Phát minh & sáng chế

 “Phát minh” là phát hiện, tìm thấy một vật thể hay một hiện tượng thiên nhiên vẫn hiện hữu từ trước mà con người chưa biết. “Sáng chế” là nghĩ ra, chế tạo ra một vật thể hay một thuyết nhân tạo không có trước đó.

Pin điện là một sáng chế của bá tước người Ý tên là Alessandro Volta (1745 - 1827). Năm 1800, ông biểu diễn trước Napoléon Bonaparte ở Paris dụng cụ gồm có một điện cực đồng (Cu) và một điện cực kẽm (Zn), kẹp ở giữa là một bản bằng dạ hay nỉ tẩm acid sulfuric loãng. Giữa hai điện cực có một hiệu số điện thế V. Nối điện cực Cu và điện cực Zn bằng một điện trở R thì trong mạch có một dòng điện i. Pin Volta là “ông tổ” các pin điện. Từ đó đến nay, rất nhiều loại pin đã được sáng chế, chất lượng cao hơn. Bình ắc quy chì là một sáng chế của nhà vật lý Gaston Planté (1834 - 1889) năm 1859. Các điện cực là những tấm chì trên đó nhồi oxyd chì: nếu là điện cực dương thì nhồi Pb3O4, nếu là điện cực âm thì nhồi PbO. Giai đoạn đầu là giai đoạn nạp điện bằng cách nối các cực dương A và âm B vào các cực của một nguồn điện một chiều trong khoảng 24 giờ. Giai đoạn hai, ắc quy trở thành một máy phát điện dùng trong ô tô, mô tô...

Ắc quy Planté là “ông tổ” các ắc quy. Ngày nay có nhiều loại ắc quy đã được sáng chế, chất lượng cao hơn. Pin nguyên tử và các lò phản ứng hạt nhân là một thành tựu  chung của Enrico Fermi (1901 - 1954), Nobel 1938, và của Otto Hahn (1879 - 1968), Nobel 1944:

* Neutron nhiệt có năng lượng vào khoảng 0,04 electron-volt = 0,04 x 1,6.10-19 joule;

* Neutron chậm có năng lượng ở trong khoảng 0,04 eV và 100 eV;

* Neutron trung gian (từ 100 eV tới 100.000 eV);

* Neutron nhanh (lớn hơn 100.000 eV).

Năm 1938, neutron chậm đã được dùng để phá vỡ nhân uranium 235, phản ứng tỏa ra nhiệt (nguyên tắc pin nguyên tử và các lò phản ứng hạt nhân). Năm 1942, trong một kho bỏ hoang của Đại học Chicago (Hoa Kỳ), pin nguyên tử đầu tiên của nhân loại đã được hoàn thành.

Năm 1945, neutron nhanh đã được dùng để chế tạo bom plutonium (sa mạc Alamogordo - Hoa Kỳ và Nagasaki - Nhật Bản).

Đây là sự kết hợp của phát minh và sáng chế.

Mỗi phát minh, theo định nghĩa của Albert Einstein (1879 - 1955), là động tác “vén một góc của tấm màn bí mật của vũ trụ”.

Đầu thế kỷ XVII, Kepler (1571 - 1630), từ những quan sát chuyển vận của các hành tinh trong Hệ Mặt trời, phát biểu ba định luật; từ các định luật đó, năm 1689, Newton (1642 - 1727) nêu định luật cơ bản của vũ trụ: “Hai thiên thể hút nhau bằng một lực tỷ lệ thuận với các khối lượng của chúng, và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng”.

Năm 1915, trong thuyết tương đối rộng, Einstein đề xướng hai hệ luận: một là trong vũ trụ, các tia sáng bị cong đi (nhà thiênvăn Eddington phối kiểm và xác nhận năm 1919); hai là các thiên thể phát ra sóng hấp dẫn (hai nhà thiên văn Hulse và Taylor phối kiểm và xác nhận năm 1974, và lãnh giải Nobel 1993).

Giữa thế kỷ XVIII, Lavoisier (1743 - 1794), từ những quan sát trong rất nhiều thí nghiệm hóa học mà ông đã làm, phát biểu một định luật cơ bản nữa của khoa học dưới một dạng văn vẻ: “Không có cái gì mất đi cả, Không có cái gì sinh ra cả, Tất cả chỉ là chuyển đổi”.

Ngày nay, chúng ta trình bày chân lý đó dưới một dạng cô đọng: “bảo toàn khối lượng” tức là “bảo toàn năng lượng” vì theo một phát minh của Einstein năm 1905, năng lượng tỷ lệ với khối lượng.

Cuối thế kỷ XIX (1887), phát minh những hiện tượng mới (bức xạ của các vật gọi là “vật đen”, hiệu ứng quang điện) của các nhà vật lý Wien (1864 - 1928, Nobel 1911), Hertz (1857 - 1894). Những hiện tượng mới này không giải thích được bằng vật lý cổ truyền.

Năm 1900, Planck (1858 - 1947) nêu thuyết theo đó “Trao đổi năng lượng giữa bức xạ và vật chất là trao đổi những “hạt” năng lượng, năng lượng của một quantum (lượng tử) tỷ lệ với tần số bức xạ: ông đã khai sinh ra “thuyết lượng tử”.

Năm 1905, Einstein áp dụng thuyết của Planck và giải thích được hiệu ứng quang điện: ánh sáng vừa là sóng, vừa hợp bởi những hạt photon, mỗi hạt mang một năng lượng chính là lượng tử bằng tần số của sóng nhân với hệ số tỷ lệ là hằng số Planck h = 6,63.10-34 joule x giây; khi ta chiếu sáng một kim loại tức là ta đưa vào kim loại một số photon, nếu năng lượng tới đủ mạnh thì có thể làm bật ra điện tử (Einstein lãnh giải Nobel 1921). Louis de Broglie (1892 - 1987) bổ túc thuyết “song tính của ánh sáng” của Einstein bằng thuyết “song tính của vật chất” (vật chất vừa là hạt, vừa là sóng) và đoạt giải Nobel 1929.

Đầu thế kỷ XX (1927), giám mục Georges Lemaitre (1894 - 1966) nêu thuyết “Vũ trụ của chúng ta được khai sinh từ một vụ nổ (nhiệt độ: 1043 ! gọi là Big Bang)”; từ đó phát sinh ra các thiên hà gồm sao, hành tinh, vệ tinh, chạy ra xa điểm ban đầu; chứng cớ là Penzias (1933 - ...) và Robert Wilson (1936 - ...) phát hiện “bức xạ dư thừa” (3 Kelvin) của vụ nổ, năm 1956, đoạt Nobel 1978; Hubble (1889 - 1953) chứng minh bằng thực nghiệm vũ trụ đang giãn nở (thiên hà chạy ra xa vì ánh sáng phát ra bởi chúng chuyển về màu đỏ (redshift) theo hiệu ứng Doppler).

GS.TS.NGND. NGUYỄN CHUNG TÚ