10 phát minh đột phá đã làm thay đổi thế giới

Sự tò mò và khả năng sáng tạo là hai phẩm chất cốt lõi đã đưa loài người chinh phục những đỉnh cao của khoa học và công nghệ. Từ khoảnh khắc tổ tiên chúng ta lần đầu tiên đập vỡ một tảng đá để tạo ra công cụ sắc bén, hành trình đổi mới không ngừng đã bắt đầu.

Từ những phát minh như máy in, điện thoại cho đến điện thoại thông minh, mỗi bước tiến đều đánh dấu một cuộc cách mạng. Có những phát minh xuất hiện nhờ khoảnh khắc lóe sáng kỳ diệu, nhưng phần lớn đột phá vĩ đại lại là thành quả của những bộ óc sáng tạo, kiên trì cải tiến qua nhiều năm.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng khám phá 10 phát minh quan trọng, tìm hiểu khoa học đằng sau chúng và câu chuyện ra đời đầy cảm hứng của những phát minh đột phá đã làm thay đổi thế giới.

1. Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)

Trong quá khứ, việc định hướng toàn cầu là một thách thức đầy gian nan. Con người đã dựa vào la bàn, bản đồ, đồng hồ bấm giờ hàng hải và thậm chí là các vì sao để khám phá và xác định vị trí ở hầu hết mọi miền đất trên Trái Đất.

Tuy nhiên, những công cụ truyền thống này lại tỏ ra kém hiệu quả khi cần dẫn đường cho một chiếc máy bay giữa bầu trời rộng lớn hay xác định vị trí chính xác trên những địa hình chưa được khám phá.

Sự ra đời của GPS đã mở ra một kỷ nguyên mới cho việc định vị và dẫn đường. Mạng lưới vệ tinh này không ngừng truyền tín hiệu, cho phép bất kỳ ai trên Trái Đất, chỉ với một thiết bị thu GPS đơn giản cũng có thể xác định chính xác vị trí của mình.

GPS đã cách mạng hóa ngành giao thông và trở thành nền tảng cho các ứng dụng điều hướng phổ biến như Google Maps, giúp việc di chuyển trở nên thông minh và thuận tiện hơn bao giờ hết.

Hiện nay, có 31 vệ tinh GPS đang hoạt động trên quỹ đạo Trái Đất, vượt xa con số 24 vệ tinh ban đầu được Bộ Quốc phòng Mỹ (DOD) phóng lên từ năm 1978 đến 1993. Ngoài ra, còn có 42 vệ tinh không còn hoạt động nhưng vẫn trôi nổi trong không gian.

Hệ thống GPS hoạt động song song với 3 hệ thống định vị vệ tinh lớn khác bao gồm GLONASS của Nga, BeiDou của Trung Quốc và Galileo của Liên minh Châu Âu, tạo nên mạng lưới định vị toàn cầu mạnh mẽ và đáng tin cậy.

GPS đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống hàng ngày. Chẳng hạn, nhân viên cứu hộ dựa vào GPS để tìm kiếm và giải cứu những người gặp nạn trong vùng hoang dã, cảnh sát sử dụng công nghệ này để theo dõi và bắt giữ tội phạm, còn những người lạc đường nhờ vào GPS để tìm lại lối về.

Từ những tình huống khẩn cấp cho đến các hoạt động thường ngày, GPS đã trở thành người dẫn đường thầm lặng nhưng vô cùng đáng tin cậy.

Một yếu tố đặc biệt góp phần vào sự phổ biến nhanh chóng của GPS là việc hệ thống này được chính phủ Mỹ cung cấp hoàn toàn miễn phí. Quyết định mang tính bước ngoặt này được đưa ra sau một thảm kịch vào năm 1983, khi một máy bay chở khách của Hàn Quốc bị bắn hạ do vô tình xâm phạm không phận Liên Xô.

Để ngăn chặn những sự cố tương tự tái diễn, Tổng thống Mỹ lúc đó là Ronald Reagan đã tuyên bố mở rộng quyền truy cập GPS cho công chúng, biến công nghệ quân sự tiên tiến này thành công cụ dẫn đường toàn cầu, phục vụ lợi ích của cả nhân loại.

2. Điện thoại

Nhiều nhà phát minh đã tiên phong trong việc truyền giọng nói qua thiết bị điện tử và không ít người trong số họ sau này đã đệ đơn kiện liên quan đến quyền sở hữu trí tuệ khi điện thoại trở nên phổ biến.

Tuy nhiên, nhà phát minh người Scotland Alexander Graham Bell là người đầu tiên được cấp bằng sáng chế cho điện thoại điện vào ngày 7/3/1876. Ba ngày sau, Bell thực hiện cuộc gọi lịch sử đầu tiên cho trợ lý của mình, Thomas Watson, với câu nói nổi tiếng: "Ông Watson, đến đây. Tôi muốn gặp ông".

Nguồn cảm hứng cho phát minh điện thoại của Alexander Graham Bell phần lớn đến từ gia đình ông. Cha ông là một chuyên gia hùng biện và người giảng dạy cách giao tiếp cho người khiếm thính, trong khi mẹ ông, một nhạc sĩ tài ba, mất thính lực khi tuổi đã cao.

Trong khi đó, vợ ông, Mabel, người mà ông kết hôn vào năm 1877, cũng bị điếc từ khi mới 5 tuổi. Chính những trải nghiệm và ảnh hưởng từ gia đình đã thúc đẩy Bell theo đuổi nghiên cứu về âm thanh và truyền thông.

Phát minh của ông nhanh chóng được đón nhận, mang lại một cuộc cách mạng cho ngành kinh doanh và truyền thông toàn cầu. Khi Bell qua đời vào ngày 2/8/1922, tất cả các dịch vụ điện thoại tại Mỹ và Canada đã ngừng hoạt động trong một phút để tưởng nhớ ông, đánh dấu sự tri ân đối với di sản vĩ đại mà ông để lại.

3. Điện thoại thông minh (smartphone)

Dù điện thoại đã là một phát minh mang tính đột phá, nhưng sự ra đời của điện thoại thông minh trong vài thập kỷ gần đây đã mở ra một cuộc cách mạng về máy tính di động cá nhân. Không chỉ là công cụ giao tiếp, điện thoại thông minh còn trở thành thiết bị đa năng, kết nối con người với thế giới thông qua internet, ứng dụng và vô số tiện ích khác.

Ranh giới giữa điện thoại di động và điện thoại thông minh thật khó để xác định rõ ràng. Một trong những thiết bị đầu tiên xứng đáng với danh hiệu "điện thoại thông minh" là IBM Simon, ra mắt năm 1994. Đây là chiếc điện thoại đa năng đầu tiên có thể gửi email và tích hợp trình sắp xếp cá nhân.

Tuy nhiên, thiết bị này ít được phổ biến. Những cột mốc quan trọng khác bao gồm sự xuất hiện của BlackBerry vào năm 2000, mở ra kỷ nguyên duyệt web di động và email mọi lúc mọi nơi.

Và tất nhiên, không thể không nhắc đến iPhone ra đời năm 2007, chiếc điện thoại đã định hình lại thế giới với màn hình cảm ứng trực quan, một thiết kế đã trở thành tiêu chuẩn của mọi điện thoại thông minh ngày nay.

Điện thoại thông minh đã trở thành bệ phóng cho sự bùng nổ của mạng xã hội và ứng dụng nhắn tin tức thời, đồng thời tích hợp nhiều công nghệ tiên tiến vào một thiết bị nhỏ gọn trong lòng bàn tay.

Với hầu hết mọi người, điện thoại thông minh không chỉ là một chiếc điện thoại, mà còn là máy tính xách tay, máy ảnh chất lượng cao, và trình sắp xếp công việc. Tuy nhiên, sức mạnh của thiết bị này không dừng lại ở đó, nó còn hoạt động như cảm biến thông minh, thiết bị dẫn đường GPS, micrô ghi âm, ví điện tử, và nhiều công cụ hữu ích khác.

4. Máy in

Vào khoảng những năm 1440–1450, nhà phát minh người Đức Johannes Gutenberg đã cách mạng hóa thế giới với phát minh máy in. Yếu tố cốt lõi trong công nghệ này là khuôn đúc bằng tay, một kỹ thuật mới cho phép sản xuất nhanh chóng và hàng loạt các chữ kim loại có thể di chuyển.

Trước Gutenberg, các nhà phát minh ở Trung Quốc và Hàn Quốc đã phát triển công nghệ chữ kim loại có thể di chuyển, nhưng Gutenberg là người đầu tiên cơ giới hóa quy trình in ấn. Ông sử dụng mực dầu hạt lanh kết hợp với bồ hóng và sáng tạo ra phương pháp chuyển mực hiệu quả từ chữ in kim loại lên giấy, mở ra kỷ nguyên truyền bá tri thức rộng khắp và sâu sắc chưa từng có.

Nhờ vào quy trình in chữ rời mang tính cách mạng, máy in đã tăng tốc độ sao chép sách lên gấp nhiều lần, mở ra kỷ nguyên truyền bá kiến thức nhanh chóng và rộng khắp chưa từng có trong lịch sử. Điều đó cho thấy, tác động của máy in đối với xã hội và tri thức nhân loại là không thể phủ nhận.

5. Mạng Internet

Internet là một mạng lưới toàn cầu kết nối hàng tỷ máy tính và thiết bị trên khắp thế giới, cho phép con người trao đổi thông tin và tương tác mà không bị giới hạn bởi khoảng cách địa lý.

Vào những năm 1960, một nhóm các nhà khoa học máy tính thuộc Cơ quan Dự án nghiên cứu tiên tiến của Bộ Quốc phòng Mỹ đã xây dựng một mạng lưới truyền thông mang tên ARPANET, tiền thân của Internet ngày nay.

ARPANET sử dụng một kỹ thuật truyền dữ liệu mang tính đột phá gọi là "chuyển mạch gói", được phát triển bởi nhà khoa học máy tính Lawrence Roberts, dựa trên những công trình nghiên cứu tiên phong trước đó của các nhà khoa học khác. Chính bước đột phá này đã đặt nền móng vững chắc cho sự ra đời và phát triển của Internet như chúng ta biết ngày nay.

Vào những năm 1970, các nhà khoa học Robert Kahn và Vinton Cerf đã phát triển những giao thức truyền thông cốt lõi cho Internet bao gồm Giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) và Giao thức Internet (IP). Những giao thức này đóng vai trò như "ngôn ngữ chung" giúp các máy tính trên toàn cầu có thể kết nối và trao đổi dữ liệu với nhau.

Năm 1989, Internet bước vào một kỷ nguyên mới nhờ phát minh mang tính cách mạng World Wide Web (WWW) hay còn gọi là Web của Tim Berners-Lee, khi ông làm việc tại Tổ chức Nghiên cứu hạt nhân Châu Âu.

Ý tưởng cốt lõi của WWW là hợp nhất các công nghệ tiên tiến như máy tính, mạng dữ liệu và siêu văn bản vào một hệ thống thông tin toàn cầu mạnh mẽ, trực quan và dễ sử dụng.

Sự ra đời của WWW không chỉ giúp Internet trở nên dễ tiếp cận hơn mà còn mở ra một không gian kết nối toàn cầu, nơi mọi người có thể chia sẻ thông tin, học hỏi và giao tiếp theo những cách chưa từng có trong lịch sử.

6. Pin

Chiếc pin đầu tiên ra đời vào năm 1800 khi nhà vật lý người Ý Alessandro Volta xếp chồng các đĩa đồng và kẽm xen kẽ, ngăn cách bằng vải nhúng trong nước muối, và phát hiện ra rằng cấu trúc này có thể tạo ra dòng điện.

Đến năm 1802, giáo sư người Scotland William Cruickshank cải tiến thiết kế của Volta, tạo ra một phiên bản gọi là pin máng. Thiết bị này bao gồm 50 đĩa đồng và kẽm được đặt trong một hộp gỗ chứa dung dịch muối, giúp tăng khả năng dẫn điện và hiệu quả hoạt động.

Tuy nhiên, phải đến năm 1859, nhà vật lý người Pháp Gaston Planté mới phát minh ra loại pin axit-chì sạc lại đầu tiên, mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế rộng rãi. Dù đã trải qua nhiều cải tiến, các phiên bản hiện đại của pin axit-chì do Planté phát minh vẫn được sử dụng phổ biến trong ô tô ngày nay.

7. Máy bay

Khả năng bay của con người đã luôn là nguồn cảm hứng cho các nhà phát minh suốt nhiều thế kỷ. Chuyến bay đầu tiên do con người điều khiển diễn ra vào năm 1783, khi Joseph-Michel và Jacques-Étienne Montgolfier cất cánh bằng khinh khí cầu.

Đến năm 1853, kỹ sư người Anh George Cayley đã thiết kế chiếc tàu lượn đầu tiên có thể bay thành công. Tuy nhiên, phải đến năm 1903, Orville và Wilbur Wright mới thực hiện chuyến bay đầu tiên thành công với máy bay có động cơ.

Máy bay của họ không chỉ cất cánh từ Kitty Hawk, thuộc tiểu bang Bắc Carolina (Mỹ) nhờ sức mạnh của chính nó, mà còn bay và hạ cánh an toàn, không bị phá hủy, điều mà nhiều phát minh trước đó không làm được.

Anh em nhà Wright lấy cảm hứng từ việc quan sát những chú chim đang bay, và chiếc tàu lượn của họ cũng được thiết kế với đôi cánh giống như cánh chim, nhưng có sải cánh dài 10 mét.

8. Tủ lạnh

Việc làm lạnh đã tồn tại dưới nhiều hình thức từ hàng nghìn năm trước. Tùy theo điều kiện khí hậu, người xưa đã sử dụng đá hoặc nước lạnh để bảo quản thực phẩm. Tuy nhiên, làm lạnh nhân tạo chỉ thực sự xuất hiện vào năm 1748, khi bác sĩ William Cullen lần đầu tiên chứng minh quá trình làm mát qua sự bay hơi.

Những bước đột phá tiếp theo diễn ra vào năm 1834, khi kỹ sư người Mỹ Jacob Perkins phát minh ra hệ thống nén hơi. Đến năm 1876, kỹ sư người Đức Carl von Linde đã phát triển quy trình hóa lỏng khí, mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ làm lạnh thương mại.

Năm 1913, kỹ sư người Mỹ Fred Wolf đã phát minh ra tủ lạnh gia dụng đầu tiên, và cùng với sự gia tăng nhu cầu về sản phẩm tươi sống, số lượng hộ gia đình sở hữu tủ lạnh cũng tăng theo.

9. Năng lượng hạt nhân

Năng lượng hạt nhân lần đầu tiên được phát hiện vào những năm 1930 bởi nhà vật lý người Ý Enrico Fermi, người đã phát hiện rằng việc bắn phá các nguyên tử bằng neutron có thể khiến chúng phân tách, giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Ông tiếp tục phát triển phản ứng dây chuyền hạt nhân đầu tiên tại Đại học Chicago (Mỹ).

Thành công này đã mở ra một bước ngoặt quan trọng, dẫn đến sự ra đời của các nhà máy điện hạt nhân trong những năm 1950. Vào năm 1951, tiểu bang Idaho (Mỹ) đã đưa vào hoạt động nhà máy điện hạt nhân đầu tiên, sản xuất điện từ năng lượng nguyên tử tại Lò phản ứng thử nghiệm I.

Trong khi đó, thành phố Obninsk ở Liên Xô cũ trở thành nhà máy điện hạt nhân kết nối lưới điện đầu tiên trên thế giới vào năm 1954, và đến năm 1957, nhà máy điện hạt nhân Shippingport ở tiểu bang Pennsylvania (Mỹ) đã trở thành nhà máy điện hạt nhân thương mại đầu tiên.

Một trong những vấn đề lớn của các nhà máy điện hạt nhân hiện nay là việc sử dụng phản ứng phân hạch để tách các nguyên tử, tạo ra các chất phóng xạ có thời gian phân rã kéo dài.

Thêm vào đó, những thảm họa hạt nhân như Chernobyl (Nga) và Fukushima-Daiichi (Nhật Bản) đã làm nổi bật những rủi ro và thách thức lớn mà năng lượng hạt nhân dựa trên phân hạch mang lại, đặt ra câu hỏi về độ an toàn và bền vững của công nghệ này.

Do đó, các nhà khoa học đang nỗ lực phát triển lò phản ứng tổng hợp hạt nhân khả thi, một công nghệ lý thuyết có tiềm năng tạo ra năng lượng sạch và vô hạn. Vào năm 2022, các nhà nghiên cứu đã báo cáo một bước đột phá quan trọng đó là một lò phản ứng tổng hợp đã tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ.

Tuy nhiên, các chuyên gia nhấn mạnh rằng chúng ta vẫn còn một chặng đường dài trước khi có thể sản xuất lò phản ứng tổng hợp thực tế và ứng dụng được. Hiện nay, năng lượng hạt nhân vẫn được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới, tạo ra khoảng 10% năng lượng toàn cầu.

10. Tia X

Giống như nhiều phát minh vĩ đại khác, tia X được phát hiện một cách tình cờ. Vào năm 1895, nhà vật lý người Đức Wilhelm Conrad Röntgen đã tiến hành một nghiên cứu kéo dài hai tháng về bức xạ.

Trong một thí nghiệm nhằm kiểm tra xem tia catốt có thể xuyên qua kính hay không, ông bất ngờ nhận thấy bức xạ có thể xuyên qua những màn chắn dày và tạo ra bóng của các vật thể rắn.

Sớm nhận ra tiềm năng của phát hiện này, ông tiếp tục nghiên cứu và phát hiện rằng tia X có thể xuyên qua cơ thể người, hiển thị hình ảnh chi tiết về bộ xương và các cơ quan bên trong.

Chỉ một năm sau, nhóm bác sĩ đầu tiên đã thực hiện các chẩn đoán X-quang trên bệnh nhân. Phát hiện này đã mở đường cho sự ra đời và phát triển của ngành X-quang, giúp các bác sĩ chẩn đoán chính xác các vấn đề về xương gãy, khối u và các bệnh lý nội tạng quan trọng.