Pháo hoa có nguồn gốc từ người Trung Quốc cổ đại với phiên bản đầu tiên là pháo nhồi thuốc súng chỉ phát nổ một cách đơn giản. Sau hàng nghìn năm cải tiến và phát triển, pháo hoa hiện đại có thể tạo ra nhiều hình dạng, màu sắc và âm thanh khác nhau.
Nguồn gốc của pháo hoa
Ngày nay, người ta thường bắn pháo hoa trong các dịp lễ hội lớn, đặc biệt là vào đêm giao thừa để chào đón năm mới. Hầu hết các nhà sử học cho rằng pháo hoa có nguồn gốc từ Trung Quốc, nơi vẫn đang sản xuất và xuất khẩu pháo hoa nhiều hơn bất kỳ quốc gia nào khác trên thế giới. [Mặc dù một số người lại cho rằng nguồn gốc thực sự của nó là ở Trung Đông hoặc Ấn Độ]. Vào khoảng năm 200 trước Công nguyên, người Trung Quốc tình cờ tìm ra một loại pháo tự nhiên. Khi họ đốt nóng thân cây tre, không khí bên trong giãn nở làm cho các ống tre phát nổ. Người Trung Quốc cổ đại tin rằng những tiếng nổ lớn này có thể giúp họ xua đuổi tà ma.
Vào một thời điểm nào đó giữa năm 600 và 900 sau Công nguyên, các nhà giả kim thuật Trung Quốc trong lúc tìm cách điều chế thuốc trường sinh bất tử đã trộn lẫn diêm tiêu (kali nitrat – KNO3), than củi, lưu huỳnh và nhiều thành phần khác lại với nhau. Cách làm này vô tình tạo ra một dạng ban đầu của thuốc súng, theo Tổ chức Giáo dục và An toàn Pháo hoa Mỹ. Họ nhồi loại bột mới chế tạo vào các ống tre, sau đó bịt kín lại và ném vào đống lửa để tạo ra tiếng nổ rất lớn. Vậy là pháo hoa đã ra đời.
Các phiên bản sau này của pháo hoa dần được cải tiến với ống giấy thay cho thân tre, các mẩu giấy được gắn vào làm ngòi nổ thay vì phải ném vào lửa. Ngoài việc dùng để xua đuổi tà ma, người ta cũng bắt đầu sử dụng pháo hoa để ăn mừng các sự kiện đặc biệt.
Vào thế kỷ 10, người Trung Quốc phát hiện cách chế tạo bom từ thuốc súng. Họ gắn các quả pháo vào mũi tên và bắn về phía kẻ thù trong các cuộc giao chiến quân sự. Khoảng 200 năm sau, pháo nổ được cải tiến hình dáng thành pháo thăng thiên để có thể bắn vào kẻ thù mà không cần gắn vào một mũi tên. Công nghệ này ngày nay vẫn được áp dụng trong các buổi trình diễn pháo hoa.
Đến thế kỷ 13, thuốc súng và công thức chế tạo nó bắt đầu lan truyền sang châu Âu và các nước Ả Rập thông qua một số nhà ngoại giao, nhà thám hiểm và những người truyền giáo dòng thánh Francis. Từ đó, các nhà khoa học phương Tây đã phát triển công nghệ thuốc súng và tạo ra những thứ vũ khí mạnh hơn nhiều lần, ví dụ như súng đại bác hay súng hỏa mai. Trong khi đó, pháo hoa ngày càng trở nên phổ biến. Người phương Tây bắn pháo hoa vào các dịp lễ hội, ngày kỷ niệm chiến thắng quân sự, thậm chí để thực hành nghi lễ tôn giáo.
Ở nước Anh trong thời kỳ Trung cổ, các chú hề cũng pha trò trước đám đông bằng những màn trình diễn pháo hoa. Nhà vua thường cho đốt pháo hoa để mua vui cho những kẻ phục tùng mình. Màn trình diễn pháo hoa hoàng gia đầu tiên được cho là diễn ra vào ngày cưới của vua Henry VII năm 1486. Không chịu thua kém, Nga hoàng Czar Peter cho tiến hành một buổi tiệc pháo hoa kéo dài năm tiếng để mừng ngày sinh của hoàng tử.
Vào thời Phục Hưng, các trường dạy nghề pháo hoa xuất hiện trên khắp châu Âu, đặc biệt là ở Ý – nơi nổi tiếng với những màn trình diễn pháo hoa phức tạp và đầy màu sắc. Trong thập niên 1830, người Ý đã kết hợp một lượng nhỏ kim loại và một số hợp chất khác để tăng cường độ sáng và tạo ra các hình thù đẹp mắt khi pháo hoa phát nổ.
Thêm vào đó, người Ý cũng tìm cách tăng thêm nhiều màu sắc cho pháo hoa. Lúc bấy giờ, pháo hoa chỉ có duy nhất một màu cam. Họ tạo ra hỗn hợp chất nổ với nhiều hóa chất khác nhau, trong đó bao gồm stronti để tạo màu đỏ, bari để tạo màu xanh lục, đồng để tạo màu xanh dương và natri để tạo màu vàng. Nhờ vậy các màn trình diễn pháo hoa của người Ý có nhiều điểm tương đồng với pháo hoa thời hiện đại.
Khi người châu Âu di cư đến châu Mỹ, pháo hoa cũng vậy. Thuyền trưởng John Smith được cho là người đầu tiên thực hiện màn trình diễn pháo hoa ở Jamestown, Virginia vào năm 1948. Ngày 4/7/1777, pháo hoa đã được bắn nhân dịp lễ kỷ niệm một năm Quốc hội Lục địa (Continental Congress) công nhận bản Tuyên ngôn Độc lập khai sinh ra nước Mỹ. Kể từ đó, việc bắn pháo hoa trở thành truyền thống mừng ngày Quốc khánh Mỹ.
Tuy nhiên, không phải ai cũng thích pháo hoa. Theo Smithsonian, do xảy ra một số hành vi phá hoại mà năm 1731, bang Rhode Isand của Mỹ đã ban hành lệnh cấm việc sử dụng pháo hoa nhằm mục đích gây rối. Vào thập niên 1890, một số bang và thành phố khác ở Mỹ ban hành các quy định để kiểm soát phương thức, địa điểm diễn ra hoạt động bắn pháo hoa và chúng vẫn còn hiệu lực đến ngày nay.
Nguyên lý hoạt động của pháo hoa hiện đại
Pháo hoa hiện đại có nhiều màu sắc lộng lẫy gồm vàng, da cam, xanh lá cây, xanh da trời, tím là do quá trình phát sáng của các muối kim loại bên trong nó. Muốn kim loại sử dụng phổ biến ở pháo hoa là stronti cacbonat (pháo hoa đỏ), canxi clorua (pháo hoa màu da cam), natri nitrat (pháo hoa vàng), bari clorua (pháo hoa màu xanh lá cây) và đồng clorua (pháo hoa màu xanh da trời). Pháo hoa màu tím thường có sự kết hợp giữa hợp chất của stronti (đỏ) và đồng (màu xanh da trời).
Muối kim loại được nhét vào một viên to bằng quả mận (đường kính 3 đến 4 cm) bên trong pháo hoa gọi là “ngôi sao” (star). Thuốc phóng và ống phóng đẩy quả pháo hoa lên cao. Trong quá trình này, một ngòi nổ cháy chậm vào bên trong lõi pháo hoa khiến nó phát nổ, đốt cháy hàng chục ngôi sao chứa muối kim loại, chất đốt, chất oxi hóa và chất liên kết.
Nhiệt lượng từ quá trình bốc cháy một phần bị những nguyên tử kim loại hấp thụ. Các electron quanh xung quanh quỹ đạo thấp của hạt nhân nguyên tử bị kích thích và nhảy lên mức năng lượng cao hơn. Khi nhiệt độ giảm, electron quay trở lại mức năng lượng thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản, đồng thời giải phóng năng lượng dư thừa dưới dạng ánh sáng.
Ánh sáng truyền đi dưới dạng sóng. Các nguyên tử kim loại khác nhau tạo ra ánh sáng có màu sắc không giống nhau khi bị kích thích. Nếu muối kim loại phát ra ánh sáng có bước sóng ngắn nhìn thấy được, trong khoảng từ 400 đến 500 nanomet, chúng tạo ra màu tím và xanh dương. Bước sóng ánh sáng dài hơn (trong khoảng 600-700 nm) tạo ra màu da cam và đỏ. Bước sóng trung bình (500-600 nm) dọc theo quang phổ điện từ tạo ra màu vàng và xanh lá cây.