WATV.org is provided in English. Would you like to change to English?

Ánh sáng và muôn vật

1753 Xem

Nhìn là quá trình nhận biết hình dạng và màu sắc của vật thể bằng mắt. Từ xa xưa, đây đã là chủ đề được rất nhiều người quan tâm.

Triết gia Hy Lạp cổ đại Empedocles đã nghĩ rằng chúng ta có thể nhìn thấy vật thể là nhờ tia sáng phát ra từ mắt, còn Aristotle lại nghĩ màu sắc tồn tại bên trong các vật thể. Descartes cũng nói “Khi ánh sáng va chạm vào vật thể, nó sẽ biến đổi thành màu sắc và đi vào mắt của chúng ta”. Mãi đến thế kỷ 16, cuối cùng người ta mới phát hiện ra sự thật rằng chúng ta có thể nhận biết vật thể là nhờ ánh sáng từ vật thể đó phản chiếu vào mắt chúng ta.

Như vậy, ánh sáng là điều kiện tuyệt đối giúp chúng ta nhận biết vật thể. Nếu không có ánh sáng, mắt chúng ta không thể nhận biết được hình dạng hay màu sắc của vật thể.

Muôn vật được bộc lộ thông qua ánh sáng

Ống hút trong cốc thủy tinh có nước trông như bị cong, còn chân ở dưới nước thì trông ngắn và thậm chí còn to hơn bình thường. Sở dĩ hiện tượng xảy ra này là do khúc xạ ánh sáng.

Ánh sáng có tính chất tự nhiên là đi theo đường thẳng, nhưng tốc độ sẽ thay đổi tùy thuộc vào vật chất mà nó đi qua. Khi đi qua một khu phố đông đúc, chúng ta sẽ chạm phải nhiều người và tốc độ của chúng ta sẽ bị chậm lại. Điều tương tự cũng xảy ra với ánh sáng. Ánh sáng di chuyển chậm lại khi trao đổi năng lượng với các nguyên tử tạo nên vật chất. Khi ánh sáng truyền từ vật chất này sang vật chất khác, tốc độ ánh sáng thay đổi tùy theo vật chất. Đây là nguyên nhân khiến hướng của ánh sáng thay đổi ở biên giới, nghĩa là xảy ra hiện tượng khúc xạ. Lúc này, một phần ánh sáng bật ra khỏi ranh giới được gọi là sự phản xạ. Ánh sáng phản chiếu từ vật thể sẽ kích thích tế bào thị giác của mắt và truyền tín hiệu đến não để nhận biết vật thể.

Giống như màu đỏ xuất hiện trong đầu khi chúng ta nghĩ đến quả táo, những vật thể chúng ta nhìn thấy xung quanh không chỉ có hình dạng mà còn có cả màu sắc nữa. Vậy, chúng ta có thể nhận biết màu sắc của vật thể bằng cách nào?

Ánh sáng mà chúng ta có thể nhận biết được gọi là ánh sáng khả kiến, có thể được chia thành các màu sắc cầu vồng đẹp mắt. Chúng được chia thành ba nhóm: đỏ (R), xanh lục (G) và xanh lam (B), được gọi là ba màu cơ bản của ánh sáng1. Khi pha trộn một cách thích hợp ba loại ánh sáng này, chúng ta có thể tạo ra tất cả màu sắc của ánh sáng. Nếu trộn màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam theo tỷ lệ bằng nhau, chúng ta sẽ có màu trắng. Nếu trộn màu đỏ và xanh lá cây theo tỷ lệ bằng nhau, chúng ta sẽ có màu vàng (Y). Nếu trộn màu đỏ với xanh lam, chúng ta sẽ có màu đỏ tươi (M), còn nếu trộn màu xanh lá cây với màu xanh lam, chúng ta sẽ có màu xanh lơ (C). Tất nhiên, khi không có cả ba loại ánh sáng này thì vật thể trông sẽ có màu đen. Hết thảy các thiết bị hình ảnh khác nhau, chẳng hạn như điện thoại di động, màn hình và máy ảnh kỹ thuật số mà chúng ta sử dụng, đều kết hợp ba màu ánh sáng cơ bản này để tạo ra màu sắc và hình ảnh.

1. Ba màu cơ bản của ánh sáng: Đỏ, lục, lam là những màu ánh sáng cơ bản của tất cả các màu sắc. Ba màu cơ bản này khác với “ba màu cơ bản của sắc tố (đỏ tươi, xanh lơ và vàng)”, là những màu cơ bản của tất cả các màu.

Các vật thể có màu hấp thụ một phần ánh sáng và phản chiếu phần còn lại. Lý do quả táo trông có màu đỏ là vì chúng phản chiếu ánh sáng đỏ và hấp thụ ánh sáng khác. Nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng quả táo trông có màu đỏ là do ánh sáng chứ không phải do chính bản thân màu đỏ của quả táo. Nếu không có ánh sáng, chúng ta không thể biết được hình dạng và màu sắc của vật thể. Để nhận biết một cách trực quan về vật thể thì phải có ánh sáng. Vì ánh sáng phản chiếu từ vật thể đi vào mắt và cho phép chúng ta nhận biết hình dạng và màu sắc của vật thể đó, nên mọi vật thể xung quanh chúng ta đều bộc lộ sự tồn tại của chúng thông qua ánh sáng.

Sự tồn tại của ánh sáng được bộc lộ qua vạn vật

Chắc chắn là có ánh sáng từ các ngôi sao và thiên hà, dù vậy mà không gian vũ trụ trông vẫn tối đen. Mặc dù mặt trời và các ngôi sao sáng hơn nhiều lần, đến mức bóng đèn sợi đốt hoặc đèn huỳnh quang mà chúng ta sử dụng trong nhà không thể sánh bằng, nhưng vũ trụ bên ngoài vẫn hoàn toàn là bóng tối. Tại sao lại như vậy?

Để chúng ta nhận biết được ánh sáng, ánh sáng phải đi vào mắt chúng ta, nhưng ngoài vũ trụ hầu như không có vật chất nào để phản chiếu ánh sáng đi vào mắt chúng ta giống như ở trái đất. Giả sử nguồn sángnguồn phát ra ánh sáng ở ngay trước mắt, chúng ta có thể nhìn thấy nguồn sáng rất sáng vì ánh sáng đi vào mắt chúng ta. Tuy nhiên, nếu chúng ta quay lưng lại với nguồn sáng thì dù nguồn sáng có sáng đến thế nào thì cũng trông tối đen vì không có ánh sáng nào đi vào mắt chúng ta. Vậy, nếu có nhiều vật thể ở xung quanh chúng ta thì sao? Vì ánh sáng phản chiếu từ vật thể truyền đến mắt nên chúng ta có thể nhìn thấy ánh sáng cho dù nguồn sáng ở phía sau chúng ta.

Chúng ta có thể thực sự kiểm nghiệm được điều này. Rõ ràng là có sự khác biệt về độ sáng của chiếc bóng đèn khi được cầm ở một khoảng trống rộng lớn với khi ở trong một căn phòng nhỏ. Bởi vì ánh sáng được phản chiếu trong không gian trống và truyền đến mắt rất ít nên trông tương đối tối. Tuy nhiên, khi ở bên trong căn phòng thì dường như lại sáng hơn nhiều, vì ánh sáng phản chiếu từ cả bốn phía đều truyền đến mắt chúng ta. Điều này cũng tương tự như cách mặt trăng vận hành trên bầu trời đêm. Mặt trăng trở nên có thể nhìn thấy được là vì nó phản chiếu ánh sáng của mặt trời. Ánh sáng mặt trăng thực chất chính là ánh sáng của mặt trời mà chúng ta nhìn thấy vào ban đêm.

Như vậy, nếu như không có vật chất xung quanh thì chúng ta không thể cảm nhận được ánh sáng. Giống như các vật thể được bộc lộ nhờ có ánh sáng, ánh sáng cũng bộc lộ sự tồn tại của mình thông qua các vật thể.

Chiếc áo tàng hình giúp người mặc trở nên vô hình vốn là chủ đề kích thích trí tưởng tượng của trẻ em và đánh thức sự hồn nhiên thời thơ ấu ở người lớn, cũng được sử dụng trong nhiều bộ phim và tiểu thuyết. Trong bộ phim Harry Potter, nhân vật chính Harry Potter cùng những người bạn của mình mặc áo choàng tàng hình để tránh ánh mắt của mọi người và đi khắp trường. Nếu áo tàng hình thực sự tồn tại thì sao?

Các nhà khoa học đang tiến hành nghiên cứu để đưa chiếc áo tàng hình, mà từng chỉ được xem như một phần của trí tưởng tượng, vào thế giới thực. Vào năm 2006, giáo sư John Pendry của Anh, người đi đầu trong việc phát triển áo tàng hình, đã thuyết trình về loại vật liệu có thể sử dụng cho chiếc áo này. Khi ánh sáng vốn đi thẳng gặp vật liệu nhân tạo này, nó sẽ đi đường vòng giống như khi nước chảy gặp phải đá vậy. Vật liệu có những đặc tính không tồn tại trong thế giới tự nhiên thể này được gọi là “siêu vật liệu” (metamaterial). Dù vậy, phép thuật đã không xảy ra ở thế giới thực. Áo tàng hình đang được phát triển gần đây chỉ có hiệu quả đối với ánh sáng của một số khu vực nhất định, chẳng hạn như tia laser, và nó chỉ có thể che giấu được các vật liệu như tế bào mà thôi.

Ánh sáng là vật chất phổ biến nhất và nhanh nhất trong vũ trụ. Ánh sáng đã tồn tại kể từ khi vũ trụ được tạo ra. Từ ánh sáng đó, mọi thứ trong vũ trụ mới tồn tại. Ánh sáng là nguồn gốc của vạn vật. Nếu không có ánh sáng, toàn bộ vũ trụ sẽ không chỉ dừng lại ở bóng tối mà còn đi đến trạng thái trống không2. Bạn có thể tưởng tượng được thế giới và vũ trụ mà không có ánh sáng thì sẽ ra sao không? Vì vậy, từ xa xưa, nhiều người đã coi ánh sáng là sự tồn tại tuyệt đối, và từ ánh sáng hàm chứa ý nghĩa của lẽ thật.

2. Theo học thuyết Big Bang, thứ tồn tại đầu tiên trong vũ trụ sơ khai là ánh sáng, đồng thời các hạt và vật chất cơ bản đều được tạo ra từ ánh sáng. Vì vậy, các nhà khoa học suy đoán rằng vũ trụ không thể được tạo ra nếu không có ánh sáng.

Ánh sáng bộc lộ muôn vật, và sự tồn tại của ánh sáng được bộc lộ thông qua muôn vật. Chẳng phải điều này thậm chí còn kỳ diệu hơn cả áo choàng tàng hình hay sao?