Ernest Lawrence – Thất bại đáng giá

Lawrence, người tạo ra máy gia tốc cyclotron, cũng từng cố gắng đưa những máy vô tuyến truyền hình màu đầu tiên tới người tiêu dùng Mỹ. Câu chuyện về những nỗ lực của ông tiết lộ mối liên hệ giữa lịch sử vô tuyến truyền hình với vật lý học và quân đội.

Ernest Lawrence điều khiển máy cyclotron trong những năm 1930.

Ở Mỹ, số ti-vi nhiều hơn số dân. Ba phần tư số gia đình Mỹ có máy tính cá nhân hoặc máy tính bảng, tức là nhiều hơn số gia đình nuôi chó hoặc mèo. Và hiện tại, gần hai phần ba số người Mỹ – tính cả trẻ em – sở hữu một chiếc điện thoại thông minh. Chúng ta nhìn thế giới qua những ô cửa sổ màn hình; chúng ta làm việc, giao tiếp, và giải trí đều thông qua những thứ đồ thủy tinh đó.

Thế mà chỉ 60 năm trước, việc truyền các hình ảnh màu lên các màn hình điện tử mới hơi bắt đầu khả thi. Suốt hai thập kỷ sau Thế chiến II, các công ty bỏ ra hàng trăm triệu đô-la để tìm cách hiển thị các hình ảnh động bằng màu sắc chân thực. Thất bại rực rỡ của họ chỉ bắt đầu mờ nhạt đi trong thập kỷ 1960, nhờ vào sự cải tiến dần dần của bóng đèn điện tử chân không và ngành điện tử. Một số bóng tốt nhất có xuất xứ bất ngờ: từ Ernest Lawrence và các nhà vật lý học ở Phòng thí nghiệm Bức xạ của Đại học California tại Berkeley.

Các nhà vật lý học nhớ đến Lawrence chủ yếu vì ông đã xây dựng máy gia tốc cyclotron, nhờ đó được giải Nobel Vật lý năm 1939. Các nhà sử học lại thường nhìn nhận ông qua một hoạt động nổi tiếng khác: sự ủng hộ vũ khí hạt nhân. Hai phòng thí nghiệm mà ông thành lập ở California để phục vụ cho hai mục đích trên đến nay vẫn mang tên ông: Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore. Nhưng Lawrence tin rằng mình sẽ luôn được nhớ tới vì một sự nghiệp thứ ba: sự phát triển của vô tuyến truyền hình màu. Ông thậm chí còn lo rằng nó sẽ là tất cả những gì người ta nhớ về mình.

Năm 1948, khi các nhân viên của ông tại Phòng thí nghiệm Bức xạ bắt đầu xây dựng Bevatron, máy gia tốc lớn nhất tại thời điểm đó, Lawrence đã bắt đầu dành năng lượng cho việc khác. Ông cống hiến bản thân cho hai niềm đam mê song song khác: bom nhiệt hạch và vô tuyến truyền hình màu. Tâm huyết ông dành cho cái đầu tiên được cho là do lòng ái quốc, còn sự quan tâm dành cho cái thứ hai chỉ được coi là do sở thích, nhưng động cơ của ông không dễ phân tách như vậy. Màn hình màu không chỉ hiển thị được các chương trình tạp kỹ và thời sự tối; chúng còn có thể làm hiển thị rõ tên lửa và máy bay ném bom nước ngoài. Công trình về vô tuyến truyền hình màu của ông cũng là bằng chứng của lòng yêu nước, và cũng như với bom nguyên tử, nó là kết quả tự nhiên của những nghiên cứu vật lý của ông.

Ti-vi vốn là các máy gia tốc hạt. Các trường điện từ phóng các chùm hạt tích điện qua các ống chân không đến mục tiêu của chúng, là các phốt-pho màu trên màn kính. Các gia đình dán mắt vào thứ ánh sáng phát ra từ những va chạm đó, không khác gì các nhà vật lý học rà xét những hình ảnh về sự tán xạ với hy vọng có được khám phá. Vật lý của các chùm electron truyền đi những bộ phim truyền hình cũng giống với vật lý của các chùm electron tìm ra sự tồn tại của những hạt quark.

Các nhà vật lý học thời đó sẵn sàng dùng chuyên môn của mình để cải tiến cả việc phát sóng lẫn máy thu hình. Lawrence còn thành lập một công ty vô tuyến truyền hình, tuyển dụng vài chục nhà vật lý học, trong đó có hai người, Luis Alvarez và Edwin McMillan, về sau cũng được giải Nobel Vật lý. Như vậy, lịch sử vô tuyến truyền hình màu bắt rễ từ nghiên cứu vật lý của Lawrence và nỗi sợ của ông trong thời kỳ đầu của Chiến tranh Lạnh.

Từ đen trắng tới màu

Vào cuối Thế chiến II, tại nước Mỹ lục địa² có 3000 chiếc ti-vi, và cũng như hầu hết các bức ảnh và phim chiếu bóng khi đó, chúng hiển thị các hình ảnh với các màu đen, trắng, xanh nhợt. Ba năm sau, các công ty Mỹ sản xuất gần một triệu chiếc ti-vi mỗi năm. Sự tăng trưởng quá nhanh của vô tuyến truyền hình khiến Ủy ban Truyền thông liên bang (FCC) phải ngừng cấp giấy phép thành lập đài truyền hình vì lo hết băng thông.

Thượng nghị sỹ Edwin Johnson (đảng Dân chủ, bang Colorado) muốn nhờ một nhà vật lý học thúc ép FCC tăng băng thông và cho phép sản xuất vô tuyến truyền hình màu. Thế là tháng 5 năm 1949, ông yêu cầu Edward Condon, giám đốc Cục Tiêu chuẩn Quốc gia³, nghiên cứu việc phát sóng ở tần số cực cao (UHF) và một tiêu chuẩn cho vô tuyến truyền hình màu. Sáu ngày sau, FCC mời ba công ty RCA, CBS và Color Television trình diễn mẫu vô tuyến truyền hình màu của mình. Lawrence gấp rút chạy đua để cạnh tranh với họ.

Cũng như hầu hết mọi câu chuyện sáng lập trong kinh doanh, câu chuyện mà sau này Lawrence kể với báo chí về khởi nguồn công ty vô tuyến truyền hình của mình hoặc đã được phóng đại quá đáng, hoặc là chuyện bịa. Mối quan tâm của ông chẳng hề được gợi lên vào một buổi sáng Giáng sinh, khi các con ông thắc mắc vì sao máy thu hình nhà mình phát ra màu đen trắng trong khi thế giới tỏa đầy màu sắc. Và ông cũng chẳng hề viết vội những ý tưởng đầu tiên trên giấy gói quà.

Poster quảng cáo của Chromatic Television. Duke Digital Repository – Duke University.

Mùa xuân năm 1948, George Everson, giám đốc nhân sự của Phòng thí nghiệm Bức xạ của Lawrence, giới thiệu với sếp của mình Philo Farnsworth, kỹ sư vô tuyến truyền hình và là nhân vật chính của cuốn tiểu sử mà Everson đang viết. Trước đó, Lawrence từng thiết kế một mẫu vô tuyến truyền hình đen trắng, nó bị mẫu của Farnsworth thế chỗ. Lawrence đang muốn thử lần nữa, lần này với vô tuyến truyền hình màu, vì vậy ông bàn bạc với Farnsworth và một số đồng nghiệp hiểu biết ở Berkeley. Đáng chú ý là Alvarez khi đó đã là một chuyên gia tư vấn công nghệ vô tuyến truyền hình có tiếng, nhờ những đổi mới ông mang đến cho các hệ thống ra-đa trong thời chiến.

Cuối mùa xuân đó, Lawrence đi Mexico cùng Seeley Mudd, một bác sỹ và nhà từ thiện nổi tiếng. Trên máy bay riêng, Mudd cho Lawrence biết rằng George Sleeper, trưởng bộ phận kỹ sư của Color Television, đang phát triển các màn hình điện tử hiển thị đen trắng hoặc màu.

Sau khi trở về từ Mexico, trong lúc lái xe trên đường cao tốc dọc bờ biển California đến ngôi nhà nghỉ mát ở đảo Balboa, Lawrence nảy ra một ý tưởng. Ông hình dung ra một chiếc máy vô tuyến truyền hình có các dây tích điện bẻ cong các chùm electron bắn vào các hợp chất huỳnh quang trên một màn hình thủy tinh. Đầu mùa xuân năm đó, Lawrence đã bắt đầu ghi chép những ý tưởng để cách mạng hóa máy cyclotron. Nhưng chiếc máy gia tốc yêu quý của ông đã bị những thiết kế của Alvarez và McMillan vượt qua. Vì thế, ông ghi lại ý tưởng về vô tuyến truyền hình và dành cuốn sổ ghi chép cho việc cách mạng hóa màn hình màu, thay vì cho máy gia tốc.

Quay lại khu vịnh San Francisco, Lawrence tới công ty luật Lippincott & Smith. Tuy nhiên, Donald Lippincott đã đại diện cho Alvarez và Farnsworth, và đang chuẩn bị nộp hồ sơ bằng sáng chế cho vô tuyến truyền hình màu của Sleeper, vì vậy Lawrence gặp thành viên còn lại, Samuel Smith. Smith cảnh báo rằng RCA đã có bằng sáng chế cho một bóng điện tử chân không giống như cái mà Lawrence hình dung. Ngày hôm sau, Lawrence thiết kế một cặp kính có bánh xe màu, dùng để xem ti-vi. Nhưng Peter Goldmark, người vừa mới đưa ra định dạng đĩa than LP, đã đặt những bánh xe như thế trong các vô tuyến truyền hình của CBS.

Lawrence yêu cầu Alvarez giúp đưa ra một ý tưởng độc đáo. Tại San Francisco, họ chứng kiến chiếc máy của Sleeper hoạt động, và một hai ngày sau, luật sư của Sleeper cho họ xem bằng sáng chế đang chờ duyệt của nó. Ngày tiếp theo, Lawrence phác thảo một chiếc vô tuyến truyền hình mới, với các phốt-pho được sắp xếp tương tự như chiếc của Sleeper. Sau đó, Lawrence làm giống như ông đã làm với máy cyclotron: ông hướng dẫn hai thành viên trẻ của phòng thí nghiệm, Dick Mack và William Ross Aiken, xây dựng một thiết bị hoạt động.

Những thiết kế khác

Phim từng là sự nối tiếp của ảnh chụp – những khoảnh khắc được ghi lại trong các khuôn phim. Máy chiếu quay các khuôn hình tĩnh với cùng tốc độ khi chúng được ghi, và chiếu một luồng sáng qua chúng lên màn ảnh. Rồi bộ não của chúng ra khiến cho những khuôn hình đó chuyển động.

Các camera vô tuyến truyền hình băm vụn hình ảnh. Chúng quét những thứ trước mặt – trái qua phải, trên xuống dưới – và chuyển cường độ ánh sáng thành các tín hiệu điện tử. Các tín hiệu điện tử được truyền tuần tự dưới dạng sóng radio tới máy thu. Quá trình này rất phức tạp, bởi thế truyền hình phát triển sau điện ảnh hàng thập kỷ. Và màu sắc chỉ làm vấn đề phức tạp thêm. Tín hiệu điện tử bị nhân ba: cần một tín hiệu cho mỗi một trong ba màu chính đỏ, xanh dương, xanh lục.

Không chỉ có một cách để phân tích thông tin hình ảnh, vì vậy mỗi công ty làm một kiểu khác nhau. RCA chia hình ảnh thành các chấm. Color Television cắt chúng thành các dòng. CBS chiếu toàn bộ hình ảnh bằng các bánh xe màu cơ học. Tuy nhiên, các hệ thống khác nhau không tương thích với nhau, tín hiệu của hệ thống này không hiển thị được trên máy thu của hệ thống khác.

Thế là năm 1949, trong lúc các trợ lý đang vật lộn để làm ra một chiếc máy mẫu, Lawrence tìm kiếm một cách ưu việt hơn để mã hóa các tín hiệu và nén thông tin sao cho phù hợp với mọi hệ thống. Lippincott bảo Lawrence rằng đó là một ý tưởng kịp thời và sắc bén [1]. Nếu Lawrence làm ra được một máy vô tuyến truyền hình hiển thị được tín hiệu của mọi hệ thống, nó sẽ rất có khả năng cạnh tranh, bất kể FCC chọn tiêu chuẩn nào vào cuối năm đó.

Logo của hãng phim Paramount bao gồm cả tia chớp thể hiện mối quan tâm của công ty này tới TV

Gần cuối mùa hè, Liên Xô cho nổ một quả bom nguyên tử. Ba ngày sau, các phiên điều trần của FCC về vô tuyến truyền hình màu diễn ra, do sự hối thúc của Johnson, người cũng sẽ cố vấn cho Tổng thống Harry S. Truman về một quả siêu bom. Lawrence và Alvarez vừa suy tư về bom nhiệt hạch vừa băn khoăn về vô tuyến truyền hình màu. Vào tháng 10, họ bay tới Washington, DC, và vận động Ủy ban Năng lượng nguyên tử (AEC) xây dựng một máy gia tốc tuyến tính khổng lồ để tạo ra các đồng vị uranium và tritium để sản xuất bom. Họ trở về Berkeley mà không nhận được sự ủng hộ nào, nhưng vẫn tiếp tục tiến hành các kế hoạch của mình [2].

Mùa thu, Lawrence mua căn nhà thứ ba, ở Diablo, California. Gia đình ông không thích sự biệt lập của nó, vì thế ông mời các đồng nghiệp đến. Họ nghịch ngợm với vô tuyến truyền hình màu và thảo luận về siêu bom trong ga-ra hai chỗ đó.

Ngày 28 tháng 10 năm 1949, FCC hoãn quyết định ra tiêu chuẩn vô tuyến truyền hình màu tới năm sau. Nhưng nó quy định rằng mọi ti-vi màu cũng phải hiện thị được tín hiệu đen trắng. Cùng ngày, các nhà khoa học họp ở Washington, DC, để tư vấn AEC về bom nhiệt hạch. Alvarez có mặt trong thành phố để nghe điều trần của FCC về vô tuyến truyền hình màu, và ông cũng đến để vận động J. Robert Oppenheimer, chủ tịch Hội đồng Cố vấn của AEC, về máy gia tốc tuyến tính.

Trong kinh doanh

Tháng 1 năm 1950, Lawrence yêu cầu AEC cấp 7 triệu USD để xây dựng một nguyên mẫu cho cỗ máy khổng lồ “Máy gia tốc Thử nghiệm vật liệu”, còn gọi là Mark I, của ông tại một căn cứ quân sự cũ ở Livermore. Hai ngày sau, ông ký một thỏa thuận với hai chàng trai đang làm việc cải tiến chiếc vô tuyến truyền hình của mình. Theo lời khuyên của luật sư kiêm doanh nhân Rowan Gaither, Mack và Aiken sẽ nhận một phần ba toàn bộ lợi nhuận từ ti-vi màu của Lawrence.

Trong thời chiến, Gaither từng làm cầu nối giữa các nhà vật lý học chế tạo ra-đa và các công ty sản xuất chúng. Ông lại nhận vai trò đó thêm một lần nữa. Tháng 1 năm 1950, Gaither và Lawrence thành lập công ty Gaither & Company, thông qua đó vị luật sư đầu tư tiền cho các thiết bị của nhà vật lý học. Và một tháng sau, khi các phiên điều trần về vô tuyến truyền hình màu được nối lại ở Washington, DC, hai người thành lập thêm một công ty, Telecolor.

Mẫu vô tuyến truyền hình màu của Lawrence vẫn còn thô, nhưng các mẫu [của các công ty] khác cũng thế. Hệ thống của RCA có những tấm gương dễ vỡ. Các bánh xe màu của CBS không tương thích với tín hiệu đen trắng. Máy của Sleeper thì nhấp nháy nhiều đến mức không thể xem được. Lawrence biết rằng mình có thể cạnh tranh. Vì vậy, trong khi các phiên điều trần của FCC tiếp diễn, ông thương lượng lại với các cộng sự. Bây giờ, ông đồng ý sẽ trả đến một nửa lợi nhuận sẽ thu được, nhưng không quá 20 000 USD (tương đương với 200 000 USD ngày nay). Lawrence biết rằng ý tưởng của mình có giá hơn thế nhiều. Chưa đến một tuần sau, ông đăng ký bằng sáng chế cho một loại vô tuyến truyền hình màu có thể hiển thị nội dung phát sóng từ mọi hệ thống khác – nó có các phốt-pho trên các dải kim loại phía sau màn hình, giống như các tấm mành.

Một ngày sau khi hồ sơ bằng sáng chế được nộp, Gaither khuyên Richard Hodgson, giám đốc phát triển truyền hình của hãng phim Paramount, nên gặp Lawrence. Cuộc đấu dai dẳng giữa điện ảnh và truyền hình vừa mới chỉ bắt đầu. Năm 1948, Tòa án Tối cao chấm dứt sự độc quyền của các hãng phim ở Hollywood⁴ và lệnh cho Paramount phải từ bỏ các rạp chiếu phim. Vì thế, Paramount đầu tư vào các công nghệ cạnh tranh và trở thành một tập đoàn truyền thông. Giờ thì hãng có thể đầu tư cho Lawrence. Thậm chí Lawrence và Hodgson còn có điểm chung: trước khi tham gia phát triển truyền hình cho một hãng phim, Hodgson từng làm việc với ra-đa và quản lý các nhà vật lý học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven.

Lawrence và Paramount đạt được một thỏa thuận. Barney Balaban, chủ tịch Paramount, mua một nửa cổ phần của Telecolor với giá 1 triệu USD và đổi tên công ty thành Chromatic Television Laboratories. Hodgson trở thành chủ tịch. Lawrence và Gaither tham gia ban giám đốc. Alvarez, McMillan và các nhà vật lý học khác làm cố vấn. Paramount còn thêm hình một tia chớp vào biểu tượng công ty để thể hiện sự quan tâm đối với điện tử và Chromatic (hình 2).

Lawrence ngay lập tức dùng tiền từ Paramount để trang bị cho ga-ra ở Diablo. Chỗ đó tiện cho những công việc khác của ông: Diablo nằm giữa Berkeley và Livermore, nơi các máy gia tốc của ông đang được xây dựng. Lawrence còn dán nhãn để phân biệt các dụng cụ của Paramount với các dụng cụ được mang đến từ các phòng thí nghiệm khác. Sau đó, ông mua một bàn bóng bàn và một tủ lạnh chất đầy bia, để mọi người có thể thư giãn khi làm công việc thứ ba của mình.□     (Còn tiếp)

Tác giả: Joshua Roebke là một tác giả kiêm nhà nghiên cứu, đồng thời giảng dạy tại Đại học Texas tại Austin. Cuốn sách The Invisible World: The Story of Particle Physics and the Forces That Shaped the 20th Century của ông nhận được tài trợ năm 2016 dành cho tác phẩm không hư cấu của Quỹ Whiting (Whiting Foundation Creative Nonfiction Grant) và sắp được NXB Farrar, Straus and Giroux xuất bản.

Nguyễn Hoàng Thạch dịch

Nguồn bài và ảnh: https://physicstoday.scitation.org/doi/full/10.1063/PT.3.4162

Tài liệu tham khảo:

[1] H. Childs, Materials Assembled for a Biography of Ernest O. Lawrence, CU-369, University Archives, Bancroft Library, U. California, Berkeley (Tư liệu cho tiểu sử của Ernest O. Lawrence)

[2] G. Herken, Brotherhood of the Bomb: The Tangled Lives and Loyalties of Robert Oppenheimer, Ernest Lawrence, and Edward Teller, Henry Holt & Co (2002). (Người anh em của bom: Cuộc đời gắn kết và sự trung thành của Robert Oppenheimer, Ernest Lawrence, và Edward Teller)

[3] H. R. Gaither Jr to L. Alvarez (11 October 1950), RG 326, Records of the Atomic Energy Commission, National Archives at San Francisco. (Ghi chép của Ủy ban Năng lượng Hạt nhân)

Chú thích của người dịch:

¹ Nguyên văn “brilliant failure”. Ở đây có một chút chơi chữ: brilliant vừa có nghĩa là sáng, rực rỡ (màn hình TV), vừa có nghĩa là tài, xuất sắc (thành quả khoa học).

² Phần nước Mỹ không tính Hawaii và các đảo thuộc Mỹ, tức là gồm 48 bang liền kề, Alaska và Quận Columbia. 

³  National Bureau of Standards, nay là National Institute of Standards and Technology (NIST) – Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia..

⁴ Kể từ phán quyết này, các hãng phim không còn được phép sở hữu rạp chiếu phim nữa.