• No products in the cart.

  • LOGIN

nobel vật lý 1971

nobel vật lý 1971

Dennis Gabor (1900-1979)

Giải Nobel Vật lý năm 1971 được trao cho giáo sư người Anh gốc Hungary Dennis Gabor tại Cao đẳng Khoa học và Công nghệ Hoàng gia ở London (Anh) “do phát minh và phát triển của ông về phương pháp ghi ảnh toàn ký (holographic method)”.

Dennis Gabor sinh ngày 5 tháng 6 năm 1900 tại Budapest (Hungary). Ông là con cả của ông Bertalan Gabor – một giám đốc công ty khai thác mỏ và bà Adrienne. Lòng say mê vật lý lâu dài của ông bỗng dưng hình thành khi ông 15 tuổi. Không chờ cho đến khi vào đại học, trong hai năm liền ông học giải tích và vật lý qua cuốn sách giáo khoa của Chwolson – một cuốn sách lớn nhất lúc bấy giờ. Trong tự thuật của mình, Gabor vẫn còn nhớ ông bị thu hút như thế nào đến lý thuyết của Abbe về kính hiển vi và phương pháp chụp ảnh màu của Gabriel Lippmann. Phương pháp của Lippmann đóng vai trò quan trọng trong công trình của ông 30 năm sau. Ông cùng với em trai của mình là George Gabor xây dựng một phòng thí nghiệm nhỏ tại nhà của mình và ở đó họ có thể lặp lại phần lớn các thí nghiệm mà chúng là hiện đại vào thời đó như các tia X vô tuyến và sự phóng xạ. Nhưng khi vào đại học, ông lại học kỹ thuật chứ không phải học vật lý. Khi đó, vật lý chưa phải là một nghề ở Hungary. Cả nước này chỉ có nửa tá ghế giáo sư đại học và ai có thể dám  cả gan chiếm một trong những ghế đó?

Gabor tốt nghiệp Technische Hochschule Berlin ngành kỹ thuật điện năm 1924 và nhận được bằng tiến sĩ kỹ thuật năm 1927. Mặc dù học trường kỹ thuật ông thường đến nghe giảng vật lý tại Đại học Berlin. Khi đó, ở trường này có những nhà vật lý nổi tiếng như Einstein, Planck, Nernst và von Laue. Mặc dù nghề của ông là kỹ thuật điện, các công trình nghiên cứu của ông hầu như luôn luôn thuộc về lĩnh vực vật lý ứng dụng. Công trình luận án tiến sĩ của Gabor liên quan đến sự phát triển của một trong những dao động ký tia catot cao tốc đầu tiên. Trong quá trình thực hiện đề tài luận án tiến sĩ, ông đã chế tạo ra thấu kính điện tử từ màn sắt. Năm 1927 Gabor bắt đầu làm việc cho Siemens & Halske AG. ở đó ông có phát minh đầu tiên của mình về đèn thủy ngân thạch anh cao áp với hơi quá nhiệt và vòng băng molipđen. Đèn này sau đó được sử dụng rộng rãi trên các đường phố. Đó cũng là bài tập đầu tiên của ông khả năng tình cờ phát hiện những cái bất ngờ và may mắn (serendipity) hay nghệ thuật mong muốn một cái gì đó và tìm thấy một cái khac.

Năm 1933 khi Hitler lên nắm quyền, Gabor rời khỏi nước Đức và sau một thời gian ngắn ở Hungary ông đã tới Anh. Năm 1934 nước Anh đang trong thời kỳ suy thoái kinh tế và người nước ngoài rất khó xin việc. Gabor làm việc cho Công ty British Thomson-Houston BTH về một hợp đồng với nhà phát minh. Phát minh này là một ống phóng khí với đặc thù riêng mà nó có thể được điều khiển trên các ống dẫn chính. Không may là phần lớn ánh sáng phát ra từ ống nằm trong vùng cực tím ngắn và ống không đủ hiệu suất với những bột phát quang sẵn có nhưng ít nhất công việc này giúp cho ông có chỗ đứng ở Phòng thí nghiệm nghiên cứu của BTH. Gabor làm việc ở đây cho đến cuối năm 1948. Những năm sau chiến tranh là những năm thành công nhất của ông. Ông đã viết những bài báo đầu tiên của mình về lý thuyết thông tin, phát triển một hệ thống làm phim nhìn nổi và trong năm cuối (1948) thực hiện những thí nghiệm cơ bản về phép ghi ảnh toàn ký (lúc đó gọi là “dựng lại mặt sóng (wavefront reconstruction)”). Điều này lại là một bài tập về serendipity. Mục tiêu ban đầu là một kính hiển vi điện tử cải tiến có khả năng phân giải mạng tinh thể và nhìn thấy các nguyên tử riêng biệt. Công trình của ba năm 1950-1953 thực hiện nhờ sự hợp tác với Phòng thí nghiệm nghiên cứu của AEI ở Aldermaston dẫn tới một số kết quả đáng kể nhưng còn xa so với mục tiêu ban đầu. Nhóm của Gabor đã bắt đầu sớm 20 năm. Chỉ đến những năm 1970 những kỹ thuật bổ trợ đã phát triển đến giai đoạn khi phép ghi ảnh toàn ký điện tử được ứng dụng thành công. Phương pháp ghi ảnh toàn ký quang (optical holography) đã được ứng dụng thành công trên thế giới sau phát minh laze. Còn phương pháp ghi ảnh toàn ký âm (acoustical holography) hiện nay đang ở trong giai đoạn mở đầu đầy triển vọng.

Ngày 1 tháng 1 năm 1949 Gabor bắt đầu làm việc tại Cao đẳng Khoa học và Công nghệ Hoàng gia London. Lúc đầu ông là một phó giáo sư điện tử và sau đó ông là giáo sư vật lý điện tử ứng dụng. Gabor nghỉ hưu năm 1967. Ông cùng các cộng sự trẻ tuổi là các nghiên cứu sinh của ông tham gia nghiên cứu nhiều bài toán trong đó hầu hết là những bài toán khó. Bài toán đầu tiên là bài toán giải thích Nghịch lý Langmuirs (tương tác điện tử bề ngoài mạnh một cách không thể giải thích được) trong hồ quang thủy ngân áp suất thấp. Cách giải thích của Gabor như sau: các điện tử trao đổi năng lượng không phải với nhau qua các va chạm mà qua tương tác với một lớp ranh giới dao động ở thành bình phóng. Nhóm của Gabor đã chế tạo một buồng mây Wilson trong đó vận tốc của các hạt trở nên đáng kể khi tác dụng lên chúng một trường tới hạn cao tần mà trường này sinh ra các dấu hiệu thời gian trên các đường đi tại các điểm có sự ion hóa cực đại. Các phát triển khác của nhóm này bao gồm một kính hiển vi chụp ảnh giao thoa laze, một kính quang phổ điện tử tốc độ (electron-velocity) mới, một máy tính tương tự mà nó đóng vai trò của bộ dự báo (predictor) “học” phi tuyến phổ biến, bộ ghi nhận (recognizer) và bộ mô phỏng chuỗi thời gian, một ống truyền hình màu phẳng mỏng và một kiểu bộ chuyển đổi nhiệt điện tử mới. Các công trình lý thuyết bao gồm lý thuyết thông tin, lý thuyết plasma, lý thuyết magnetron. Gabor còn để một vài năm nghiên cứu cách tổng hợp hạt nhân.

Sau khi nghỉ hưu, Gabor là cộng tác viên của  Cao đẳng Hoàng gia và các phòng thí nghiệm CBS ở Stamford. Từ năm 1958 ông dành nhiều thời gian quan tâm đến một vấn đề mới là tương lai của văn minh công nghiệp. Ông ngày càng tin tưởng rằng có một sự không tương xứng giữa công nghệ và các tập quán xã hội lâu đời của chúng ta và các đầu óc sáng tạo cần phải coi các phát minh xã hội là ưu tiên đầu tiên của họ. Niềm tin này của Gabor được thể hiện trong ba cuốn sách của ông mang tên là “Sáng tạo ra tương lai” (1963), “Đổi mới”(1970) và “Xã hội trưởng thành” (1972).

Năm 1936 Gabor cưới vợ là Marjorie Louise.

Dennis Gabor là hội viên Hội Hoàng gia London (1956) và viện sĩ danh dự Viện Hàn lâm Khoa học Hungary (1964). Ông là tiến sĩ khoa học của Đại học London (1964), tiến sĩ khoa học danh dự của Đại học Southampton (1970) và Đại học Công nghệ Delft (1971). Ông được trao tặng Huy chương Thomas Young của Hội Vật lý Anh (1967) và Giải thưởng Cristoforo Colombo của Italia (1967), Huy chương Albert Michelson của Viện Franklin (1968), Huy chương Rumford của Hội Hoàng gia London (1968), Huy chương danh dự của Hội kỹ sư điện và điện tử (1970), Giải thưởng Holweck của Hội Vật lý Pháp (1971).

Năm giác quan của chúng ta đêm lại cho chúng ta sự hiểu biết về những gì xảy ra xung quanh chúng ta. Tự nhiên có nhiều cách tác động vào các giác quan của chúng ta. Rõ ràng nhất là ánh sáng. Nó đem lại cho chúng ta khả năng nhìn và vui lòng với màu sắc và hình dạng. Âm thanh truyền đi lời nói mà chúng ta sử dụng để giao tiếp với nhau và nó cho phép chúng ta trải qua thế giới âm điệu của âm nhạc.

Ánh sáng và âm thanh là các chuyển động sóng mà chúng đem lại cho chúng ta thông tin không chỉ về các nguồn mà từ đó chúng phát ra mà còn về các vật mà chúng đi qua và  chúng bị phản xạ hoặc bị làm lệch hướng bởi các vật này. Nhưng ánh sáng và âm thanh chỉ là hai ví dụ về các sóng mang thông tin và chúng chỉ là những phần rất nhỏ của phổ điện từ và phổ âm mà mắt và tai của chúng ta cảm nhận được.

Các nhà vật lý và công nghệ đang liên tục cải tiến và mở rộng các phương pháp và thiết bị mà chúng đem lại cho chúng ta sự hiểu biết về các sóng nằm ngoài khả năng nhận biết trực tiếp của chúng ta. Kính hiển vi điện tử phân giải được các cấu trúc nhỏ hơn hàng nghìn lần so với bước sóng của ánh sáng nhìn thấy. Phim ảnh lưu giữ cho chúng ta một hình ảnh của một thời điểm thoáng qua mà chúng ta có thể sử dụng nó trong một thời gian dài để đo đạc hoặc nó làm biến đổi một trường sóng của các tia nhiệt, tia X hoặc các tia điện tử thành một ảnh nhìn thấy được.

Tuy nhiên, thông tin quan trọng về vật có thể bị mất trong một phim ảnh. Đó là một vấn đề cốt yếu đối với Dennis Gabor trong công trình của ông về lý thuyết thông tin. Do ảnh chỉ tái sinh ảnh hưởng của cường độ trường sóng tới chứ không phải bản chất của nó. Một đại lượng đặc trưng khác của sóng là pha. Pha phụ thuộc vào hướng tới của sóng và khoảng cách mà sóng đi được từ vật được chụp ảnh.

Gabor đã tìm ra lời giải của bài toán về cách để người ta có thể giữ được một trường sóng với pha của nó ở trên một phim ảnh. Một phần của trường sóng mà vật không có ảnh hưởng mang tên là sóng tham khảo (reference wave) được phép rơi lên phim cùng với trường sóng từ vật. Hai trường này có thể chồng chập lên nhau và giao thoa với nhau. Những chỗ sáng mạnh nhất trên phim là những chỗ hai trường này cùng pha và những chỗ tối nhất là những chỗ hai trường này ngược pha. Gabor gọi phim này là một ảnh toàn ký (hologram). Từ holo xuất phát từ từ Hi Lạp holos mà nó có nghĩa là toàn bộ hoặc hoàn toàn vì phim ảnh chứa toàn bộ thông tin. Thông tin này được lưu giữ trên phim ở dạng mã hóa. Khi phim ảnh chỉ bị chiếu bởi sóng tham khảo, sóng này bị làm lệch hướng trong cấu trúc của phim ảnh và trường của vật gốc được dựng lại. Kết quả là một ảnh ba chiều.

Gabor lúc đầu định sử dụng nguyên lý tạo ảnh của kính hiển vi điện tử theo hai bước: trước hết cần ghi trường của vật với các tia điện tử trong một ảnh toàn ký và sau đó cần dựng lại nó với ánh sáng nhìn thấy để tạo ra một ảnh ba chiều với độ phân giải cao. Nhưng không sẵn có các nguồn điện tử thích hợp và cũng do các lý do kỹ thuật khác, ý tưởng trên không thể thực hiện được. Tuy nhiên, thông qua các thử nghiệm thành công với ánh sáng Gabor có thể chỉ ra rằng nguyên lý nói trên là một nguyên lý đúng đắn. Trong ba bài báo do ông công bố từ năm 1948 đến năm 1951, ông đã đạt được một sự phân tích phương pháp chính xác và các phương trình của ông cho đến nay chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết.

Phép ghi ảnh toàn ký  trở thành một phát minh quan trọng khi laze trở thành một nguồn sáng sẵn có. Laze đầu tiên ra đời năm 1960 và những người phát minh ra laze là N. G. Basov và A. M. Prokhorov đã được trao tặng Giải Nobel Vật lý năm 1964. Laze phát ra các sóng liên tục và kết hợp với các bước sóng để người ta có thể dựng lại độ sâu trong ảnh toàn ký. Gần như đồng thời một giải pháp đã được phát hiện cho vấn đề thoát khỏi các ảnh kép nhiễu từ thị trường. Nhóm nghiên cứu  của Emmett Leith tại Đại học Michigan đã mở đầu cho sự phát triển này.

Tuy nhiên, ảnh hưởng của không gian ba chiều trong một ảnh chụp giao thoa là một sự thừa nhận không đủ cho nhà phát minh. Điều quan trọng hơn là các áp dụng khoa học và kỹ thuật rút ra từ  ý tưởng của Gabor. Vị trí của từng điểm thuộc vật trong không gian được xác định đến một phần của bước sóng ánh sáng ( một vài phần trăm milimet) nhờ pha trong trường sóng. Phép ghi ảnh toàn ký đã làm phong phú các kỹ thuật đo quang và đặc biệt là các phép đo giao thoa có thể thực hiện trên nhiều vật. Hình dạng của vật ở các thời điểm khác nhau có thể được lưu giữ trong cùng một ảnh toàn ký qua sự chiếu sáng của nó một vài lần. Khi chúng được dựng lại đồng thời, các trường sóng khác nhau giao thoa với nhau và ảnh của vật được phủ với các vạch giao thoa. Các vạch này tương ứng trực tiếp theo bước sóng ánh sáng với những thay đổi của hình dạng giữa các lần phơi sáng. Những thay đổi đó cũng có thể chẳng hạn là các dao động trong một màng hoặc một nhạc cụ.

Suy nghĩ ban đầu của Gabor về việc sử dụng các sóng khác nhau cho cả hai bước trong kỹ thuật ghi ảnh toàn ký đã được sự chú ý của các nhà công nghệ. Đặc biệt hấp dẫn là việc sử dụng các sóng siêu âm  trong phơi sáng sao cho trong bước thú hai một trường âm được dựng lại ở dạng của một ảnh quang. Một phương pháp như thế có giá trị quan trọng trong phép  chẩn bệnh y học do trường âm làm lệch cho thông tin khác với thông tin rút ra từ phép chụp ảnh bằng tia X.

Giáo sư Dennis Gabor là người sáng tạo ra các ý tượng cơ bản của phép ghi ảnh toàn ký. Nhờ các công trình của ông và các ý tưởng mà ông tiếp tục bổ sung cho sự phát triển của lĩnh vực này, phép ghi ảnh toàn ký đã được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Hoạt động của ông như một nhà văn về văn hóa chứng tỏ rằng ông thuộc về nhóm  của các nhà vật lý và công nghệ có liên quan đến việc sử dụng hoặc gây thiệt hại những gì mà sự phát triển kỹ thuật có thể đem lại cho cho loài người.

Tác giả bài viết: PGS. TS. Nguyễn Quang Học

February 12, 2012

0 responses on "nobel vật lý 1971"

Leave a Message

Your email address will not be published.

inPhysic is an online education site which imparts knowledge and skills to million of users worldwide.

280 an dương vương, phường 4 quận 5,  Hồ Chí Minh
0976 905 317
[email protected] | [email protected] | [email protected]

Top Categories

january, 2021

No Events

top
X