Michael Faraday sinh năm một nghìn bảy trăm chín mươi mốt trong một gia đình nghèo ở London, chỉ được đi học rất ít, và từ năm mười bốn tuổi học nghề đóng sách. Chính những cuốn sách khoa học đi qua tay mình đã đưa ông tới với điện và hoá học. Năm một nghìn tám trăm ba mươi mốt, ông phát hiện ra rằng từ trường thay đổi có thể sinh ra dòng điện, hiện tượng cảm ứng điện từ, nền tảng của mọi máy phát điện và máy biến áp mà thế giới dùng ngày nay.
Chào bạn, đây là Nhà Vật Lý. Trong suốt chuỗi tập này, cái tên Faraday đã xuất hiện nhiều lần: ở bếp từ, sạc không dây, chiếc động cơ đồ chơi. Hôm nay mình kể về con người ấy, một trong những câu chuyện tự học đẹp nhất của lịch sử khoa học.
Cậu học việc đọc sách trong lúc đóng sách
Faraday là con một người thợ rèn, gia đình đông con và thiếu thốn. Ông chỉ học được đọc, viết và làm tính cơ bản. Năm mười bốn tuổi, ông vào học việc ở một tiệm đóng sách và bán sách.
Thay vì chỉ khâu gáy, dán bìa, cậu thợ trẻ đọc những cuốn sách mình đóng. Theo những gì được ghi lại, ông đặc biệt say mê một bài viết về điện trong một bộ bách khoa toàn thư và một cuốn sách phổ biến hoá học viết dưới dạng những cuộc trò chuyện. Ông tự làm những thí nghiệm nhỏ bằng dụng cụ tự chế và tiền tiết kiệm ít ỏi.
Một khách hàng của tiệm tặng ông vé đi nghe những bài giảng của nhà hoá học nổi tiếng Humphry Davy ở Viện Hoàng gia. Faraday ghi chép cẩn thận, chép lại sạch đẹp, vẽ minh hoạ và đóng thành một cuốn sách, rồi gửi tới Davy kèm lời xin được làm việc trong ngành khoa học.
Không lâu sau, khi có một chỗ trợ lý phòng thí nghiệm bị trống, Davy nhận Faraday. Năm ấy ông hai mươi mốt tuổi, bước vào khoa học từ cửa sau, với chức danh không khác người giúp việc là mấy.
Từ người giúp việc tới nhà thực nghiệm hàng đầu
Những năm đầu, Faraday rửa ống nghiệm, chuẩn bị thí nghiệm, đi theo Davy trong chuyến đi dài qua châu Âu và có lúc bị đối xử như người hầu. Nhưng ông được gặp những nhà khoa học lớn nhất thời đó và học bằng tai, bằng mắt, bằng tay.
Ông trở thành một nhà hoá học xuất sắc trước khi nổi tiếng về điện: hoá lỏng được một số chất khí, phát hiện ra benzen. Ông nổi tiếng vì sự cẩn thận trong ghi chép, những cuốn sổ thí nghiệm của ông kéo dài nhiều năm với hàng nghìn mục đánh số.
Năm một nghìn tám trăm hai mươi mốt, sau khi người ta phát hiện dòng điện làm lệch kim nam châm, Faraday làm thí nghiệm cho một sợi dây có dòng điện quay liên tục quanh một nam châm. Đó là chuyển động quay đầu tiên tạo ra từ điện năng, tổ tiên của mọi động cơ điện, giống chiếc động cơ đồng cực mình làm ở tập trước.
Một điều đáng nói: Faraday gần như không dùng toán học cao cấp, vì ông chưa từng được học. Ông nghĩ bằng hình ảnh, bằng những đường cong trong không gian.
Năm một nghìn tám trăm ba mươi mốt: từ trường sinh ra điện
Nếu dòng điện tạo ra từ trường, liệu từ trường có tạo ra dòng điện không? Nhiều người đã thử đặt nam châm cạnh dây dẫn và chờ, không thấy gì. Faraday cũng thử nhiều năm.
Năm một nghìn tám trăm ba mươi mốt, ông quấn hai cuộn dây quanh hai bên một vòng sắt. Nối cuộn thứ nhất với pin, cuộn thứ hai với một dụng cụ đo dòng điện nhạy. Ông nhận ra kim đo chỉ nhảy đúng lúc vừa nối hay vừa ngắt pin, còn khi dòng điện đã đều thì kim đứng yên.
Đó là chìa khoá: không phải từ trường sinh ra điện, mà là từ trường đang thay đổi. Ông làm thêm thí nghiệm đẩy một thanh nam châm ra vào trong cuộn dây và thấy dòng điện xuất hiện mỗi khi nam châm chuyển động. Ông còn làm một đĩa đồng quay giữa hai cực nam châm cho ra dòng điện liên tục, chiếc máy phát điện đầu tiên.
Từ phát hiện đó ra đời máy phát điện trong nhà máy thuỷ điện, máy biến áp trên cột điện, bếp từ, sạc không dây, thẻ xe buýt. Gần như mọi bóng đèn bạn bật hôm nay đều sáng nhờ điện sinh ra theo đúng nguyên lý Faraday tìm ra.
Đường sức: một hình ảnh thay đổi cả vật lý
Rắc mạt sắt quanh nam châm, Faraday thấy những đường cong xếp hàng. Ông tin rằng chúng không chỉ là hình vẽ, mà là dấu hiệu của một thứ có thật lấp đầy không gian quanh nam châm và quanh dòng điện. Ông gọi chúng là đường sức.
Thời đó, nhiều nhà khoa học hình dung lực điện và từ tác dụng xuyên qua khoảng không từ xa, tức thì, không qua trung gian. Ý tưởng của Faraday rằng không gian quanh vật mang điện, nam châm chứa đầy một trường lực là một cách nhìn mới.
Vì ông không viết được nó thành phương trình, nhiều người coi đó là hình ảnh trực quan của một người không giỏi toán. Phải chờ một người trẻ hơn, giỏi toán bậc nhất, nhìn những đường sức của Faraday nghiêm túc và biến chúng thành một lý thuyết hoàn chỉnh.
Khái niệm trường mà Faraday khởi xướng ngày nay là trung tâm của vật lý hiện đại, từ điện từ học tới lý thuyết về các hạt cơ bản.
Người thầy của trẻ em và di sản của sự tò mò
Faraday rất quan tâm tới việc đưa khoa học tới công chúng. Ông là người khởi xướng và nhiều lần trực tiếp trình bày những bài giảng Giáng sinh dành cho thiếu nhi ở Viện Hoàng gia, truyền thống còn duy trì tới nay. Loạt bài giảng nổi tiếng của ông về lịch sử hoá học của một ngọn nến được in thành sách, vẫn được đọc sau hơn một thế kỷ rưỡi.
Câu chuyện của Faraday cho thấy học vị không phải con đường duy nhất vào khoa học. Sự tò mò, thói quen ghi chép cẩn thận, kiên nhẫn làm thí nghiệm nhiều năm và may mắn gặp đúng người đã đưa một cậu thợ đóng sách tới những phát hiện đổi thay thế giới.
Nhưng cũng đừng lãng mạn hoá quá: ông đã phải làm việc cực nhọc, chịu thiệt thòi về địa vị, và đóng góp của ông được ghi nhận vì nó được kiểm chứng lặp lại, không phải vì câu chuyện cảm động.
Câu hỏi để bạn nghĩ tiếp: Faraday để lại những đường sức không có phương trình. Người biến chúng thành bốn phương trình nổi tiếng đã phát hiện ra điều gì về ánh sáng mà không ai ngờ tới?
Câu hỏi thường gặp
Faraday có học đại học không?
Không. Faraday chỉ được học phổ thông rất ít, phần lớn kiến thức ông tự học qua sách khi làm thợ đóng sách và qua công việc trợ lý phòng thí nghiệm.
Cảm ứng điện từ là gì?
Cảm ứng điện từ là hiện tượng từ trường đi qua một mạch dẫn điện thay đổi theo thời gian sẽ sinh ra dòng điện trong mạch đó. Đây là nguyên lý của máy phát điện và máy biến áp.
Đơn vị nào mang tên Faraday?
Đơn vị điện dung fara được đặt theo tên ông. Lồng Faraday, chiếc lồng kim loại che chắn điện trường, cũng mang tên ông.
Lồng Faraday là gì?
Lồng Faraday là một vỏ bọc bằng vật dẫn điện; điện tích phân bố ở mặt ngoài nên bên trong được che chắn khỏi điện trường bên ngoài. Vỏ ô tô kim loại và lò vi sóng có tác dụng che chắn theo nguyên lý gần giống.
Sách Lịch sử hoá học của một ngọn nến nói về gì?
Đó là loạt bài giảng của Faraday dành cho thiếu nhi, dùng một ngọn nến để giải thích nhiều hiện tượng vật lý và hoá học như cháy, không khí, nước. Cuốn sách được xem là một mẫu mực của việc phổ biến khoa học.
