệu nó có phục vụ đa số không.
Mặc Tử cực kỳ nổi tiếng,
nhưng một vài trăm năm sau khi ông mất,
Tần Thủy Hoàng, vị hoàng đế đầu tiên thống nhất Trung Quốc, lên nắm quyền.
ông biến một lục địa thành một quốc gia duy nhất
mang cái tên ông đặt... Trung Hoa.
Hầu hết chúng ta biết đến vua Tần qua đội quân hơn 7000
chiến binh đất nung canh gác lăng mộ cho ông.
Trong hành trình của vua Tần để củng cố vương quốc rộng lớn của mình,
ông tiến hành những biện pháp mạnh tay để chuẩn hóa mọi thứ.
điều này bao gồm việc ban hành một đồng tiền chung duy nhất,
chuẩn hóa mọi đơn vị đo lường và cân nặng,
độ rộng của xe và đường, cũng như cách chính xác
tiếng Trung Quốc được viết,
bao gồm cả việc bạn được phép viết gì, và nghĩ gì.
Triết lí của vua Tần--triết lí duy nhất được cho phép--
được gọi là “pháp trị”,
một thứ đúng như tên gọi của nó,
làm đúng vương pháp... hoặc bị trừng trị.
Đây không phải một thứ triết lí khuyến khích việc chất vấn uy quyền.
...rằng mọi sách vở của Bách Gia Chư Tử sẽ bị đốt,
rằng bất cứ ai dám dùng lịch sử để phê phán hiện tại
sẽ bị hành hình cả gia đình.
Những công trình của Mặc Tử, Khổng Tử
và các triết gia khác đều bị hủy hoại
trong vụ đốt sách đầu tiên của thế giới.
Hàng trăm học giả đã dũng cảm chống chọi
bằng cách cố gắng gìn giữ những cuốn sách cấm.
Họ đều bị chôn sống ở kinh đô.
Khoa học cần ánh sáng của tự do ngôn luận để phát triển.
Nó phụ thuộc vào việc dũng cảm chất vấn những uy quyền,
vào việc cởi mở trao đổi ý tưởng.
Những đốm lửa tò mò nhỏ trong các ghi chép của Mặc Tử
và các học trò của ông đã hoàn toàn bị dập tắt.
Phải mất một ngàn năm nữa bộ phim tiếp theo mới xuất hiện.
May mắn thay, Con tàu của Trí Tưởng Tượng
có thể đưa ta đến bất cứ đâu trong không-thời gian.
Người Trung Quốc và Hy Lạp cổ đại đã quan sát thấy
rằng ánh sáng có thể được dùng để làm những điều kỳ diệu--
nhưng không ai hỏi cái câu hỏi
vẫn được ưa thích bởi cả thiên tài lẫn trẻ nhỏ--
Tại sao?
Cho đến tận 1000 năm trước...
Tại thành phố Basra, Iraq, có một bậc thầy ánh sáng khác.
Ibn al-Hazen có một đam mê sâu sắc trong việc thấu hiểu tự nhiên.
Ông đặt câu hỏi về mọi thứ,
đặc biệt là với những thứ mọi người khác coi là đương nhiên.
"Làm thế nào chúng ta nhìn được?", ông hỏi.
Một vài người rất danh tiếng trước ông đã dạy rằng
tia sáng đi từ mắt ta tới vật thể ta đang nhìn
rồi lại trở lại mắt ta.
Nhưng al-Hazen lập luận rằng các vì sao ở cách ta quá xa
để một thứ từ mắt ta có thể đi suốt tới tận chỗ chúng
và rồi lại trở về trong một chớp mắt.
Lập luận rất xuất sắc, nhưng al-Hazen không dừng lại ở đó.
Ông tìm cách để bắt tự nhiên phải khai ra bí mật của nó.
Nền văn hóa của ông rất cởi mở với những ý tưởng mới và những câu hỏi
Đó là thời đại vàng của khoa học trong thế giới Hồi giáo.
Một thế giới trải rộng từ Cordoba, Tây Ban Nha
tới tận vùng Samarkand, Trung Á.
Các học giả Thiên Chúa và Do Thái
được mời làm khách danh dự tại những viện nghiên cứu
tại Baghdad, Cairo, và các kinh đô Hồi giáo khác.
Thay vì đi đốt sách,
các vua Hồi còn cử các phái viên đi khắp thế giới
tìm kiếm sách nữa.
Những vua Hồi hào phóng tài trợ những dự án để dịch,
nghiên cứu, và gìn giữ chúng cho các thế hệ tương lai.
Hầu hết các tri thức từ khoa học Hy Lạp cổ đại
có lẽ đã bị thất lạc mãi mãi nếu không nhờ công sức của họ.
Cuộc đại thức tỉnh của khoa học, diễn ra tại Châu Âu hàng trăm năm sau
đã được khơi dậy từ một ngọn lửa đã từ lâu được gìn giữ
bởi những học giả và nhà khoa học Hồi giáo.
Những người Ả-rập cũng giúp đưa các ý tưởng từ Ấn Độ tới phương Tây,
trong đó có cả các chữ số Ả-rập chúng ta vẫn dùng đến ngày nay,
và khái niệm về số 0,
một thứ rất thuận tiện khi bạn muốn viết “hàng tỷ tỷ”.
Thiên văn học Ả-rập có sức ảnh hưởng đến nỗi
chúng ta vẫn gọi hầu hết các ngôi sao bằng cái tên Ả-rập của chúng.
Và tiền tố “al” trong “algebra”, “algorithm”, “alchemy”, và “alcohol”
chỉ là một phần trong những dấu vết còn lại
từ một thời tiếng Ả-rập còn là thứ ngôn ngữ của khoa học.
Vào thế kỷ thứ 11, Ibn al-Hazen tìm cách
thử nghiệm ý tưởng của ông về ánh sáng và cách ta nhìn.
Ông thiết kế một thử nghiệm để tìm ra cách ánh sáng di chuyển.
Ông dựng một cái lều giữa ánh sáng ban ngày và che chắn nó thật kín
để cho chỉ một tia sáng duy nhất có thể xuyên thủng bóng tối của nó.
Chỉ với bộ não mình và một miếng gỗ thẳng--một chiếc thước kẻ--
al-Hazen đã thực hiện được một bước tiến vượt bậc trong lịch sử khoa học.
Ông đã khám phá được rằng ánh sáng di chuyển theo đường thẳng.
Nhưng ông mới chỉ bắt đầu.
Al-Hazen tìm ra rằng bí quyết để tạo bất cứ hình ảnh nào--
bất kể là ở con mắt hay ở một phòng chiếu hình--
là chỉ có một lỗ hở nhỏ để giới hạn lượng ánh sáng có thể vảo
phần không gian tối đen bên trong.
Lỗ ống kính nhỏ đó chặn bớt lại những tia sáng không liên quan xung quanh.
Lỗ ống kính càng nhỏ, ánh sáng càng có ít hướng để xâm nhập.
Do đó làm cho hình ảnh sắc nét hơn.
Thay vì bị chói mắt bởi ánh sáng,
ta có thể thấy mọi thứ mà nó đem đến cho ta xem.
Al-Hazen tự làm phòng chiếu hình của riêng ông
và khiến các vua Hồi kinh ngạc.
Một phòng chiếu hình hoạt động tốt nhất trong ánh sáng mạnh.
Ánh sáng từ các ngôi sao buổi đêm là quá yếu cho nó.
Chúng ta sẽ cần một lỗ thu ánh sáng lớn hơn,
nhưng vẫn phải duy trì được độ sắc nét.
Một kính viễn vọng thu thập ánh sáng từ mọi hướng
trên khắp tầm nhìn thấu kính hoặc gương của nó,
một điểm hở lớn hơn nhiều lỗ thu ánh sáng của phòng chiếu hình.
Đây là một trong những chiếc kính viễn vọng đầu tiên...
thứ mà Galileo đã nhìn qua năm 1609.
Với nó, ông đã vén qua một bên bức màn của đêm tối
và bắt đầu khám phá vũ trụ.
Thấu kính giúp cho kính viễn vọng
có thể có một vùng thu thập ánh sáng rộng hơn của con mắt chúng ta.
Xô lớn thì hứng được nhiều mưa hơn xô nhỏ.
Kính viễn vọng hiện đại có vùng thu thập ánh sáng rộng hơn,
những cảm biến cực kỳ nhạy,
và chúng theo dấu một vật thể trong suốt nhiều giờ liên tiếp
để thu thập được nhiều ánh sáng từ nó nhất có thể.
Các kính viễn vọng không gian, như Hubble,
đã chụp được ánh sáng từ những thiên hà xa xôi và cổ xưa nhất
cho chúng ta những hình ảnh rõ hơn nhiều về vũ trụ.
Al-Hazen đã khám phá ra cách ánh sáng tạo ra hình ảnh,
nhưng đó chưa là gì so với thành tựu lớn nhất của ông.
Ibn al-Hazen là người đầu tiên đã đặt ra những quy tắc cho khoa học.
Ông tạo ra một cơ chế sửa lỗi,
một cách rất hệ thống và không khoan nhượng
để lọc ra những cách hiểu sai lầm trong suy nghĩ của chúng ta.
Tìm ra sự thật là rất khó khăn... và con đường đến nó thì nhiều chông gai.
Là những người tìm kiếm sự thật,
các vị đừng nên vội vàng phán xét
hay mặc nhiên tin vào các ghi chép của người xưa.
Các vị phải đặt nghi vấn và kiểm chứng lại các ghi chép đó từ mọi khía cạnh.
Các vị chỉ được chấp nhận lập luận và thí nghiệm,
chứ không phải lời nói suông của bất kỳ ai.
Bởi vì không có ai là hoàn hảo cả.
Là những người tìm kiếm sự thật,
chúng ta cũng phải nghi ngờ và tự chất vấn
chính các ý tưởng của mình khi chúng ta điều tra,
để tránh rơi vào các định kiến và suy nghĩ dễ dãi.
Làm những điều đó, và sự thật sẽ tự hé lộ mình cho các vị.
Đó chính là phương pháp tiếp cận của khoa học.
Mạnh mẽ đến nỗi
nó đã đưa được các phái viên robot của chúng ta tới tận rìa hệ mặt trời
và xa hơn thế.
Nó đã tăng gấp đôi tuổi thọ của ta,
đem trở lại những thế giới đã mất của quá khứ.
Khoa học cho phép chúng ta tiên đoán những sự việc trong tương lai rất xa...
và liên lạc được với nhau với tốc độ ánh sáng,
như tôi với bạn, ngay chính lúc này đây.
Cách suy nghĩ này đã cho chúng ta những quyền năng
mà chính al-Hazen sẽ phải coi là phép thuật phù thủy.
Nhưng chính ông là người đã đưa chúng ta
vào con đường vô tận, nhiều chông gai này.
Và giờ nó đã đưa chúng ta tới một nơi mà ngay cả ánh sáng
cũng bị bao bọc bởi bóng tối.
Ánh sáng có những thuộc tính
không giống bất cứ thứ gì khác con người từng biết đến.
Ví dụ như tốc độ của ánh sáng.
Các hạt cơ bản của ánh sáng, photon,
sinh ra đã di chuyển với tốc độ ánh sáng
khi nó được phóng ra từ một nguyên tử hay phân tử.
Một photon không biết đến một tốc độ nào khác,
và chúng ta vẫn chưa thấy một hiện tượng nào khác
mà tăng tốc từ 0 lên vận tốc tối đa ngay lập tức như thế.
Không gì có thể di chuyển nhanh đến thế.
Khi chúng ta cố gia tốc các hạt khác tới gần hơn với tốc độ ánh sáng,
chúng càng lúc càng chống cự lại, như thể chúng cứ nặng dần, nặng dần.
Chưa một thí nghiệm nào có thể khiến một hạt di chuyển nhanh như ánh sáng.
Cái gì vậy?
Bạn có nghe thấy gì không?
Tôi nói tới đâu rồi nhỉ? À phải,
Tôi không biết có thứ gì khác trên đời mà hành xử giống ánh sáng.
Tôi không thể kết nối những thuộc tính kỳ lạ của nó
với những gì các giác quan của tôi bảo tôi.
Ham muốn tin vào các giác quan của chúng ta
còn mạnh hơn những gì các công cụ đo đạc nói với chúng ta.
về bản chất thực sự của thực tại.
Các giác quan của chúng ta hoạt động tốt
với các vật thể ở kích cỡ và vận tốc bình thường,
nhưng hoàn toàn kém hiệu quả với những định luật lạ lẫm
của tốc độ ánh sáng.
Chúng ta thậm chí còn không biết tại sao lại có giới hạn tốc độ vũ trụ.
Thời gian dừng trôi khi bạn di chuyển ở tốc độ ánh sáng.
Mà ánh sáng là gì mới được?
Niềm đam mê lâu dài với ánh sáng của Isaac Newton
bắt đầu khi ông còn là một đứa trẻ.
ở chính ngôi nhà này.
Đến khi 20 tuổi,
Newton đã trở thành người đầu tiên
giải mã được bí ẩn của cầu vồng.
Newton khám phá ra rằng ánh sáng mặt trời, hay ánh sáng trắng,
là tập hợp của tất cả các màu trong cầu vồng.
Một phát hiện vĩ đại.
Ông gọi sự hiển thị của các màu là "quang phổ",
từ tiếng Latin cho từ "bóng ma".
Tôi xin lỗi, thưa ngài Newton,
đầu bếp bảo rằng đồ ăn của ngài sẽ hỏng mất, thưa ngài.
Không, Issac, đừng bỏ chiếc kính lúp xuống!
Một thứ còn kỳ diệu hơn đang ẩn giấu trong ánh sáng--
một mật mã, một chiếc chìa khóa để tới vũ trụ.
Isaac Newton đã không bỏ lỡ nhiều, nhưng cái đó thì thật tuyệt đẹp.
Ông đã vừa bỏ qua cánh cửa tới một vũ trụ còn đang giấu kín;
một cánh cửa sẽ không mở lại cho đến tận 150 năm sau.
Phải đến một nhà khoa học khác,
làm việc vào năm 1800,
mới tìm thấy mẩu bằng chứng này
để thấy thế giới vô hình đang bao quanh chúng ta.
Buổi tối, William Herschel quan sát bầu trời
bằng chiếc kính viễn vọng lớn nhất của thời ông.
Ban ngày, Herschel tiến hành các thí nghiệm
Từ các công trình trước đó của Newton, người ta đã biết
ánh sáng mặt trời là hỗn hợp của nhiều màu.
Và chỉ cần đứng ngoài trời thôi, ai cũng sẽ biết là
ánh mặt trời mang nhiệt.
William Herschel tự hỏi liệu một số màu của ánh sáng
có mang nhiều nhiệt hơn một số màu khác.
Bản chất của một thiên tài khoa học
là luôn đặt nghi vấn những thứ chúng ta coi là đương nhiên,
và sau đó tiến hành thử nghiệm
Chiếc nhiệt kế Herschel đặt bên ngoài quang phổ là vật chuẩn của ông.
Vật chuẩn trong mọi thí nghiệm
đều không bị tác động bởi nhân tố đang được xem xét.
Bằng cách đó, bạn biết được liệu nhân tố đang được xem xét
có đúng là thứ đang gây ra hiện tượng hay không.
Trong thí nghiệm của Herschel,
mối quan hệ giữa màu sắc và nhiệt độ đang được xem xét,
vậy nên vật chuẩn của ông là một nhiệt kế
năm trên phần giấy trắng không bị ánh nắng chiếu.
Lại là cái tiếng động đó.
Nó là gì vậy?
Được rồi, ánh sáng đỏ thì nóng hơn ánh sáng xanh.
Một khám phá thú vị, nhưng không hẳn là đột phá.
Không, không có gì sai với cái nhiệt kế đó đâu.
Ông chỉ vừa khám phá ra một loại ánh sáng mới.
Herschel là người đầu tiên
phát hiện sự tồn tại vô hình của một thứ ẩn mình ngay dưới cực đỏ của quang phổ
Đó là lý do nó được gọi là "infrared*"
"Infra" là từ tiếng Latin cho từ "bên dưới".
Nó vô hình.
Con mắt chúng ta không nhạy cảm với loại ánh sáng đó,
nhưng làn da của chúng ta thì có-- ta cảm nhận được nhiệt lượng của nó.
Giờ thì đó mới là một phát hiện lớn.
Nhưng những bí ẩn lớn hơn nhiều còn đang ẩn giấu sâu trong ánh sáng.
Vào cùng khoảng thời gian William Herschel đang khám phá ra ánh sáng hồng ngoại
tại phòng khách của ông ở Anh,
Một cậu bé tên Joseph Fraunhofer
đang bị nhốt trong cảnh lao động khổ sai.
Cậu đứng cạnh một vạc đầy hóa chất độc hại
và phải liên tục khuấy.
Joseph đã mồ côi cha mẹ từ năm 11 tuổi.
và được giao cho một ông chủ khắc nghiệt tên Weichselberger,
người thợ làm kính của hoàng gia.
Ông ta cấm Joseph tới trường.
Thay vào đó, Joseph phải lao động nặng nhọc trong xưởng kính mỗi ngày,
và làm hết việc nhà cho ông chủ vào ban đêm.
Nhanh lên, đồ ngốc!
Và nhớ đấy, không được đọc sách.
Cho đến khi Joseph được giải thoát.
Nhà của Weichselberger bị sụp đổ.
Maximilian, vị vua tương lai của Bavaria,
nhanh chóng tới hiện trường tai họa để xem ông có giúp gì được không.
Maximilian được biết đến nhờ rất thích thú với các đối tượng của ông,
một điều khá lạ lẫm vào thời kỳ đó.
Nhờ thu hút sự quan tâm từ vị vua tương lai của Bavaria,
cậu bé Joseph Fraunhofer đã tìm được điểm nhìn tới một vũ trụ khác.
Và không chỉ mình cậu ấy.
Hoàng tử Maximilian cho Joseph tiền
và nhờ cố vấn riêng của ông giúp thêm cho cậu bé
nếu cần thiết.
Weichselberger tiếp tục bóc lột cậu
và ngăn cấm cậu tới trường.
Nhưng người cố vấn của hoàng tử đã can thiệp,
cho Joseph một vị trí tại Viện Quang học.
Cử chỉ tốt bụng nhỏ bé này đã thực sự được đền đáp lớn.
Khi mới 27 tuổi,
Joseph Fraunhofer đã là nhà thiết kế hàng đầu thế giới
về thấu kính chất lượng cao,
về kính viễn vọng và các dụng cụ quang học khác.
Công ty của ông đóng ở đây, tại tu viện Benediktbeuren cũ.
Ở đầu thế kỷ 19, đây là một công nghệ đỉnh cao, tuyệt mật.
Các tu sĩ dòng Benedictine trước đó đã thề sẽ giữ bí mật.
Truyền thống địa phương này,
cộng với việc ra vào phòng thí nghiệm của Fraunhofer bị hạn chế,
giúp ông giữ được bí mật kinh doanh và bí mật quốc gia này.
Fraunhofer đang thử nghiệm với lăng kính
để tìm loại thủy tinh thích hợp nhất làm thấu kính chính xác.
Ông tự hỏi làm thế nào
ta có thể nhìn rõ hơn quang phổ do lăng kính tạo ra?
Friedrich, đem cho tôi chiếc kính kinh vĩ với.
Được rồi, trong khi Fraunhofer lắp đặt chiếc kính kinh vĩ--
--nó là một dạng kính viễn vọng thôi,
Tôi muốn cho các bạn xem một phần khác ở tu viện.
Sóng âm là một thứ tuyệt đẹp khi nghe.
Tưởng tượng xem nó sẽ còn đẹp thế nào nếu nhìn thấy được.
Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao các ống của đàn ống có độ dài khác nhau chưa?
Tôi nhấn một phím..
Nó truyền khí nén tới một ống cụ thể,
tạo ra các sóng âm.
Nếu ta có thể làm chậm sóng âm lại chừng vài trăm lần,
nó sẽ trông như thế này.
Độ dài của đường ống quyết định độ dài của sóng âm có thể chứa trong nó.
Một ống ngắn cho bạn một sóng âm ngắn.
Sóng âm ngắn có cao độ, hay tần số, cao.
Hãy dừng chúng lại một lúc để nhìn cho rõ.
Khoảng cách giữa các sóng cạnh nhau được gọi là bước sóng.
Một ống dài cho bạn một sóng âm dài,
với cao độ, hay tần số, thấp.
Bản thảo từ thời Trung Cổ của tác phẩm này, "Carmina Burana,"
được tìm thấy ngay trong chính tu viện này.
Sóng âm thanh không thể di chuyển trong chân không.
Chúng cần vật chất để cưỡi lên,
như là các phân tử không khí, nước hoặc đá.
Nhưng sóng ánh sáng thì tự bay một mình.
Chúng có thể di chuyển qua không gian trống rỗng; và cực nhanh--
nhanh hơn khoảng 1 triệu lần sóng âm trong không khí.
Và bước sóng của ánh sáng chúng ta thấy
ngắn hơn của sóng âm rất nhiều.
Khoảng 50.000 sóng ánh sáng có thể xếp gọn vào ngay đây.
Ồ, phải.
Fraunhofer.
Vừa đúng lúc.
Chúng ta chưa lỡ mất cảnh này.
Cũng như độ dài của sóng âm quyết định cao độ âm thanh chúng ta nghe,
độ dài của sóng ánh sáng quyết định màu sắc chúng ta thấy.
Nhưng làm thế nào 1 lăng kính tách được các ánh sáng
ẩn giấu trong một ánh mặt trời?
Khi ánh sáng di chuyển trong không gian hoặc không khí,
tất cả các màu sắc đều di chuyển với cùng một vận tốc.
nhưng khi nó gặp thủy tinh tại một góc độ,
ánh sáng giảm tốc và đổi hướng.
Trong lòng lăng kính,
mỗi màu sắc di chuyển với một vận tốc khác nhau.
Trong thủy tinh, ánh sáng tím, với sóng ánh sáng ngắn nhất,
giảm tốc nhiều hơn ánh sáng đỏ, với sóng ánh sáng dài nhất.
Sự thay đổi tốc độ này tách các màu ra khỏi nhau,
gửi các sóng của chúng đi theo các hướng hơi khác nhau.
Đó là cách một lăng kính hoạt động.
Nếu tôi trông có vẻ hơi quá xúc động vì chuyện này,
thì đó là vì Joseph Fraunhofer đang chuẩn bị làm
điều Isaac Newton đã có thể làm, nhưng đã không làm.
Và nó sẽ có một tác động mạnh mẽ lên con đường cuộc đời tôi.
Bạn đang chứng kiến sự kết hôn giữa vật lý và thiên văn học,
và sự ra đời của ngành khoa học của tôi:
vật lý thiên văn.
Được viết bởi ánh sáng,
trong những dòng kẻ dọc màu đen đó...
là một mật mã.
Fraunhofer nhìn vào chúng, và tự hỏi...
Tại sao?
Một dòng mật mã đến với chúng ta từ 1 vũ trụ xa lạ.
Là thông điệp gì đã được viết trong những dòng kẻ dọc màu đen đó?
Phải tốn một trăm năm
suy nghĩ, chất vấn, và tìm kiếm để giải mã nó.
Thật đẹp, phải không?
Tại sao?
Những kết cấu tuyệt đẹp này có rất nhiều lớp:
thành phần hóa học và khí quyển của Trái Đất...
sự tiến hóa của sự sống...
rất nhiều sợi chỉ kết nối.
Hãy thử nhìn chỉ một cái ở bề mặt thôi...
các màu sắc của thiên nhiên vẫn làm choáng ngợp chúng ta.
Điều gì đang thực sự xảy ra?
Làm thế nào có màu xanh, màu đỏ...
cả một bảng pha màu kỳ diệu của tự nhiên...
làm thế nào mà có chúng?
Các sóng ánh sáng với độ dài khác nhau
đi từ Mặt Trời tới Trái Đất.
Các cánh hoa của những bông hoa này
hấp thụ tất cả các sóng ánh sáng dài, ít năng lượng của màu đỏ
nhưng phản xạ các sóng ánh sáng ngắn, nhiều năng lượng của màu xanh.
Sự tương tác giữa ánh sáng từ ngôi sao với các cánh hoa--
hay với nước, hay với Van Gogh--
là thứ làm nên màu xanh.
Sóng ánh sáng dài nhất, thứ ta gọi là màu đỏ,
có mức năng lượng thấp nhất.
Màu sắc là cách con mắt chúng ta
tiếp nhận năng lượng từ các sóng ánh sáng.
Một cảnh hoàng hôn...
một lá cờ...
đôi mắt của người bạn yêu...
chiếc xe mới toanh đó...
Những cảm xúc mà chúng khơi lên
xảy ra khi một thứ bên trong bạn
được kích hoạt bởi một biến thể cụ thể
của tần số và năng lượng của các sóng ánh sáng.
Và cái thông điệp bí mật đó?
Những dòng kẻ dọc màu đen trong quang phổ của Fraunhofer?
Thứ gì đã tạo nên chúng?
Chúng được tạo ra khi sóng ánh sáng của những màu sắc đó bị hấp thụ.
Nó xuất hiện ở một cấp độ thực tại khác,
nhỏ hơn nhiều cấp độ quen thuộc của chúng ta.
Đế tới được đó, chúng ta phải thu nhỏ lại hơn bây giờ 10 tỷ lần.
Chúng ta có thể chọn bất cứ nguyên tử nào trong đám này.
Nhưng hãy chọn nguyên tử hydro đi.
Nguyên tử hydro là loại có nhiều nhất trong vũ trụ.
Và là loại đơn giản nhất.
Nó chỉ có đúng một electron,
và đúng 1 proton.
Chúng ta đã tiến vào vương quốc của lượng tử.
Chúng khác mọi trải nghiệm quen thuộc với con người.
Kiến thức thông thường không giúp ích gì được ở đây hết.
Cứ ví dụ electron của nguyên tử hydro thì biết.
Trong một nguyên tử, một electron không tồn tại giữa các quỹ đạo.
Nó biến mất khỏi quỹ đạo này và xuất hiện lại ở quỹ đạo khác.
Như thể bạn đi một chuyến thang máy từ tầng 2 lên tầng 4,
nhưng biến mất ở giữa hai tầng đó.
Và một điều nữa.
Những chiếc thang máy lượng tử chỉ dừng ở một số tầng nhất định.
Kích cỡ của quỹ đạo các electron bị giới hạn chặt chẽ,
và khác nhau giữa các nguyên tử của từng nguyên tố.
Đó là thứ khiến các nguyên tố khác nhau.
Tính chất hóa học của mọi thứ được quyết định bởi quỹ đạo các electron.
Lực giữ các electron trong quỹ đạo không liên quan gì tới trọng lực cả.
Nó là lực điện từ.
Electron khiêu vũ thành một vòng gợn sóng
quanh hạt nhân trung tâm của một nguyên tử hydro.
Và thực hiện những bước nhảy lượng tử từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác,
lên hoặc xuống.
Quỹ đạo càng lớn,
năng lượng của electron càng nhiều.
Một electron phải hấp thụ thêm năng lượng
để nhảy sang một quỹ đạo lớn hơn.
Và nó phải mất năng lượng để đi xuống trở lại.
Mỗi cú nhảy lên xảy ra nhờ vào...
một nguyên tử hấp thụ một sóng ánh sáng.
Nhưng chúng ta vẫn chưa biết thứ gì tạo nên các cú nhảy xuống.
Chúng ta chỉ biết là một cú nhảy xuống luôn tạo ra một sóng ánh sáng
với màu sắc tương ứng với mức chênh lệch năng lượng giữa các quỹ đạo.
Bề mặt Mặt Trời phát ra sóng ánh sáng của mọi màu sắc.
Nếu bạn nhìn ánh sáng Mặt Trời qua lăng kính,
bạn sẽ thấy quang phổ của nó.
Khi bạn phóng đại quang phổ lên bằng một kính viễn vọng,
như Joseph Fraunhofer đã làm,
bạn vén lên bức màn bí mật về vũ điệu của electron trong nguyên tử.
Khi năng lượng của electron giảm dần,
và nó rơi xuống một quỹ đạo thấp hơn,
sóng ánh sáng chúng tỏa ra phân tán.
Hầu hết chúng không tới được chỗ chúng ta.
Chúng để lại một khoảng tối
hoặc những đường dọc màu đen trên quang phổ.
Những đường dọc này là cái bóng
của các nguyên tử hydro
trong khí quyển của Mặt Trời.
Các nguyên tử Natri tạo ra những cái bóng khác.
Các electron của chúng khiêu vũ theo một nhịp điệu khác.
Một hạt muối ăn được tạo thành
từ các nguyên tử Natri và Clo.
Mười triệu tỷ chúng
nhảy múa điên cuồng
trong chỉ một hạt muối.
Và một nguyên tử sắt với 26 electron
thì như một buổi biểu diễn lớn
của một vở nhạc kịch Broadway vậy.
Khi bạn nhìn lên một vì sao với một kính thiên văn quang phổ,
bạn sẽ thấy những đường kẻ đen
từ mọi nguyên tố trong khí quyển của nó.
Cho tôi xem quang phổ của bất cứ thứ gì,
bất kể nó từ Trái Đất hay từ một vì sao xa xôi,
và tôi sẽ cho bạn biết nó được làm từ những gì.
Những đường kẻ của Fraunhofer là chữ ký của các nguyên tử,
của các nguyên tố viết rõ trên vũ trụ.
Cũng như với mọi khám phá lớn trong lịch sử khoa học,
nó mở đường tới những bí ẩn mới và sâu sắc hơn.
và tới với khám phá rằng
còn rất nhiều bí ẩn nữa ẩn giấu trong ánh sáng.
Khi Joseph Fraunhofer kết hợp lăng kính và kính viễn vọng
và đưa nó hướng về bầu trời,
ông đem các vì sao tới gần chúng ta hơn rất nhiều.
Khi mới chỉ 39, ông mắc phải một căn bệnh nặng.
Có lẽ là di chứng từ sự tiếp xúc lâu dài từ nhỏ
với các hóa chất độc hại của nghề làm thủy tinh.
Bạn không bao giờ biết được thiên tài tiếp theo sẽ xuất hiện ở đâu.
Chúng ta đã để mặc bao nhiêu người như thế giữa những đống đổ nát?
Vị hoàng tử và vương quốc của ông đã thu lợi vô cùng nhiều
từ một hành động tốt bụng với đứa trẻ mồ côi đó.
Các khám phá của Fraunhofer đã làm thay đổi cả Bavaria
từ một vùng thôn dã hẻo lánh thành một trung tâm công nghệ.
Khi ông hấp hối, chính phủ tìm mọi cách để gìn giữ
từng chút một những kiến thức quý giá của ông
về công nghệ làm kính quang học.
Nhưng nó chỉ có thể được tiết lộ cho một người có thể giữ tuyệt mật--
Giám đốc sở đúc tiền.
Chính phủ giữ kín công nghệ làm kính quang học hoàn hảo của Fraunhofer
như một bí mật quốc gia trong suốt một trăm năm.
Đây rồi sẽ trở thành một trở ngại lớn
cho một người chúng ta sẽ gặp sau trong cuộc hành trình.
Nhưng Fraunhofer sẽ không cho phép có một bí mật như vậy
khi có liên quan đến các nghiên cứu thuần túy khoa học của ông.
Ông biết rằng khoa học cần đến sự cởi mở để phát triển,
rằng hiểu biết của chúng ta về tự nhiên
thuộc về cả thế giới.
Ngay khi Fraunhofer khám phá ra các đường kẻ quang phổ,
ông cho xuất bản mọi thứ mà ông biết về nó.
Và tiếng vang từ những khám phá vĩ đại đó vẫn còn vọng đến bây giờ.
Những đường kẻ quang phổ của ông tiết lộ rằng
vũ trụ quan sát được đều được làm từ cùng các loại nguyên tố.
Các hành tinh...
Các ngôi sao...
Các thiên hà...
Cả chúng ta, và mọi sự sống khác,
Đều cùng một loại vật chất sao.
Ông giúp chúng ta biết được có gì trong khí quyển
của các thế giới khác
và ở các thiên hà cách xa hàng triệu năm ánh sáng.
Các dòng quang phổ tiết lộ không chỉ thành phần của các vật thể xa xôi,
mà còn liệu chuyển động của chúng tới gần hay ra xa khỏi chúng ta nữa.
Sử dụng chúng, ta biết được rằng vũ trụ của chúng ta đang giãn nở.
Nhưng có lẽ, khám phá lớn nhất của thiên văn quang phổ
là khám phá ra thứ chúng ta không thể nhìn thấy.
Một vũ trụ ẩn của vật chất tối,
lớn gấp 6 lần vũ trụ quen thuộc của chúng ta.
Nó được làm từ một thứ vật chất bí ẩn,
hoàn toàn không phát ra, phản xạ hay hấp thụ bất cứ loại ánh sáng nào.
Chúng ta chỉ biết có nó ở đó nhờ trọng lực của nó.
thứ hút các thiên hà và tăng tốc các ngôi sao bên trong chúng.
Còn rất nhiều loại ánh sáng nữa mà mắt ta không thể thấy.
Chỉ giới hạn sự tiếp nhận của mình với ánh sáng nhìn thấy được
giống như là nghe nhạc mà chỉ nghe trong một quãng tám.
Vẫn còn rất nhiều nữa mà.
Chúng khác nhau chỉ ở bước sóng, nhưng hết sức đa dạng.
Ví dụ, ánh sáng hồng ngoại...
loai ánh sáng mà William Herschel đã tìm thấy.
Hoặc ánh sáng X quang.
Hoặc ánh sáng radio.
Hoặc ánh sáng tia gamma.
Đây không chỉ là những cách khác nhau để cùng nhìn 1 thứ.
Những loại ánh sáng khác này
còn tiết lộ những sự vật và hiện tượng khác nhau trong vũ trụ.
Ví dụ, trong ánh sáng tia gamma,
chúng ta có thể thấy những vụ nổ bí ẩn từ các thiên hà xa xôi
mà nếu không có nó chúng ta sẽ bỏ qua.
Và trong ánh sáng viba,
ta có thể nhìn thấy ngược trở lại thời điểm khai sinh của vũ trụ.
Chúng ta chỉ vừa mới mở mắt ra mà thôi...