James Maxwell - Nhà vật lý học vĩ đại bị quên lãng

  •  
  • 871

Nhà vật lý học với cái tên khá xa lạ này thực ra chỉ đóng góp một phần nhỏ như giải thích nguyên lý của sóng radio, các thỏi nam châm và sự sạc pin. Thế nhưng, vì sao ông lại vĩ đại đến vậy?

Nói về các nhà sáng chế, nhà vật lý học đại tài, chúng ta ngay lập tức nhắc tên của Albert Einstein, khi ông được "thần tượng" hơn cả.

Không thể phủ nhận Einstein đã có những phát minh vĩ đại cho nhân loại, trong ít nhất 4 lĩnh vực vật lý mới, tạo ra lý thuyết về lực hấp dẫn từ... trí tưởng tượng của chính mình và dạy cho con người bản chất thực sự của thời gian và không gian.

Thế nhưng nếu bạn tự hỏi, Albert Einstein "thần tượng" ai? Câu trả lời chính là James Clerk Maxwell.

Nhà vật lý học bị quên lãng

Hầu hết mọi người đều không nhớ hoặc chưa từng nghe đến Maxwell, một nhà khoa học và bác học người Scotland sống ở thế kỷ 19 (1831-1879). Tuy nhiên, ông có lẽ là nhà khoa học vĩ đại nhất trong thế hệ của mình và đã cách mạng hóa vật lý theo cách mà không ai mong đợi.

James Clerk Maxwell
James Clerk Maxwell (1831-1879).

Trên thực tế, các đồng nghiệp của Maxwell đã phải mất nhiều năm mới nhận ra rằng những phát minh của ông tuyệt vời như thế nào, đúng đắn như thế nào.

Vào thời ấy, một trong những trọng tâm lớn nhất của ngành khoa học đó là giải thích các đặc tính kỳ lạ và khó hiểu của điện/từ tính.

Từ thời cổ đại, con người đã biết rằng một số loài động vật như lươn điện, khiến bạn bị giật nếu bạn chạm vào chúng, nhưng không thể lý giải được điều này. Tia sét, tia điện cũng có thể gây ra hỏa hoạn nếu như chúng tương tác với một số vật thể.

Trong khi đó, một số vật chất nhất định, như đá hổ phách, có thể hút được một số vật nhỏ, nếu bạn cọ xát chúng với nhau. Ngoài ra, cũng có những hòn đá có thể hút chặt lấy kim loại, mà mãi sau này chúng ta mới gọi nó là nam châm.

Thời điểm ấy, con người chỉ có thể ứng dụng một số khái niệm về từ tính và điện từ, điển hình như thành thạo dùng nam châm trong la bàn, mà không thực sự hiểu rằng nó hoạt động thế nào.

Thế rồi Maxwell đã xuất hiện, và đưa ra rất nhiều thí nghiệm mở rộng về sự kỳ lạ của những khái niệm này.

Những phát minh đặt nền móng cho nhân loại

Ông được nhiều đồng nghiệp, người thân thắc mắc về sự nhầm lẫn về điện và từ tính khi đang nghiên cứu một đề tài khoa học khác.

Nhận thấy sự thú vị của lĩnh vực mới, Maxwell chỉ mất vài năm để áp dụng vật lý và toán học cơ bản để giải thích cho tất cả các thí nghiệm liên quan đến điện và từ tính.

Để làm được điều đó, ông đã có những suy nghĩ như một nhà khoa học tương lai. Điển hình như việc ông đã sớm hình dung được hướng của điện/từ được mang theo và truyền qua điện trường/từ trường

Nam châm
Nam châm.

Maxwell cho biết một điện tích sẽ tạo ra một điện trường bao quanh nó. Bất kỳ điện tích nào khác cũng có thể cảm nhận thấy trường này, và dựa vào cường độ, cũng như hướng của dòng điện, nó sẽ có những phản ứng lực với điện tích ban đầu.

Maxwell cũng nhận ra điều tương tự xảy ra với từ trường. Thế nhưng ông là nhà khoa học đầu tiên chứng minh được điện và từ không phải là hai lực riêng biệt, mà đơn thuần chỉ là "2 mặt của đồng tiền".

Ông cũng nhận ra rằng điện trường thay đổi có thể tạo ra từ trường và ngược lại. Ông cũng định hình được rằng đây là một làn sóng - và khái niệm sóng điện từ được sinh ra.

Sau đó, Maxwell bắt đầu tính toán tốc độ của những sóng điện từ này, sử dụng sức mạnh của lực điện và từ tính, và tìm ra tốc độ ánh sáng.

Chưa hết, Maxwell cũng phát hiện ra rằng ánh sáng - ở mọi dạng của nó, từ hồng ngoại, đến sóng vô tuyến, đến màu sắc của cầu vồng - được gọi là bức xạ điện từ.

Bên cạnh vật lý cơ bản, Maxwell cũng có những đóng góp trong lĩnh vực vũ trụ, như đã chứng minh rằng vành đai sao Thổ cấu thành bởi rất nhiều hạt bụi nhỏ.

Bức ảnh màu có độ bền đầu tiên
Bức ảnh màu có độ bền đầu tiên, được James Clerk Maxwell giới thiệu trong bài thuyết trình năm 1861.

Những hiểu biết của Maxwell được tổng hợp ở dạng 20 phương trình liên kết chặt chẽ với nhau. Vài năm sau, chúng được rút gọn thành 4 phương trình điện từ, và trở thành kiến thức cơ bản, được dạy cho các nhà khoa học và kỹ sư ngày nay.

Phương trình Maxwell được gọi là sự hợp nhất vĩ đại thứ hai trong vật lý, chỉ sau Isaac Newton về lực hấp dẫn của Trái đất.

Cập nhật: 04/10/2021 Theo Dân Trí
  • 871

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook