Kỷ niệm 200 năm ngày sinh nhà Vật lý học Vêbe (1804-2004)

V.Ê.Vêbe sinh ngày 24/10/1804 trong một gia đình trí thức. Bố ông là giáo sư thần học, hai người anh cũng được biết đến vì các nghiên cứu về giải phẫu và sinh lý học (mà ông có tham gia).

Ông học vật lý ở Đại học Halơ và năm 1826 đỗ tiến sĩ với luận án về âm học. Năm 1828, tại một hội nghị, lần đầu tiên ông đã gặp nhà toán học và vật lý nổi tiếng Gauxơ (định lý Gauxơ trong tĩnh điện,điều kiện Gauxơ trong quang học...) và họ đã trở thành bạn thân. Năm 1831, nhờ sự bảo trợ của Gauxơ, Vêbe được cử làm giáo sư vật lý ở Gơttinghen, một trung tâm khoa học nổi tiếng của Đức. ở đó, ôngđã xây dựng một đường dây điện tín dài 3 km nối các phòng thí nghiệm vật lý với đài thiên văn, nơi làm việc của Gauxơ, đây là đường dây điện tín đầu tiên trên thế giới thực sự hoạt động. Sự cộng tácgiữa hai ông bắt đầu bằng việc tổ chức một mạng đo từ trường Trái Đất, bằng những từ kế khá nhạy do Vêbe chế tạo.

Thời đó, điện từ học bắt đầu phát triển. Nhà vật lý học Pháp Ampe (1775-1836) có nhiều công lao trong lĩnh vực này. Ông đã lập được công thức (nay gọi là công thức hay định luật Ampe¹ ) về lực tương tác thông qua từ trường giữa hai phần tử dòng điện. Nhưng ông lập bằng lý luận toán học và cần làm thí nghiệm để kiểm tra. Năm 1841, Vêbe đãchế tạo một điện lực kế rất nhạy có hai cuộn dây điện, cuộn ngoài có gắn một cái gương nhỏ được treo vào một sợi dây. Chiếu một tia sáng vào gương, nếu gương quay một góc a thì tia phản xạ sẽ quaygóc 2 alpha và rọi vào một cái thước để cách xa vài mét. Nhờ sự khuyếch đại bằng ánh sáng này có thể đo được những góc rất nhỏ - dưới một giây (góc 10 ^o= 3.600 giây). Vêbe cải tiến máy đobằng cách treo dây vào một cái núm có thể quay được để đưa vòng dây về vị trí ban đầu (phương pháp đo zêro). Nhờ những máy đo này, Vêbe đã xác nhận sự đúng đắn của công thức Ampe. Tất cả những điệnkế, ampe kế, von kế... mà chúng ta dùng ngày nay đều có nguyên tắc hoạt động như máy của Vêbe: Một khung dây quay trong một từ trường (của một nam châm vĩnh cửu).

Ông đã làm việc trong hoàn cảnh khó khăn vì năm 1837 đã cùng 6 giáo sư khác của Đại học Gơttinghen ký tên phản đối việc bãi bỏ hiến pháp tiến bộ của bang Hanôvơ và bị cách chức ² . Đến 1845, ông được phục hồi làm giáo sư ở Đại học Laixích. Ông đã cố gắng thống nhất ba vấn đề: Định luật Cu-lông về tương tác giữa hai điện tích đứng yên; định luật Ampevề tương tác giữa hai phần tử dòng, tức là các điện tích chuyển động; và lập luận về cảm ứng điện từ của Lenxơ và Nơman. Ông đã nêu ra “Định luật điện cơ bản”. Tuy không phát triển được nhưng từ đâymột cộng tác viên của ông mà sau này là nhà toán học nổi tiếng Riman đã suy ra rằng, có mối liên hệ sâu sắc giữa điện từ và ánh sáng.

Năm 1855, Vêbe xây dựng một hệ đơn vị trong đó các đại lượng điện quy về các đại lượng cơ (chiều dài, khối lượng, thời gian). Trước đó, Gauxơ đã làm việc này đối với các đại lượng từ. Hệ đơn vị điệntừ Gauxơ - Vêbe với các đơn vị cơ bản centimét, gram, giây được gọi là hệ CGS Gauxơ. Hệ này có thể tách thành hai: CGS e xuất phát từ tĩnh điện (electrostatic) và CGS m xuất phát từ điện từ(electromagnetic). Hai hệ đơn vị này được dùng rộng rãi trước khi có hệ SI. Vêbe đo một vận tốc gọi là tỉ số giữa các đơn vị điện và từ và thu được c = 3,11 x 10 ⁸m/s. Năm 1864, nhà vật lýhọc người Anh Mắcxoen đã lập các phương trình, nay mang tên ông, về sóng điện từ và tính được vận tốc của các sóng ấy trong chân không là c, xấp xỉ vận tốc ánh sáng theo phép đo của Vêbe. Do đó,Mắcxoen đã có thể kết luận: ánh sáng là sóng điện từ. Đây là một thành quả vĩ đại của vật lý học, công đầu là của Mắcxoen nhưng có sự đóng góp của Vêbe.

Những năm cuối đời ông trở lại Gơttinghen làm giáo sư và tiếp tục nghiên cứu điện từ học và cấu tạo vật chất. Năm 1871, ông nêu giả thuyết rằng nguyên tử gồm có điện tích dương bao quanh bởi các điệntích âm, và khi có điện áp thì các điện tích âm chuyển động, đây là những tiên đoán thiên tài. Ông mất ngày 23/6/1891 ở Gơttinghen.

Tình bạn bền vững và sự cộng tác có hiệu quả giữa ông và Gauxơ đã được lưu niệm bằng tượng hai ông bên nhau trong vườn hoa ở Gơttinghen.

Đại hội cân đo quốc tế lần 11 (1960) đã lấy tên ông đặt tên cho đơn vị SI từ thông là vêbe, kí hiệu Wb. Từ thông qua một mặt (tính bằng Wb) bằng cảm ứng từ B (tính bằng tesla) nhân với diện tích củamặt (tính bằng m ²).

GS Dương Trọng Bái
Nguồn: Tạp chí Hoạt động khoa học, số 10/2004

-----

¹Ampe còn lập một công thức khác có thể gọi là định lý Ampe liên hệ dòng điện qua một mạch kín và tích phân đường theo mạch ấy của cảm ứng từ.

²Hồi đó nước Đức chưa thống nhất và gồm có nhiều bang tương đối độc lập