Đi vào không tưởng tượng nổi

"Bắt lấy sóng trong trường điện từ?"

Nghe câu nói đó của Từ Vân, Faraday vô thức quay đầu, nhìn bạn thân thiết William Wiper một cái.

Sau đó, hai vị đại lão điện từ học đồng thời chợt nghĩ ra điều gì đó.

Họ dời ánh mắt, hướng về phía tấm kim loại mạ kẽm to lớn trong phòng học.

Khác với ánh sáng thông thường có thể nhìn thấy bằng mắt thường, nếu thực sự tồn tại một loại sóng trong trường điện từ, thì nó chắc chắn sẽ có những tính chất không thể quan sát bằng mắt thường.

Đây là lẽ thường mà ngay cả trẻ con cũng hiểu, bởi nếu sóng điện từ có thể nhìn thấy được, Faraday và các cộng sự hẳn đã sớm chú ý đến nó rồi.

Do đó, Từ Vân nói "bắt lấy", chắc chắn không phải là trực tiếp hiện thực hóa sóng điện từ trước mắt mọi người, mà là thể hiện qua một hiện tượng hoặc phản ứng nào đó.

Tựa như thí nghiệm vụn sắt mà Faraday đã làm trước đây:

Khi đó, ông rắc một lớp vụn sắt rất nhỏ lên một tờ giấy, đặt một khối nam châm dưới tờ giấy, sau đó gõ nhẹ.

Thế là, các vụn sắt sau khi rung động đã sắp xếp gọn gàng theo từng đường sức từ, từ cực Bắc của nam châm đến cực Nam.

Nhờ đó, Faraday đã phát hiện ra khái niệm đường sức từ.

Bởi vậy, không có gì bất ngờ...

Lần "bắt lấy" này của Từ Vân hiển nhiên cũng là thông qua hiện tượng thay vì vật thể thật, điều này chắc chắn không có gì lạ.

Chỉ là, đó sẽ là hiện tượng gì?

Là phản ứng vật lý?

Hay là một hiện tượng thay thế vật thể không thể nhìn thấy?

Và đúng lúc Faraday cùng các vị giáo sư khác đang suy tư, Từ Vân lại lên tiếng:

"Giáo sư Faraday, bây giờ có thể bắt đầu thí nghiệm chưa ạ?"

Faraday lúc này mới lấy lại tinh thần, trao đổi ánh mắt dò hỏi với Albert thân vương ở một bên.

Vị vương tử không ngai của nước Anh này, dù còn thiếu sót đôi chút về kiến thức chuyên môn, nhưng dù sao cũng là người có địa vị cao nhất hiện trường, thí nghiệm nhất định phải được sự đồng ý của ông ấy mới có thể bắt đầu.

Albert thân vương khẽ gật đầu với Faraday, rồi nói với Từ Vân:

"Xin mời bắt đầu đi, Từ Vân đồng học."

Từ Vân đáp một tiếng "Vâng", rồi dùng ánh mắt liếc nhẹ Albert thân vương.

Chỉ trong vài câu nói ngắn ngủi vừa rồi, Albert thân vương đã ngập ngừng đến hai lần, trong lúc ngập ngừng còn kèm theo động tác nuốt nước bọt.

Rất rõ ràng.

Cuối cùng, các chứng co thắt dạ dày và thực quản của Albert thân vương, những chứng bệnh dẫn đến cái chết sớm của ông, lúc này đã có những triệu chứng khá rõ ràng.

Albert, vị "chàng rể" nổi tiếng nhất trong lịch sử nước Anh, đã được các thế hệ sau... đặc biệt là các nhà y học Anh, nghiên cứu rất nhiều về tình trạng bệnh lý khi ông còn sống.

Có thể xác định rằng.

Albert thân vương khi còn sống đã mắc các chứng phong thấp vùng eo, phì đại tiền liệt tuyến, co thắt dạ dày và viêm thực quản trào ngược.

Trong đó, hai chứng bệnh cuối cùng rất có thể là nguyên nhân chính dẫn đến cái chết của Albert thân vương.

Vào thời điểm đó ở nước Anh chưa có những tiến bộ y học như sau này, viêm thực quản trào ngược, dù là về cảm giác đau khi phát tác hay mức độ nguy hiểm, đều cao hơn nhiều so với thời hiện đại.

Nhưng Từ Vân hơi do dự là...

Anh không chắc mình có nên ra tay giúp đỡ hay không.

Bởi vì Albert thân vương này, thái độ của ông ấy đối với Trung Hoa trong lịch sử thực sự rất kỳ lạ.

Đầu tiên, với tư cách là một tầng lớp hưởng lợi, Albert thân vương tất nhiên được hưởng những khoản lợi nhuận kếch xù mà thuộc địa mang lại cho nước Anh.

Nhưng với tư cách là vị vương tử không ngai của nước Anh, bản thân ông lại chưa bao giờ thể hiện bất kỳ thái độ hay chỉ thị nào đối với Trung Hoa.

Ông ấy từ đầu đến cuối cũng không quan tâm đến tình hình ở phương Đông, trọng tâm chú ý khi còn sống chủ yếu nằm ở Đức, ở Châu Mỹ, công nghiệp và kinh tế.

Phương Đông dường như không hề tồn tại, chính sách đối với Trung Hoa từ trước đến nay đều do thủ tướng Anh phụ trách.

Đời trước, Từ Vân còn nhờ bạn giúp thu thập các bản scan chương trình nghị sự của Anh đối với Trung Hoa từ năm 1840 đến năm 1865, tổng cộng tốn hơn bảy trăm tệ, nhưng không hề tìm thấy dù chỉ một chương trình nghị sự do Albert quyết định.

Chưa nói đến nhân phẩm tốt xấu, điều này từ góc độ của một nhà lãnh đạo quốc gia mà xem thì hoàn toàn không hợp lý – bất kỳ tầng lớp lãnh đạo châu Âu nào vào thế kỷ 19 lại xem nhẹ Trung Hoa cơ chứ?

Nhưng Albert lại hết lần này đến lần khác làm như vậy.

Giống như bạn có một phần mềm chứng khoán, mỗi năm mang lại cho bạn hàng chục triệu tiền cổ tức, nhưng bạn chưa bao giờ quan tâm đến phần tiền này, thậm chí còn không nghĩ đến việc mở điện thoại xem hôm qua nó tăng hay giảm bao nhiêu.

Đây hiển nhiên là một loại hành vi vô cùng kỳ quái.

Đại học Kim Lăng thế kỷ sau thậm chí còn mở một đề tài nghiên cứu về thái độ của Albert thân vương đối với Trung Hoa, nhưng cuối cùng cũng không có một kết luận chính xác nào.

Do đó, Từ Vân thực sự không hiểu rõ rốt cuộc người này có tính cách ra sao.

Nếu là những kẻ cầm đầu các đội quân phương Tây tội ác tày trời như Grant, hoặc những người bạn quốc tế đáng kính như Lâm Tái, thì việc xử lý lại dễ dàng hơn nhiều.

Nghĩ đến đây.

Từ Vân không khỏi lắc đầu, tạm gác những suy nghĩ đó lại.

Thời gian còn rất dài, cứ từ từ quan sát rồi tính sau.

Bây giờ việc cấp bách vẫn là xử lý tốt thí nghiệm, và hoàn thiện đường Faraday.

Sau đó, anh đi đến bên cạnh máy phát điện, nói với Thompson:

"Thưa ông Thompson, phiền ông kéo hết rèm cửa phòng xuống."

Thompson lúc này nhẹ gật đầu, nói:

"Rõ rồi."

Xoạt ——

Chốc lát sau.

Toàn bộ rèm cửa đen trong phòng học đã được kéo xuống.

Cộng thêm việc phòng học vốn nằm ở một góc hẻo lánh, nên lúc này trong phòng, không hẳn là tối om như mực, nhưng ít nhất cũng đạt tiêu chuẩn của một "phòng tối".

Từ Vân kiểm tra lại thiết bị lần cuối, rồi nhấn nút khởi động.

So với thí nghiệm hôm qua, máy phát điện mà Từ Vân chuẩn bị hôm nay có quy cách tinh xảo hơn một chút:

Quả cầu đồng vẫn không thay đổi, nhưng thanh đồng nối với quả cầu có chiều dài thống nhất là 12 tấc Anh, tấm kẽm hình vuông có cạnh dài là 16 tấc Anh.

Rất nhanh.

Xì xì xì ——

Khi điện áp tăng lên, tia lửa điện lại xuất hiện.

Hú ——

Ngay sau đó.

Theo tia sáng phản xạ, trên máy nhận tín hiệu cũng đồng thời xuất hiện tia lửa điện.

Thấy cảnh này.

Faraday và mọi người lại nhìn nhau, trong mắt lóe lên vẻ nghi hoặc.

Hiện tượng vẫn làm người ta rung động, nhưng dường như...

Không có gì khác biệt so với hôm qua?

Nhưng rất nhanh.

Sự chú ý của Faraday đã bị một vật nào đó trong tay Từ Vân thu hút:

Đó là một ống thủy tinh lớn cỡ đèn pin, bên trong chứa một ít bột màu đen, trông hơi giống bột mè.

Bên ngoài ống thủy tinh có một dây dẫn, hai đầu dây nối với hai đầu ống thủy tinh, tạo thành một mạch kín, trên đó còn có một vôn kế.

Faraday thấy vậy không khỏi đứng dậy, đi đến bên cạnh Từ Vân, chỉ vào ống thủy tinh và hỏi:

"Từ Vân đồng học, đây là vật gì?"

Từ Vân nhìn ông một cái, giơ ống thủy tinh lên, cười giải thích:

"Đây là một bộ thu sóng vụn kim loại."

"Bộ thu sóng vụn kim loại?"

Faraday lặp đi lặp lại cụm từ đó vài lần, rồi chợt nghĩ ra điều gì.

Ông đột nhiên ngẩng đầu, ánh mắt dời về phía tấm kim loại mạ kẽm lớn được cố định trên tường.

Một lát sau.

Với vẻ mặt đầy cảm thán, ông nhìn Từ Vân và nói rõ ràng:

"Thì ra là vậy... Tôi hiểu rồi, là sóng dừng, tiên sinh Béo đã sử dụng sóng dừng, phải không?"

Từ Vân gật đầu cười.

Mọi người đều biết.

Hiệu ứng quang điện là một điểm sáng chói lọi trong lịch sử vật lý học, nó có vô số hướng phát triển về mặt lý thuyết, nhưng về ý nghĩa khái niệm thì chủ yếu chỉ có hai điểm.

Đầu tiên là phản bác thuyết sóng ánh sáng – nó giáng ba đòn mạnh mẽ vào thuyết sóng.

Đòn thứ nhất là tần số giới hạn.

Nghĩa là đối với một loại vật liệu kim loại nhất định, chỉ khi tần số của ánh sáng tới lớn hơn một tần số giới hạn v0 nào đó, electron mới có thể thoát ra khỏi bề mặt kim loại tạo thành dòng quang điện.

Tần số v0 này được gọi là tần số giới hạn, còn được gọi là tần số giới hạn đỏ, tần số cực hạn.

Nếu tần số ánh sáng tới v nhỏ hơn tần số giới hạn v0, thì dù cường độ ánh sáng tới có mạnh đến đâu, cũng không thể tạo ra hiệu ứng quang điện.

Mà theo quan điểm quang học sóng.

Dù tần số là bao nhiêu, chỉ cần cường độ ánh sáng mạnh và thời gian chiếu xạ dài, electron sẽ nhận đủ động năng để thoát khỏi catốt.

Đòn thứ hai là không thể giải thích vì sao tồn tại điện áp giới hạn, mà nó lại chỉ thay đổi theo tần số:

Theo quan điểm quang học sóng, động năng của electron thoát khỏi catốt phải liên quan trực tiếp đến cường độ ánh sáng và thời gian chiếu xạ.

Do đó, động năng tối đa của electron phải thay đổi theo cường độ ánh sáng và thời gian chiếu xạ, nghĩa là điện áp giới hạn sẽ thay đổi theo cường độ ánh sáng.

Đòn thứ ba là vấn đề tức thời – ngay cả khi ánh sáng rất yếu, thời gian phản ứng của hiệu ứng quang điện vẫn rất nhanh, và không thay đổi theo cường độ ánh sáng.

Theo quan điểm quang học sóng.

Với điện áp giới hạn cụ thể, thời gian phát sinh hiệu ứng quang điện phải tỉ lệ nghịch với cường độ ánh sáng.

Nhưng trên thực tế, trong hiệu ứng quang điện, bất kể cường độ ánh sáng là bao nhiêu, miễn là thỏa mãn yêu cầu về tần số giới hạn và điện áp giới hạn, thời gian phát sinh hiệu ứng quang điện đều ở mức 10^-14 giây.

Tuy nhiên, vẫn là câu nói đó.

Giới khoa học năm 1850 vẫn còn quá hạn chế trong nhận thức về lĩnh vực vi mô. Vì vậy, Từ Vân không định giải thích rõ toàn bộ chân tướng của hiệu ứng quang điện vào lúc này.

Khi chưa ai biết rõ đáp án, nó vẫn còn là một điều bí ẩn.

Anh ấy chỉ là một người làm công bình thường, chỉ làm một chút việc nhỏ, còn việc giải đáp thì hãy để cho những người tài giỏi khác.

Mà ngoài việc phản bác thuyết sóng ra.

Một ý nghĩa khái niệm quan trọng khác của hiệu ứng quang điện chính là để chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ.

Phải biết.

Nếu chỉ nhìn vào bản thân hiện tượng hiệu ứng quang điện, thì thực ra chưa đủ để chứng minh sóng điện từ... Hay nói cách khác, kết luận về "cuộn dây cảm ứng điện từ dao động, cuộn dây thứ cấp nhận cảm ứng".

Vậy Hertz đã khẳng định kiểm chứng sóng điện từ bằng cách nào?

Đáp án chính là phương pháp sóng dừng.

Nói đơn giản, sóng dừng, đúng như tên gọi, là những con sóng "đứng yên", không di chuyển.

Đứng yên ở đâu?

Tất nhiên là giữa hai mặt tường song song đối diện.

Một không gian có ba cặp mặt tường song song đối diện, tức là trước sau, trái phải và trên dưới.

Bản chất của nó là hiện tượng cộng hưởng không gian, phương trình tổng hợp là y = y1 + y2 = Pi cos2 Pi.

Từ phương trình này, không khó để thấy rằng.

Khoảng cách giữa các nút sóng dừng tương đương với n lần nửa bước sóng, do đó chỉ cần biết khoảng cách giữa các nút sóng là có thể tính toán được bước sóng gốc.

Vậy thì, vấn đề kiểm chứng sóng điện từ có thể quy về một phân đoạn mới:

Làm thế nào để xác định khoảng cách giữa các nút sóng?

Vào năm 1887, Hertz đã đưa ra câu trả lời bằng một thiết kế tinh xảo:

Ông đầu tiên cũng bố trí một căn phòng kín, sau đó thiết kế một bộ thu sóng dựa trên nguyên lý vòng sóng điện, dùng bộ thu sóng này để kiểm tra sóng dừng.

Bộ thu sóng này không hiển thị số liệu, nhưng có thể phát ra tia lửa điện tùy theo tình huống khác nhau:

Sóng thì có đỉnh sóng và bụng sóng, bộ thu sóng phát ra tia lửa sáng nhất tại đỉnh sóng và bụng sóng, còn tại các điểm có giá trị 0 giữa đỉnh sóng và bụng sóng thì không có tia lửa.

Do đó, bằng cách đo vị trí của chính nó, có thể xác định khoảng cách giữa các nút sóng dừng.

Đương nhiên.

Bộ thu sóng của Hertz còn khá thô sơ, độ nhạy rất thấp, do đó Từ Vân lần này đã thực hiện một số cải tiến trên bộ thu sóng:

Anh chế tạo một bộ thu sóng vụn sắt.

Khi hiệu ứng quang điện chưa xảy ra, các vụn sắt phân bố lỏng lẻo.

Toàn bộ bộ thu sóng tương đương với một mạch hở, vôn kế sẽ không hiển thị dòng điện.

Mà một khi kiểm tra thấy sóng điện từ.

Các vụn sắt sẽ ho���t động, tụ lại thành một khối, đóng vai trò chất dẫn, kích hoạt vôn kế.

Càng đến gần đỉnh sóng hoặc bụng sóng, vụn sắt ngưng tụ càng nhiều, chỉ số trên vôn kế sẽ càng lớn.

Cứ như vậy, so với việc quan sát bằng mắt thường, không nghi ngờ gì là rõ ràng và chính xác hơn nhiều.

Theo một nghĩa nào đó.

Đây cũng là điểm hấp dẫn nhất của ngành vật lý.

Có lúc bạn không cần những thiết bị đo lường chính xác đến từng micromet, mà quan trọng nhất là tư duy mạch lạc.

Giống như Từ Vân năm đó khi còn ở trường, có một thí nghiệm cần mô phỏng dao động của tơ nhện, nhưng nhất thời lại không tìm được thiết bị có chu kỳ dao động thích hợp.

Kết quả là một cô gái mạnh mẽ đã bất ngờ rút ra vài vật dụng cá nhân, thông qua miếng đệm bọt biển, đã mô phỏng hoàn hảo dữ liệu chu kỳ cần thiết.

Chuyện đó đã trở thành một truyền thuyết trong khoa, và sau này Từ Vân cùng bạn học vẫn còn nhắc đến trong các buổi họp lớp.

Đương nhiên.

Từ Vân và bạn bè vẫn luôn có một điều chưa nói rõ với cô gái đó – sau này mọi người nghĩ lại, thật ra dùng dao cạo râu cũng gần tương tự...

Khụ khụ, trở lại chuyện chính.

Mạch suy nghĩ đã rõ ràng, phần còn lại cũng rất đơn giản.

Từ Vân để máy phát điện duy trì trạng thái khởi động, phân phát mấy bộ thu sóng đã được William Whewell chuẩn bị sẵn cho mọi người, và tiến hành kiểm tra đo lường sóng dừng.

"Vôn kế ở đây là 0, là một điểm giá trị 0!"

"1.7 volt... Có ai lớn hơn tôi không?"

"... Chắc là không, 1.7 có vẻ là vị trí đỉnh sóng và bụng sóng."

"1.5... 1.6... 1.7, tìm thấy rồi, chỗ tôi là một vùng giá trị cực đại!"

Tiếng của một đám đại lão vang lên liên tiếp trong phòng, rất nhanh, mấy khoảng cách nút sóng dừng đã được kiểm tra và xác định.

"0.26 mét..."

Nhìn các giá trị sau khi tổng hợp, Faraday xoa cằm:

"Khoảng cách giữa hai điểm nút sóng dừng chính xác bằng nửa bước sóng, tức là nλ/2, vậy thì, tính toán như vậy, bước sóng điện từ chính là..."

"6.5x10^-7 mét?"

Từ Vân nhẹ gật đầu.

Phổ chính của hiệu ứng quang điện thực ra có hai đỉnh, một là 6.5x10^-7 mét, đỉnh còn lại là 4.8x10^-7 mét.

Những giá trị này, sau khi được phóng đại bằng sóng dừng, có thể dễ dàng đo được trong thế giới vĩ mô.

Nói cách khác...

Từ Vân thực sự đã "bắt được" sóng điện từ!

Nhìn các giá trị trên giấy, rồi nhìn bộ thu sóng trong tay.

Faraday trong khi vừa rung động thán phục, vừa không khỏi cảm thấy chút chua xót và chán nản trong lòng:

Mặc dù đã sớm biết mình không thể sánh bằng tiên sinh Béo, nhưng ông không ngờ rằng, khoảng cách giữa mình và tiên sinh Béo lại lớn đến vậy...

Thí nghiệm mà tiên sinh Béo tiện tay thiết kế này, e rằng cũng đủ để khiến những người có mặt ở đây hồi tưởng cả đời.

Chưa kể, theo lời Từ Vân.

Đây vẫn chỉ là một trong những thí nghiệm do tiên sinh Béo thiết kế mà thôi.

Quả không hổ danh là nhân vật có thể sánh ngang với Ngài Newton...

Nói tóm lại.

Mọi chuyện đã đến bước này, những việc tiếp theo cũng rất đơn giản.

Vào thời điểm đó, Hertz vẫn chưa đưa ra đơn vị tần số... tức là khái niệm Hertz.

Nhưng khái niệm về tần số đã được phát minh từ thời kỳ ban sơ, chỉ là về mặt định nghĩa vẫn còn tương đối gần với "chu kỳ" mà thôi.

Máy phát điện mà Từ Vân thiết kế tương đương với một bộ dao động lưỡng cực, trong quá trình hoạt động sẽ kích thích các dao động tần số cao, cuộn dây cảm ứng sẽ được nạp điện với tần số 10-100 mỗi giây, tạo ra một đồ thị dao động tắt dần.

Khi biết số vòng và công suất, việc tính toán chu kỳ trở nên rất đơn giản.

Bởi vậy, rất nhanh.

Hai giá trị bước sóng và chu kỳ dao động đồng thời được đặt trước mặt Faraday và mọi người.

Faraday chăm chú nhìn các giá trị một lúc lâu, sau đó cầm bút lên và bắt đầu tính toán.

Tần số của sóng điện từ giống với tần số dao động của nguồn phát sóng, còn bước sóng thì liên quan đến chiết suất của môi trường.

Mặc dù chiết suất trong không khí không hoàn toàn giống với trong chân không, nhưng đối với mọi người vào năm 1850, sai số này về cơ bản có thể bỏ qua.

Bá bá bá ——

Ngòi bút của Faraday ổn định và nhanh chóng lướt trên giấy.

Với kiến thức toán học không quá xuất sắc, ông ít nhiều cũng cảm thấy tốn sức khi đối mặt với lượng tính toán như vậy.

Mấy phút sau.

Faraday cuối cùng cũng tính xong con số cuối cùng.

Ngay lúc ông chuẩn bị thở phào nhẹ nhõm, lông mày lại bất giác nhíu lại.

Chẳng hiểu sao.

Ông luôn cảm thấy con số trên giấy này, dường như có chút quen thuộc?

Thấy vẻ mặt Faraday có chút chần chừ, một bên Wheatstone có chút sốt ruột, sự tò mò của vị này đối với kiến thức thậm chí có thể sánh ngang với một đứa trẻ.

Ông ta liền nhanh nhẹn tiến lên nhìn kỹ vài lần, rồi chợt khẽ "À" một tiếng:

"2.97969x10^8 mét/giây, đây không phải..."

"Tốc độ ánh sáng sao?!"

...

Bản dịch này là tài sản độc quyền của truyen.free, xin vui lòng không sao chép dưới mọi hình thức.