David Brewster - người tạo ra kính vạn hoa

Vào ngày 11/12/1781, David Brewster được sinh ra tại Jedburgh, Roxburghshire, là đứa con thứ ba trong số sáu người con của ông bà Margaret Key và James Brewster, hiệu trưởng của Trường tiểu học Jedburgh và cũng là một giáo viên được kính trọng.

Ngay từ khi còn bé, Brewster đã bắt đầu tiếp xúc với khoa học vật chất nhờ các bản ghi chép của cha mình từ Đại học Aberdeen. Ông nổi danh là thần đồng, mới chỉ 10 tuổi đã chế tạo được kính thiên văn. Vượt trội hơn so với bạn bè đồng trang lứa, ông hấp thụ mọi kiến thức dành cho bậc tiểu học. Chứng kiến năng khiếu học tập xuất chúng của con, gia đình quyết định cho ông theo học giáo vụ của Nhà thờ Scotland. Do đó, khi mới 12 tuổi, ông được cử đi học Đại học Edinburgh, nơi dành cho các giáo sĩ. Tại đây, cậu tiếp tục gặt hái những thành tựu nổi bật và được những người xung quanh ngưỡng mộ, đồng thời xây dựng được những mối quan hệ thân mật với các giáo sư triết học và toán học nổi tiếng. Đỉnh cao trong sự nghiệp học hành của Brewster là được trao bằng thạc sĩ khoa học xã hội danh dự vào năm 19 tuổi. Nhờ thế, Brewster được cấp phép rao truyền phúc âm với tư cách là mục sư của Giáo hội Chính thống Scotland. Song, ngày đầu tiên ông đứng trên bục rao giảng cũng là lần cuối cùng.

Từ bỏ con đường làm mục sư, Brewster bắt đầu kiếm kế sinh nhai nhờ các công việc liên quan tới văn chương chứ không phải khoa học. Ông làm gia sư riêng từ năm 1799 tới năm 1807. Cũng trong năm 1799, Brewster được bạn học là Henry Brougham thuyết phục nghiên cứu hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Những kết quả nghiên cứu đầu tiên của ông được đăng trên các bài báo của tạp chí Philosophical Transactions of London và các tạp chí khoa học khác. Điều này đã giúp Brewster kết nối quan hệ và mở ra một phương thức kiếm sống khác: làm biên tập cho Tạp chí Edinburgh và Tạp chí Scots từ năm 1802 tới năm 1806, biên soạn Bách khoa toàn thư Edinburgh từ năm 1807 tới 180, và vô số tạp chí khoa học khác từ năm 1819 cho tới lúc cuối đời.

Kể từ lúc rời đại học vào năm 1801, Brewster chuyển hướng tài năng của mình sang hai mối quan tâm kéo dài cả đời: nghiên cứu về quang học và phát triển các dụng cụ khoa học. Trong mười hai năm ròng, ông đã thực hiện vô số thí nghiệm và kết quả được ra mắt công chúng trong A Treatise Upon New Philosophical Instruments (Chuyên luận về các công cụ triết học mới) được xuất bản vào năm 1813.

Ông nổi danh với các công trình thí nghiệm về quang học và ánh sáng phân cực. Ánh sáng phân cực có đặc tính là tất cả các sóng đều nằm trên cùng một mặt phẳng. Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt phản xạ ở một góc nhất định, được gọi là góc phân cực, thì ánh sáng phản xạ sẽ bị phân cực hoàn toàn. Brewster đã khám phá ra mối quan hệ toán học đơn giản giữa góc phân cực và chỉ số khúc xạ của chất phản xạ. Góc Brewster rất hữu ích trong ứng dụng thực tế, từ điều chỉnh tín hiệu vô tuyến cho đến chế tạo ra kính hiển vi có khả năng quan sát vật thể ở quy mô phân tử. Nó là trung tâm của sự phát triển sợi quang học, laser và nghiên cứu về khí tượng học, vũ trụ học và vật liệu.

Một thành tựu khác mà Brewster đạt được trong thời kỳ này là bằng Tiến sĩ danh dự từ Đại học Aberdeen, danh hiệu cao nhất vào thời đại đó và đây thực sự là điều vô cùng hiếm có với một người ở độ tuổi 26. Song vinh dự của ông không dừng lại đây. Vào năm 1808, ông được bầu làm thành viên của Hiệp hội Hoàng gia Edinburgh, cùng năm đó trở thành biên tập viên của Bách khoa toàn thư Edinburgh, một vị trí mà ông đã xuất sắc đảm nhận trong hơn 20 năm.

Năm 1811, trong khi viết một bài báo về “Dụng cụ đốt cháy”, Brewster đã nghiên cứu vấn đề Mũi kim của Buffon. Brewster không coi vấn đề này thực tế, song nó đã khơi dậy một ý tưởng mới để tạo ra những kết quả khoa học tuyệt vời. Trong quá trình nghiên cứu, ông đã chế tạo ra một thấu kính có đường kính lớn từ một mảnh thủy tinh, bằng cách cắt các phần trung tâm thành những đường gờ nối tiếp giống như bậc thang. Nhờ thế, một thiết bị có sức mạnh vô song đã ra đời: thấu kính đa cực, nó có thể tạo ra những chùm sáng có quầng lớn xuyên qua màn đêm. Sau này, nó được nhà vật lý người Pháp là A. Fresnel hoàn thiện và tạo ra ngọn hải đăng.

Phát hiện này lại mang về cho Brewster những vinh dự khác. Vào năm 1815, ông được bầu làm Thành viên của Hiệp hội Hoàng gia London và nhận được Huy chương Rumford cho lý thuyết về sự phân cực của ánh sáng. Thành công nối tiếp thành công. Một năm sau đó, Viện Pháp đã trao cho ông 3.000 franc – một nửa giải thưởng được trao vào năm đó cho hai khám phá khoa học quan trọng được thực hiện trong hai năm trước đó.

Vào năm 35 tuổi, Brewster phát minh ra kính vạn hoa. Chiếc kính này được toàn dân yêu thích và quả thực nó đã khiến danh tiếng của ông lan xa. Ông đã chọn nhà phát triển thấu kính vô sắc nổi tiếng là Philip Carpenter là nhà sản xuất kính vạn hoa duy nhất vào năm 1817.

Tuy ông đã xin bằng sáng chế cho phát minh này, song một bản sao của nguyên mẫu đã được cho những người làm đồ quang học xem và họ đã sao chép nó trước khi bằng sáng chế được cấp. Hậu quả là, kính vạn hoa được sản xuất với số lượng khổng lồ nhưng không đem lại lợi nhuận trực tiếp cho Brewster. Món đồ quả là một thành công lớn khi chỉ trong ba tháng đã bán được hơn hai trăm nghìn chiếc ở London và Paris.

Nguyên tắc hoạt động của kính vạn hoa là phản xạ nhiều lần, các tấm gương sẽ được đặt theo góc nghiêng với nhau để hiện tượng đó diễn ra. Thường thì ba chiếc gương hình chữ nhật sẽ được đặt ở góc 60 độ sao cho chúng tạo thành một tam giác đều. Góc 60 độ tạo thành một mạng ô vuông vô hạn sao chép các hình ảnh gốc, mỗi hình lại có sáu góc và có thể là ảnh phản chiếu hoặc không. Khi xoay ống, các vật thể nhiều màu sắc bị đảo lộn lại tạo ra nhiều màu sắc và hoa văn đối xứng đẹp mắt nhờ phản xạ. Thiết kế ban đầu của ông là một ống có hai chiếc gương ở một đầu, còn đầu kia sẽ có một cặp kính mờ cùng các hạt cường ở giữa. Ông dự tính đây sẽ là một công cụ khoa học, song nó đã bị sao chép thành món đồ chơi.

Sau những năm 1830, Brewster chuyển hướng quan tâm sang nhiếp ảnh, hiện tượng nhìn nổi và sinh lý học của thị giác. Trong thời gian này ông cũng bắt đầu chú trọng vào việc viết lách hơn là biên tập. Bên cạnh hai chuyên luận lớn về kính vạn hoa (một cuốn viết năm 1816 và một ấn bản sửa đổi năm 1858), ông còn các tác phẩm đáng chú ý khác là hai cuốn tiểu sử riêng biệt về cuộc đời của Ngài Isaac Newton; Chuyên luận về các công cụ triết học mới; Những kẻ tử vì đạo khoa học: hay Định luật Galieo, Tycho Brahe và Kepler…

Năm 1823, Viện Pháp bầu ông làm thành viên của họ. Viện Hàn lâm Hoàng gia của Nga, Phổ, Thụy Điển và Đan Mạch đều trao cho ông những danh hiệu cao nhất dành cho người nước ngoài. Năm 1832, ông được Vua William IV phong tước Hiệp sĩ. Một trong những khoảnh khắc huy hoàng nhất của cuộc đời ông diễn ra vào năm 1849. Ông được đề cử vào hội đồng cố vấn gồm tám cộng sự nước ngoài của Viện Quốc gia Pháp. Song những thành tựu của ông xuất sắc tới nỗi, sau khi xem xét, Viện này đã gạch tên mọi ứng cử viên khác và Ngài David Brewster trở thành thành viên duy nhất. Những khám phá lẫy lừng của ông đã vượt qua hầu hết thành tựu khoa học của thời đó.

Năm 1868, David Brewster qua đời tại nhà riêng vì bệnh viêm phổi phế quản.