Những con số làm nên vũ trụ - Phần 9

Chỉ cần làm việc với gương

Vào giữa thế kỉ thứ 19, hai nhà vật lí người Pháp, sử dụng những cách tiếp cận giống nhau đối với bài toán trên, đi tới những phương pháp đo tốc độ ánh sáng sẽ mang lại động lực cho một cuộc cách mạng sâu sắc trong vật lí học. Kĩ thuật thứ nhất được nghĩ ra bởi Armand-Hippolyte-Louis Fizeau, và dựa trên ý tưởng của một nhà vật lí người Pháp trước đó, Dominique François Arago, người có thị lực quá tệ nên không thể thực hiện thí nghiệm của mình. Fizeau đặt hai cái gương đối diện nhau, cách nhau một khoảng 8.633 mét – khoảng 5¹/₃ dặm. Ông đặt một bánh xe răng quay nhanh giữa hai cái gương và chiếu một chùm ánh sáng giữa các răng bánh xe. Sau đó, ông điều chỉnh tốc độ quay sao cho chùm ánh sáng phản hồi đi tới khe trống giữa hai răng bánh xe tiếp theo. Vì công nghệ đã tiến bộ đến mức tốc độ quay có thể giữ không đổi, cái không thể làm được nếu không có máy điều khiển, nên thời gian có thể tính ra đơn thuần bởi việc biết tốc độ quay của bánh xe và số răng cưa của bánh xe. Số đo của Fizeau cao hơn 5%, tuy nhiên nó là một cải thiện đáng kể so với ước tính của Rømer. Mặc dù ước tính của Bradley là tốt hơn, nhưng sự đổi mới công nghệ của thí nghiệm này đã lát đường cho những sự xác định còn chính xác hơn nữa của tốc độ ánh sáng. Trong khoa học lẫn trong toán học (như tôi thường nói với sinh viên của mình), thỉnh thoảng phương pháp tính toán quan trọng hơn các kết quả tính toán.

Cũng đồng thời xử lí vấn đề này là một người bạn của Fizeau, Jean Bernard Léon Foucault, ông sử dụng một phương pháp tương tự như của Fizeau. Điều này không có gì bất ngờ, vì hai người họ là những người bạn thân từ thời sinh viên, và thật ra họ đã cùng xét một đề án đo tốc độ ánh sáng, nhưng sau một trận cãi vã, họ đã tách ra và quyết định theo đuổi vấn đề trên một cách độc lập. Kĩ thuật của Foucault cũng dùng hai cái gương đặt cách nhau một khoảng nhất định, nhưng thay vì cho ánh sáng đi qua bánh răng, ông cho nó phản xạ trên một cái gương đang quay được cấp nguồn bởi một động cơ hơi nước do ông tự chế tạo. Chùm ánh sáng này chiếu thẳng về phía cái gương thứ hai, sau đó phản xạ và đi trở về cái gương ban đầu, lúc này cái gương này đã quay đi một chút. Fizeau đã sử dụng chuyển động quay của bánh xe răng cưa để tính thời gian ánh sáng đi hết một vòng; còn Foucault tính ra thời gian này bằng cách đo góc mà chùm ánh sáng phản hồi bị lệch.

Thiết bị này được nghĩ ra một phần trước khi có trận cãi vã làm rã nhóm Fizeau-Foucault, và Foucault cũng đã sử dụng kĩ thuật gương quay để chứng minh rằng ánh sáng truyền trong nước chậm hơn trong không khí. Giống như Cavendish đã biết vai trò của Michell trong việc nghĩ ra cân xoắn, Foucault cũng đã biết kĩ thuật của Fizeau. Vâng, hầu như là thế. Đây là những lời của Foucault:

“Tôi không phát minh ra gương quay, thấu kính tiêu sắc, mạng hay micro kế, nhưng tôi đã có vận may là có thể đưa những thiết bị này, do những nhà khoa học khác nghĩ ra, hoạt động chung với nhau để tôi có thể giải một bài toán đã được nêu ra hồi 12 năm trước”.

Có vẻ như trận cãi vã với Fizeau vẫn còn day dứt, và mặc dù Foucault có đủ sự chân thật để có riêng những phát triển dẫn tới những thí nghiệm của ông, nhưng ông cảm thấy rằng, vì ông còn dùng những dụng cụ khác cùng với gương quay của Fizeau, nên ông không cần biết đến bản thân Fizeau làm gì.

Thiết bị thí nghiệm của Foucault cải tiến trên thiết bị của Fizeau, nhưng thật không may, Foucault không thể giữ các chùm tia sáng tập trung đủ chính xác, trừ khi hai cái gương ở khá gần nhau. Điều này mang lại một sự dịch chuyển góc nhỏ của chùm tia phản hồi. Kết quả là sai số tương đối của phép đo này khá lớn – và người Mĩ đầu tiên giành giải thưởng Nobel đã sử dụng cách bố trí cơ bản của Foucault, nhưng đã nghĩ ra một cách cải thiện sai số tuyệt đối lẫn sai số tương đối trong những phép đo đó.

Những con số làm nên vũ trụ
James D. Stein
Bản dịch của TVVL

<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email

Thêm ý kiến của bạn