10 vạn câu hỏi vì sao vật lý

10 vạn câu hỏi vì sao vật lý

141. Phản xạ toàn phần là gì?

Khi ánh sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác, một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ lại môi trường cũ, hiện tượng đó được gọi là phản xạ ánh sáng, tia sáng phản xạ lại môi trường cũ gọi là tia phản xạ. Phần ánh sáng đi vào môi trường khác bị gãy, hiện tượng này là khúc xạ ánh sáng, và tia sáng đó là tia khúc xạ.

Với hiện tượng phản xạ, tia phản xạ và tia tới nằm ở hai phía của pháp tuyến, và góc phản xạ bằng góc tới. Với hiện tượng khúc xạ, nếu ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn đến môi trường có chiết suất lớn hơn, tốc độ của ánh sáng sẽ chậm lại, lúc này góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới, tia khúc xạ sẽ bị gấp khúc về phía đường pháp tuyến; nếu ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn đến môi trường có chiết suất nhỏ hơn, tốc độ ánh sáng sẽ được gia tăng, lúc này góc khúc xạ lớn hơn góc tới, tia khúc xạ bị gấp khúc hướng xa đường pháp tuyến. Ở đây, môi trường chiết suất “lớn” hay “nhỏ” chỉ là tương đối, như nước với không khí, thì môi trường nước là môi trường chiết suất lớn hơn, nhưng giữa nước với thủy tinh thì môi trường nước lại là môi trường chiết suất nhỏ hơn.

Vật phản xạ toàn phần là thế nào? Khi ánh sáng đi từ môi trường dày đến môi trường thưa, ví dụ, ánh sáng từ nước đi tới không khí, góc khúc xạ lớn hơn góc tới, đồng thời, cùng với việc gia tăng góc tới, góc khúc xạ cũng sẽ lớn theo. Khi mà góc tới lớn đến giới hạn nhất định, góc khúc xạ lớn tới 90o , lúc này tia khúc xạ nằm hoàn toàn trên mặt nước, vì thế mà ánh sáng không thấy hiện tượng khúc xạ hoặc đã bị phản xạ hoàn toàn, lúc này góc tới được gọi là góc giới hạn. Ánh sáng từ nước đi vào không khí, góc giới hạn khoảng 48,5°, ánh sáng từ kim cương đi tới không khí, góc giới hạn chỉ 24°.

Hiện nay, chúng ta biết, phản xạ toàn phần là hiện tượng rất thường gặp, Ví dụ, giọt nước từ đài phun nước luôn hiển hiện long lanh lấp lánh. Đấy chính là hiện tượng phản xạ ánh sáng toàn phần diễn ra ở giọt nước. Lại ví dụ, nguyên nhân của sự hình thành cầu vồng, đều là có liên quan tới hiện tượng phản xạ toàn phần…

Năm 1870, nhà khoa học Anh John Tyndall đã làm một thí nghiệm thú vị: lấy một bình thủy tinh đựng nước với một lỗ thoát nhỏ, để nước thoát ra từ đó, sau đó, chiếu ánh sáng vào mặt chính diện của miệng lỗ thoát nước đó. Lúc này, thật kì lạ, nước óng ánh thoát ra từ miệng bình theo hình cong, ánh sáng cũng cong cong. Cứ tưởng như ánh sáng cũng truyền theo đường cong vậy. Thật ra thì, ánh sáng vẫn truyền theo đường thẳng, ánh sáng ở trong nước thoát ra từ miệng bình đã qua nhiều lần phản xạ toàn phần, vì thế mà ta có cảm giác ánh sáng cũng cong vậy.

Sợi quang cũng được chế tạo từ nguyên lý này. Các nhà khoa học dùng thạch anh kéo thành những sợi thủy tinh dài từ vài micromet đến vài chục micromet giống như mạng nhện, sau đó lại bọc bên ngoài lớp vật liệu có môi trường chiết suất nhỏ. Chỉ cần góc tới đạt tới một điều kiện nhất định, tia sáng có thể cong cong từ đầu này chuyển tới đầu kia của sợi quang. Về mặt y học, có thể dùng sợi cáp quang để làm đầu dò máy nội soi dạ day, đường ruột… Các nhà khoa học còn có thể gộp hàng vạn sợi quang thành cáp quang, dùng thay thế cho cáp điện trong lĩnh vực thông tin quang. Với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin, tin rằng thông tin quang sẽ là lĩnh vực còn nhiều phát triển trong tương lai.

Từ khóa: Phản xạ toàn phần; Ánh sáng phản xạ; ánh sáng khúc xạ.

142. Vì sao lại xuất hiện ảo ảnh?

Thành phố Bồng Lai trên bán đảo Sơn Đông (Trung Quốc) là một thắng cảnh du lịch nổi tiếng, xưa nay có tên gọi là Bồng Lai Tiên Cảnh. Đó là vì trong ngày hè lặng gió, ở nơi ấy mà tựa biển nhìn ra xa, thường có thể trông thấy núi non, thuyền bè, thị tứ, đường phố in bóng trên bầu trời. Về kì quan này, đã có nhiều ghi chép trong lịch sử Trung Quốc. Người xưa cho rằng đó là khí của con giao long trong truyền thuyết nhả ra mà hình thành.

Thực ra, nguyên nhân tạo thành ảo ảnh là do nhiệt dung của nước biển rất lớn, dưới ánh nắng Mặt Trời chói chang, nhiệt độ nước cũng không dễ tăng cao. Khi ấy, lớp không khí trên mặt biển xuất hiện hiện tượng trên ấm dưới lạnh, làm cho mật độ của không khí lớp trên nhỏ, lớp dưới lớn. Trong thời tiết lặng gió, lớp không khí như vậy duy trì được khá ổn định.

Nếu bên bờ biển có một người quan sát, ở điểm A trên biển có một hòn đảo nhỏ. Ánh sáng do A phát ra từ không khí lớp dưới có mật độ lớn (môi trường dày đặc của ánh sáng) chiếu lên phía trên. Do mật độ không khí dần dần nhỏ đi, cho nên ánh sáng sẽ dần dần lệch khỏi hướng pháp tuyến (tức là góc khúc xạ tăng lên dần dần), đi tới trước theo một đường cong AC. Khi tia sáng đạt tới điểm C, do góc tới vừa khéo lớn hơn góc tới hạn, phản xạ toàn phần liền xảy ra. Sau khi ánh sáng từ điểm C gập trở lại thì từ không khí lớp trên có mật độ nhỏ đi vào không khí lớp dưới có mật độ lớn, tia sáng sẽ dần dần nhích gần hướng pháp tuyến, đi vào mắt người quan sát theo đường cong CO. Còn ảnh của hòn đảo nhỏ mà người quan sát trông thấy là ở hướng tiếp tuyến của đường cong OC tại điểm O. Rõ ràng là vị trí ảnh A' so với đảo nhỏ A được nâng cao rất nhiều. Cho nên loại cảnh tượng huyền ảo này cũng gọi là ảo ảnh bên trên.

Ngoài ảo ảnh bên trên thấy được bên bờ biển ra, còn có một loại ảo ảnh bên dưới. Loại ấy phải ở trong sa mạc mới thấy được. Mùa hè năm 1798, Napoleon đệ nhất đem quân đi xâm lược Ai Cập, lính tráng đang hành quân trong sa mạc thường trông thấy giữa những đồi cát xa xa có rừng cây, hồ đầm, quân đội, cờ quạt lúc ẩn lúc hiện, làm cho lòng quân thấp thỏm. Napoleon liền mời nhà toán học Gaspard Monge đi cùng đoàn quân tiến hành nghiên cứu hiện tượng này. Vị học giả vốn tâm đắc với hiện tượng quang học khí quyển này nhanh chóng làm rõ nguyên nhân của nó. Do vùng sa mạc rất khô hanh, không khí dưới ánh sáng gay gắt rất dễ nóng lên, mà không khí thì dẫn nhiệt kém, thành thử không khí lớp dưới do tiếp giáp mặt đất nên nhiệt độ tương đối cao, lớp không khí cách mặt đất vài mét thì nhiệt độ ở đó xuống thấp đi nhiều. Như vậy, mật độ của lớp không khí là bên trên lớn, bên dưới nhỏ. Nếu ở vị trí A phía trước người quan sát khá xa có một cây to, tia sáng mà cái cây ở A chiếu xuống, khi đi vào lớp không khí bên dưới, do mật độ không khí ở đó tương đối nhỏ, tia sáng khúc xạ sẽ dần dần lệch khỏi hướng pháp tuyến, và tại điểm C thì góc tới vượt quá góc tới hạn, xảy ra phản xạ toàn phần. Tia sáng sau khi phản xạ toàn phần lại dần dần gập nghiêng gần về hướng pháp tuyến, sau cùng đi vào mắt người quan sát. Từ hình vẽ có thể thấy, ảnh A' của cây mà người quan sát trông thấy ở thấp hơn nhiều so với vị trí thực tế của cây. Cho nên loại cảnh tượng huyền ảo trong sa mạc này cũng gọi là ảo ảnh bên dưới. Ảnh trông thấy trong ảo ảnh bên dưới là ảnh ngược.

Từ khoá: Ảo ảnh; Ảo ảnh bên trên; Ảo ảnh bên dưới; Khúc xạ của ánh sáng; Phản xạ toàn phần ánh sáng.

143. Vì sao giọt xăng rơi xuống đường phố ẩm ướt lại có nhiều màu sắc?

Sau cơn mưa, đường phố rải nhựa ẩm ướt dưới ánh Mặt Trời, thường thấy hiện đây đó những vết dầu loang nhiều màu sắc. Quan sát kĩ một lúc bạn sẽ phát hiện, đó là những giọt xăng rơi xuống từ những ô tô qua lại tạo thành.

Xăng rơi lên nước làm sao lại hiện ra các loại màu sắc nhỉ?

Xăng nhẹ hơn nước, rơi vào nước thì loang ra, nổi trên mặt nước, hình thành một màng dầu mỏng. Tuy màng dầu cực mỏng, nhưng nó lại giống như một trang giấy bóng kính trong suốt, cũng có mặt trước mặt sau. Khi ánh Mặt Trời chiếu vào màng dầu từ mặt trước, gặp phải mặt sau màng dầu dính sát mặt nước, lập tức phản xạ trở lại. Tia sáng phản xạ trở lại chiếu đến mặt trước của màng dầu lại sẽ gây ra sự phản xạ nhất định. Tia sáng phản xạ đi phản xạ lại bên trong màng dầu, giống như kiểu quả bóng bàn văng qua văng lại giữa hai tấm phẳng đặt song song.

Ánh sáng Mặt Trời do ánh sáng màu của bảy loại: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím hợp thành. Khi nó phản xạ qua lại giữa mặt trước và mặt sau của màng dầu, do khoảng cách giữa hai mặt phẳng đó hết sức nhỏ, hai chùm tia sáng lần lượt từ mặt trước và mặt sau phản xạ ra, có thể chồng chất lên nhau. Vậy là ánh sáng màu bảy loại trong ánh Mặt Trời, ở nơi có độ dày khác nhau, có màu sẽ được tăng cường lên, có màu thì lại suy yếu đi, thậm chí triệt tiêu nhau. Trạng thái là trên màng dầu có một số chỗ lộ ra đỏ một chút, có chỗ xanh một chút, có chỗ lại hiện ra màu sắc khác, và vậy là màng dầu trông có nhiều màu sắc. Loại màu sắc này gọi là sắc màng mỏng. Hiện tượng như vậy gọi là giao thoa của ánh sáng.

Thực ra, không chỉ màng dầu có thể sinh ra hiện tượng giao thoa của ánh sáng. Chỉ cần có tia sáng chiếu vào bất kì màng mỏng trong suốt nào, đều có thể xảy ra hiện tượng này. Ví dụ như bong bóng xà phòng, cánh chuồn chuồn hoặc cánh ruồi, đĩa CD v.v., dưới sự chiếu rọi của ánh Mặt Trời đều lộ ra nhiều màu sắc, đều là do hiện tượng giao thoa của ánh sáng tạo nên cả.

Từ khoá: Giao thoa của ánh sáng; Sắc màng mỏng.

144. Vì sao "gương thấu quang" thời Tây Hán lại để ánh sáng xuyên qua?

Thời cổ xưa, khi chưa có kính để làm ra gương soi, người Trung Quốc đã biết mài bóng đồ đồng để làm gương soi, chiếu ra mặt người. Trong số nhiều kiểu gương đồng, có một loại gương soi rất kì lạ, đó là gương thấu quang.

Gương thấu quang được chế tạo vào giữa đời nhà Hán, nhìn vào không thấy có gì khác với các gương đồng khác, bề mặt sạch bóng mà sáng loáng, mặt sau có khắc bài minh ghi công đức, có thể chiếu rõ dung mạo của người. Song, gương thấu quang có một hiện tượng kì lạ: khi có một chùm tia sáng mạnh chiếu lên mặt gương, lúc ánh sáng phản xạ từ mặt gương rọi lên tường, trên mặt tường liền phản ánh ra hoa văn và nét chữ ở mặt sau của gương. Nhìn vào có vẻ như ánh sáng từ mặt sau xuyên tới vậy. Cho nên người ta gọi loại gương đồng này là "gương thấu quang" (gương để cho ánh sáng xuyên qua).

Rất hiển nhiên là, ánh sáng không thể nào xuyên qua đồng được, song vì sao lại sinh ra loại hiện tượng kì lạ này nhỉ? Vấn đề này đã làm cho con người nghi hoặc suốt vài trăm năm.

Hiện nay đã phát hiện, mặt gương của gương thấu quang thời Tây Hán có những mấp mô nhỏ li ti. Loại mấp mô này quan sát bằng mắt thường thì không sao nhận ra. Các nhà khoa học phải dùng các biện pháp thực nghiệm hiện đại như đo giao thoa laze và phân tích huỳnh quang tia X. Sau khi tiến hành đo đạc chính xác tỉ mỉ đối với mặt gương mới phát hiện ra được.

Do loại mấp mô nhỏ li ti này của mặt gương, chúng ta có thể coi mặt gương được tổ thành bởi vô số mặt gương lồi và mặt gương lõm. Khi có một chùm tia sáng chiếu lên mặt gương, qua tác dụng phát tán của mặt gương lồi và tác dụng hội tụ của mặt gương lõm, ánh sáng phản xạ trở lại hình thành những hình chiếu sáng tối khác nhau lên trên tường, còn các mấp mô nhỏ li ti của mặt gương lại tương ứng với những hoa văn ở mặt sau của gương thấu quang. Vì vậy, hình chiếu phản xạ của gương thấu quang hiện rõ bức tranh sáng tối tương ứng với hoa văn mặt sau, sinh ra cái gọi là hiện tượng "thấu quang".

Các nhà khoa học và thợ thủ công khéo tay của nước Trung Quốc cổ đại bị hạn chế bởi điều kiện thuở ấy, tuy họ không nói rõ được nguyên nhân của việc ánh sáng xuyên qua gương thấu quang, nhưng trong thực tiễn sản xuất, họ lại nắm được công nghệ cao siêu về đúc gương thấu quang và có thể đúc nó ra một cách có hiệu quả, không thể không coi đó là một kì tích.

Từ khoá: Gương thấu quang; Phản xạ ánh sáng; Mặt gương lồi; Mặt gương lõm.

145. Vì sao ánh sáng màu đỏ thường được dùng để làm tín hiệu cảnh báo nguy hiểm?

Ôtô gặp đèn đỏ thì phải dừng lại. Khi sửa đường, đêm đến thì những chỗ sửa chữa đều phải bật đèn đỏ. Đèn đỏ còn được dùng làm đèn báo hiệu trên cửa an toàn của rạp chiếu bóng, trên tháp cao v.v.

Vì sao phải bật đèn đỏ nhỉ? Có phải là vì ánh sáng đỏ rực rỡ, hết sức tươi đẹp chăng? Không phải đâu, bên trong đó còn hàm chứa nguyên lí quang học quan trọng nữa đấy!

Chúng ta biết rằng, trong ánh sáng trắng gồm có bảy loại ánh sáng màu: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Ánh sáng màu khác nhau thì bước sóng cũng khác nhau. Trong đó, bước sóng của ánh sáng đỏ dài nhất, nó có thể xuyên qua những hạt li ti nhỏ xíu như hạt mưa, hạt bụi, hạt sương mù v.v. Bước sóng của ánh sáng tím ngắn nhất, năng lực xuyên thấu cũng tương đối nhỏ. Khi ánh sáng chiếu đến những hạt li ti thì sẽ xảy ra hiện tượng tán xạ, tức là lệch khỏi bước đi ban đầu mà phân tán ra. Ánh sáng có bước sóng khác nhau thì tình hình tán xạ cũng khác nhau. Ánh sáng có bước sóng tương đối ngắn, như ánh sáng tím, chàm v.v. đều rất dễ bị tán xạ ra, ít có tia sáng xuyên được qua hạt li ti. Còn ánh sáng đỏ có bước sóng tương đối dài khó bị tán xạ, có nhiều tia sáng xuyên được qua các hạt li ti. Cho nên, trong thời tiết có sương mù, chúng ta thấy Mặt Trời đỏ lòm. Đứng sau kính mờ nhìn ánh đèn cũng thấy nó đỏ quạch.

Chính vì ánh sáng đỏ không dễ bị tán xạ, có năng lực xuyên thấu rất mạnh, nên nó được dùng rộng rãi làm tín hiệu cảnh báo nguy hiểm. Ngay cả cái đèn đuôi sau xe đạp cũng là màu đỏ, để cho người đằng sau nhận biết phía trước đang có xe, tránh xảy ra sự cố giao thông.

Từ khoá: Ánh sáng đỏ; Năng lực xuyên thấu; Tán xạ.

146. Laze là gì?

Chúng ta không lạ lẫm gì với cái từ laze. Đĩa CD mà chúng ta nghe, gọi là đĩa hát laze. Đĩa VCD mà chúng ta xem, gọi là đĩa hình laze. Việc chế tác và sử dụng chúng đều gắn liền với laze. Nhắc đến laze, người ta hay liên tưởng đến "vũ khí ánh sáng chết người" trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng. Laze có thể chiếu xuyên tấm thép, thậm chí đến vật chất cứng chắc như kim cương, khi nó chiếu rọi vào cũng sẽ hoá thành một làn khói xanh. Vậy rốt cuộc laze là gì?

Về cơ bản, laze và ánh sáng thông thường đều là sóng điện từ cả. Tốc độ truyền đi của chúng đều là 300.000 km/s. Song sự phát sinh và phát sáng của laze lại có chỗ khác với ánh sáng thông thường.

Ai cũng biết rằng, nguyên tử tạo thành vật chất là do hạt nhân nguyên tử và các electron chuyển động quanh nó hợp thành. Khi bên ngoài cung cấp cho nguyên tử một năng lượng nhất định, thì có khả năng đưa electron sang quỹ đạo xa ra ngoài một chút. Khi ấy chúng ta nói nguyên tử từ trạng thái năng lượng thấp vọt đến trạng thái năng lượng cao. Nguyên tử ở trạng thái năng lượng cao không ổn định bằng ở trạng thái năng lượng thấp. Nó có khuynh hướng quay trở về trạng thái năng lượng thấp. Khi nguyên tử tự phát từ trạng thái năng lượng cao nhảy về trạng thái năng lượng thấp thì sẽ phát sáng. Đó tức là bức xạ tự phát. Ngoài ra, nếu nguyên tử đang ở trạng thái năng lượng cao mà dùng một photon bên ngoài gợi dẫn cho nó trở về trạng thái năng lượng thấp, hơn nữa, tần số của photon bên ngoài này mà bằng tần số riêng của nguyên tử ở trạng thái kích thích, khi ấy sẽ gây nên bức xạ bị kích thích của nguyên tử. Nói đơn giản thì: ánh sáng thông thường do nguyên tử của vật chất bức xạ tự phát sinh ra, còn laze do nguyên tử của vật chất bức xạ bị kích thích phát sinh ra.

Ánh sáng thông thường trong trạng thái bức xạ tự phát, động tác phát sáng của một lượng lớn nguyên tử tiến hành độc lập với nhau. Chúng riêng rẽ phát ra ánh sáng có tần số khác nhau. Cái đó giống như sau khi tan rạp chiếu bóng, mọi người kẻ trước người sau, mạnh ai nấy đi tản về các hướng khác nhau. Còn laze thì lại khác, nó là hành vi phát sáng của số đông nguyên tử do bức xạ bị kích thích sinh ra. Laze được sinh ra như vậy thì tần số, pha, và hướng đều hoàn toàn thống nhất làm một. Cái đó giống như sau khi tan rạp chiếu bóng, mọi người xếp vào hàng ngũ nhằm cùng một hướng, cất những bước chân đồng đều, theo tiếng hô "một, hai, một" mà ngay ngắn tiến lên trước.

Từ khoá: Laze; Bức xạ tự phát; Bức xạ bị kích phát; Photon.

147. Laze có những đặc tính nào?

Laze không như ánh sáng thông thường, nó do nguyên tử của vật chất khi bức xạ bị kích phát sinh ra. Vì vậy, hành vi của laze cũng có chỗ khác với ánh sáng thông thường. Đặc điểm của nó là: tính định hướng tốt, tính đơn sắc tốt, độ chói cao và tính tương hợp (corelation) tốt.

Tính định hướng tức là chỉ mức độ tập trung của ánh sáng. Chùm ánh sáng phát ra từ đèn pha và đèn pin nhìn vào thấy thẳng tắp, tựa hồ rất tập trung. Kì thực, loại ánh sáng đó sau khi chiếu đến một khoảng cách nhất định, thì sẽ phân tán ra. Còn laze lại là ánh sáng một hướng nhất, tập trung nhất. Laze có năng lượng nhất định có thể chiếu lên tới Mặt Trăng cách Trái Đất 380 nghìn kilômét. Còn ánh sáng thông thường chiếu ra không đến vài trăm km thì đã phân tán vô cùng yếu ớt rồi. Năm 1962, loài người lần đầu tiên dùng chùm tia laze do máy phát laze sinh ra chiếu đến bề mặt Mặt Trăng, nó để lại trên Mặt Trăng một vết sáng có thể thấy rõ. Đó là điều mà một đèn pha cực mạnh cũng không làm được.

Tính đơn sắc là chỉ màu của ánh sáng có đơn thuần hay không, trên thực tế là chỉ bước sóng của ánh sáng có đồng nhất hay không. Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy ở trong dải 400 - 760 nanomet, nó bao gồm ánh sáng màu các loại: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Cho dù là ánh sáng đơn sắc của một loại màu sắc nào đó thì bước sóng cũng không đồng nhất, mà là có chứa ánh sáng của bước sóng khác trong một dải nhất định. Ví dụ, ánh sáng đỏ có chứa ánh sáng trong dải bước sóng 622 - 760 nanomet. Còn bước sóng của laze chỉ sai khác nhau có một phần trăm triệu nanomet, thậm chí nhỏ hơn, là một loại ánh sáng có tính đơn sắc cực tốt. Ví dụ, một chùm tia laze màu đỏ phát ra từ máy phát laze heli - neon, bước sóng là 632,8 nanomet, tính đơn sắc của nó cao hơn của nguồn sáng bình thường tới 10 nghìn lần.

Máy phát laze có cường độ phát sáng rất cao, tức là độ chói của laze cao. Máy phát laze có thể, trong thời gian tác dụng một phần nghìn tỉ giây, đạt tới công suất vài trăm nghìn tỉ kW, nhiệt độ có thể đạt vài chục triệu, thậm chí vài trăm triệu độ Celsius. Việc chế tạo vệ tinh không thể thiếu được laze. Các cụm linh kiện, pin, rơle điện v.v. trong vệ tinh phải dùng laze để hàn lại. Nếu hội tụ năng lượng của laze lên một điểm, chẳng những có thể xuyên thủng tấm kim loại dày, thậm chí còn có thể khoan lỗ trên vật liệu rất cứng, rất khó nóng chảy. Như gia công những lỗ phun ni lông, miệng phun dầu trên động cơ tên lửa, lỗ nhỏ của trục kim cương trong đồng hồ v.v. Muốn khắc phục những khó khăn về kĩ thuật và độ tinh xác cao này, nhất thiết phải dùng tới laze. Laze còn trở thành "con dao mổ" thần kì trong tay các bác sĩ ngoại khoa. Laze qua sợi quang dẫn cong cong, từ một đầu thấu xạ ra, hội tụ lên một điểm, cường độ laze trên điểm đó rất cao, có thể dùng để cắt bỏ khối u, khoan lỗ trên răng, đắp bịt kín răng hổng, thậm chí còn có thể xuyên qua đồng tử của mắt, hàn lại thị võng mạc đã bị rơi ra lên giác mạc như cũ.

Tính tương hợp (corelation) tốt tức là bước sóng của ánh sáng thống nhất, vị trí thống nhất và phương hướng thống nhất. Nếu chúng ta ví một chùm tia sáng như một đội ngũ đang hành quân, độ dài sải bước, thời điểm nhấc chân và hướng đi của từng người trong đội ngũ ấy đều không nhất trí, quả là không thành đội ngũ, không ai liên quan với ai cả. Ánh sáng thông thường chính là "đội ngũ photon" không liên quan với nhau kiểu này. Còn laze thì lại là một "đội ngũ photon" hết sức chỉnh tề mà bước chân nhất trí, tức muốn nói là tính tương hợp (corelation) rất tốt.

Laze có uy lực lớn như thế, tuyệt nhiên không phải máy phát laze được chế tạo một cách ngẫu nhiên, mà chính là vì laze có những đặc tính kể trên. Những đặc tính này của laze cũng có mối liên hệ với nhau, nói ngắn gọn, có thể khái quát bằng một cụm từ "độ chói cao đơn sắc".

Từ khoá: Laze; Tính đơn sắc; Độ chói; Tính tương hợp (corelation); Tính định hướng.

148. Phép chụp ảnh giao thoa laze là gì?

Phép chụp ảnh giao thoa laze còn gọi là phép toàn kí, là một loại kĩ thuật chụp ảnh mới mẻ, nhanh chóng phát triển trong 40 năm qua. Loại kĩ thuật này so với kĩ thuật chụp ảnh thông thường, về mặt nguyên lí có sự khác biệt căn bản. Kĩ thuật chụp ảnh thông thường lợi dụng nguyên lí hình thành ảnh của thấu kính lồi, ghi lại cường độ sóng ánh sáng phản xạ của vật thể được chụp ảnh lên phim. Vì vậy tấm ảnh mà chúng ta trông thấy là một tờ tranh ảnh mặt phẳng. Còn chụp ảnh giao thoa laze lại hoàn toàn khác. Chẳng những nó ghi được cường độ ánh sáng phản xạ của vật thể chụp ảnh, mà còn ghi được toàn bộ thông tin trong sóng ánh sáng phản xạ, và có thể bày một tờ tranh ảnh lập thể ba chiều trước mắt người xem, thông qua phương pháp đặc thù. Thế thì phép chụp ảnh giao thoa laze rốt cuộc là gì?

Phép chụp ảnh này gắn chặt với laze. Trong hình vẽ dưới đây là sơ đồ bố trí của phép chụp ảnh giao thoa laze.

Một chùm tia laze qua thiết bị phân chùm chia thành hai chùm. Một chùm sau khi phản xạ qua mặt kính chiếu lên phim, gọi là chùm tia sáng tham khảo; còn một chùm kia sau khi phản xạ qua vật thể được chụp rồi chiếu lên phim, gọi là chùm tia sáng của vật thể. Hai chùm tia sáng hình thành hoa văn giao thoa trên phim. Phim cảm quang như thế ấy là tấm ảnh giao thoa laze. Mắt người nhìn trực tiếp vào ảnh loại này chỉ có thể trông thấy những hoa văn giao thoa giống như vân tay vậy. Song nếu dùng laze chiếu rọi nó, mắt người xuyên qua phim có thể trông thấy đối tượng được chụp ảnh lúc đầu. Hình ảnh của bức ảnh giao thoa laze cực kì giống, cảm giác lập thể mạnh.

Kĩ thuật chụp ảnh giao thoa laze do nhà khoa học D. Gabor, trong khi tiến hành nghiên cứu kính hiển vi điện tử thuộc một công ti của Anh, phát minh ra. Vì thế, năm 1971, ông nhận được giải Nobel về vật lí.

Nếu xé tan một tấm ảnh giao thoa laze, bất kì một miếng vụn nào trong đó cũng có thể hiện lại ảnh lập thể của toàn bộ cảnh vật. Lượng thông tin của phép chụp ảnh giao thoa laze lớn hơn rất nhiều so với phép chụp ảnh thông thường. Chỉ cần mỗi khi lộ sáng, thay đổi một chút độ góc của phim chụp ảnh là có thể đồng thời ghi lại nhiều hình ảnh trên cùng một tấm phim. Lợi dụng đặc điểm này, toàn bộ sách Mười vạn câu hỏi vì sao cũng có thể được chụp lên cùng một tấm phim.

Phép chụp ảnh giao thoa laze được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kĩ thuật. Lợi dụng kính hiển vi giao thoa laze, có thể chụp ảnh trực tiếp các sinh vật sống, nghiên cứu sóng xung kích khi khí cụ bay đang bay. Kĩ thuật chụp ảnh giao thoa laze cầu vồng, dưới sự chiếu sáng của ánh Mặt Trời, còn có thể tái hiện hình ảnh lập thể của vật thể được chụp.

Kĩ thuật giao thoa laze ép khuôn được phát triển trong những năm 70 của thế kỉ XX. Nó đã giải quyết một cách thành công vấn đề sản xuất đại trà của ảnh giao thoa laze. Hình ảnh giao thoa laze ép khuôn được sử dụng rộng rãi để làm ra các quảng cáo hàng hoá, trang trí danh thiếp, thẻ tín dụng, phong bì có tem, thiếp mừng ngày lễ và quà tặng v.v. Tác dụng chống làm giả nhãn mác hàng hoá của giao thoa ép khuôn càng trở thành "lá bùa hộ mệnh" của những sản phẩm nổi tiếng.

Từ khoá: Phép chụp ảnh giao thoa laze. Giao thoa laze cầu vồng; Giao thoa laze ép khuôn.

149. Vì sao hình ảnh laze trên sân khấu có thể biến đổi theo tiết tấu của bản nhạc?

Bạn đã từng xem biểu diễn âm nhạc laze rồi chứ? Đi kèm với tiếng nhạc trầm bổng, trên sân khấu xuất hiện hình ảnh laze nhiều màu tuyệt đẹp. Hình ảnh laze biển đổi không ngừng theo tiết tấu âm nhạc, làm cho âm thanh, ánh sáng, màu sắc hoà trộn làm một trên sân khấu. Sự kết hợp hoàn mĩ và hiệu quả nghe nhìn, gia tăng sức truyền cảm của bản nhạc lên rất nhiều, gây cho con người cái cảm giác như ở trong cảnh mộng vậy.

Đó là kiệt tác của sự kết hợp laze với máy tính.

Laze sử dụng trên sân khấu nói chung có ba loại màu sắc cơ bản: đỏ, lục, chàm. Sau khi chúng trộn lẫn vào nhau, có thể hình thành ánh sáng bảy màu. Nhưng ánh sáng này đều là từng chùm từng chùm laze rất mạnh, rất mảnh, tính định hướng tốt, tính tương hợp (corelation) tốt, màu sắc hết sức thuần nhất, con người rất dễ dàng điều khiển chúng, chẳng khác gì người thợ vẽ điều khiển bút màu trong tay mình vậy.

Những chùm ánh sáng màu này, qua sự tán xạ của tấm tinh thể có hoa văn lồi lõm đang quay, có thể sinh ra "mây mù" biến hóa vô chừng, "sóng biển" của sóng ánh sáng trong vắt, hoặc là "làn vải mỏng" đang phơ phất. Bắt chúng đi qua tấm tinh thể có những ô cực mảnh đang quay, còn có thể sinh ra đồ án trời cao biến ảo nhấp nháy.

Nếu chiếu chùm tia sáng lên một tấm gương nhỏ, gương vừa lay động là điểm sáng phản xạ liền có thể vạch ra một đường. Lắp thêm một tấm gương nhỏ rung rinh nữa trên hướng thẳng góc, điểm sáng lại có thể vạch ra đủ kiểu đủ loại hình vẽ hình học trong không gian. Nếu dùng máy tính điều khiển chuyển động của những tấm tinh thể, mặt gương nhỏ này thì có thể làm cho laze vẽ ra các loại đồ án phức tạp, và còn có thể làm cho đồ án sống động lên trên sân khấu.

Chúng ta biết rằng, thiết bị âm thanh điện được sử dụng lúc phát ra nhạc. Trong thiết bị âm thanh điện, tiết tấu âm nhạc thể hiện bằng sự biến đổi của tín hiệu điện. Nếu đưa tín hiệu điện của tiết tấu âm nhạc vào máy tính, máy tính liền có thể căn cứ vào sự biến đổi của tín hiệu điện để điều khiển sự quay của tấm tinh thể và sự lay động của gương nhỏ. Hình ảnh laze được sinh ra bằng cách đó sẽ biến đổi theo sự biến đổi của tiết tấu bản nhạc. Trên sân khấu, hình ảnh laze và tiết tấu âm nhạc liền có thể kết hợp lại một cách hoàn mĩ, âm nhạc thêm ý vị cho laze, laze tăng màu sắc cho âm nhạc, đạt được sự thống nhất hài hoà giữa ánh sáng và âm thanh về mặt nghệ thuật.

Từ khoá: Laze; Máy tính; Thiết bị âm thanh điện.

150. Vì sao tia X có thể xuyên qua cơ thể người?

Ánh Mặt Trời, ánh đèn, ánh lửa đều là ánh sáng mà mắt người có thể trông thấy, gọi là ánh sáng nhìn thấy. Ngoài ra còn có một số ánh sáng mà mắt không thể trông thấy. Tuy không nhìn được chúng, song dùng phương pháp thực nghiệm có thể chứng minh chúng đích thực tồn tại, hơn nữa cũng có bản tính của ánh sáng. Tia X là một loại trong số đó, thông thường người ta cũng gọi nó là X quang.

Năm 1895, nhà khoa học Đức, Rơnghen, trong khi nghiên cứu hiện tượng phóng điện trong chân không đã phát hiện ra tia X đầu tiên. Tia X và ánh sáng nhìn thấy có cái gì khác nhau nhỉ?

Căn cứ vào kết quả nghiên cứu lâu dài, các nhà khoa học đã tổng kết về bản tính của ánh sáng: bất kể ánh sáng gì cũng đều là một loại sóng điện từ, song bước sóng của chúng thì khác nhau. Ánh sáng có bước sóng giữa 400 - 760 nanomet (1 nanomét = 1 nm = 10–9 mét) là ánh sáng nhìn thấy nói chung; ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 400 nm gọi là ánh sáng tử ngoại, là ánh sáng không nhìn thấy. Tia X là một loại ánh sáng có bước sóng còn ngắn hơn tia tử ngoại, (có tần số dao động trong phạm vi 3.1016 Hz đến 3.1018 Hz) chỉ bằng khoảng một phần mười nghìn của bước sóng ánh sáng nhìn thấy. Nó cũng là ánh sáng không nhìn thấy.

Ánh sáng bước sóng khác nhau có năng lực khác nhau về xuyên thấu vật thể. Ánh sáng nhìn thấy chỉ có thể xuyên thấu những vật thể trong suốt như pha lê, thuỷ tinh, rượu, dầu hoả v.v. Tia X thì lại có thể xuyên thấu những vật thể không trong suốt như giấy, gỗ, tổ chức dạng sợi của cơ thể người v.v.

Vì sao dùng tia X thấu qua cơ thể người có thể làm hiện ra bóng đen của khúc xương trên màn huỳnh quang nhỉ? Hoá ra là năng lực thấu qua các loại vật thể của tia X không như nhau. Đối với những vật thể do những nguyên tố tương đối nhẹ hợp thành, như cơ bắp v.v., khi tia X chiếu qua, giống như kiểu ánh sáng nhìn thấy thấu qua vật thể trong suốt vậy, rất ít bị suy yếu. Đối với vật thể do những nguyên tử tương đối nặng hợp thành, như sắt và chì, tia X không thể xuyên thấu qua được, hầu như bị hấp thu toàn bộ. Xương cốt hấp thu tia X mạnh hơn cơ bắp 150 lần. Vì vậy, khi dùng tia X chiếu qua cơ thể người, trên màn huỳnh quang liền lưu lại bóng đen của xương cốt.

Tia X có thể xuyên thấu cơ thể người, trong y học nó thường được dùng để kiểm tra các cơ quan bên trong cơ thể người bệnh như: phổi, xương, dạ dày, ruột v.v.

Tiếp xúc nhiều với tia X sẽ bất lợi cho thân thể, còn có thể mắc bệnh có tính phóng xạ. Vì vậy, những nhân viên y tế đảm nhiệm việc chiếu, chụp X quang của bệnh viên đều phải choàng tạp dề. đội mũ, đi găng tay bằng cao su, đeo kính mắt pha lê chì, đề phòng tia X chiếu vào các bộ phận thân thể, gây ảnh hưởng tới sức khoẻ.

Từ khoá: Ánh sáng nhìn thấy; Tia X; Hấp thụ ánh sáng.