Guglielmo Marconi thường được ghi nhận là người phát minh vô tuyến điện báo: ông nộp đơn sáng chế ở Anh năm 1896, lập công ty năm 1897, truyền tín hiệu qua Đại Tây Dương năm 1901 và nhận Nobel Vật lý năm 1909 cùng Karl Ferdinand Braun. Nhưng radio không có một người phát minh duy nhất. Nó dựa trên lý thuyết của James Clerk Maxwell và thí nghiệm của Heinrich Hertz, cùng các thiết bị do Oliver Lodge, Alexander Popov, Jagadish Chandra Bose và Nikola Tesla phát triển gần như cùng thời.
Mỗi nước có “người phát minh radio” của mình: Nga kỷ niệm Ngày Radio vào 7/5 để nhớ buổi trình diễn của Popov năm 1895, Ấn Độ nhắc tới Bose, giới hâm mộ Tesla dẫn phán quyết của Tối cao Pháp viện Mỹ năm 1943. Phán quyết đó thường bị hiểu sai.
Bài viết sắp xếp các yêu sách theo tư liệu, phân biệt “ai khám phá ra hiện tượng”, “ai chế tạo được thiết bị”, “ai có bằng sáng chế” và “ai biến nó thành hệ thống thương mại”, rồi đi tiếp tới bước chuyển từ điện báo vô tuyến sang phát thanh tiếng nói.
Nền khoa học: Maxwell dự đoán, Hertz chứng minh
Năm 1865, James Clerk Maxwell công bố lý thuyết thống nhất điện và từ, trong đó suy ra rằng dao động điện từ lan truyền trong không gian với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng, và ánh sáng chính là một dạng sóng điện từ. Đó là một dự đoán thuần lý thuyết; trong hơn hai mươi năm không ai tạo ra hay phát hiện được sóng điện từ ngoài ánh sáng.
Từ năm 1886 tới 1888, Heinrich Hertz ở Karlsruhe dùng một khe phóng tia lửa điện để tạo dao động điện tần số cao, và một vòng dây có khe hở nhỏ đặt cách đó vài mét để phát hiện: khi sóng tới, tia lửa nhỏ xuất hiện ở khe hở. Ông đo được bước sóng, chứng minh sóng phản xạ, khúc xạ và phân cực như ánh sáng. Đơn vị tần số hertz mang tên ông.
Hertz quan tâm tới việc kiểm chứng lý thuyết, không phải ứng dụng. Thiết bị của ông chỉ hoạt động ở khoảng cách vài mét, và phát hiện bằng mắt thường một tia lửa nhỏ. Để biến hiện tượng thành phương tiện liên lạc, cần ba thứ: bộ phát mạnh hơn, bộ thu nhạy hơn nhiều, và ăng-ten đưa sóng đi xa. Trong khoảng năm 1890–1896, nhiều người ở nhiều nước cùng giải các bài toán này, đây là lý do yêu sách chồng chéo.
Những người làm ra bộ thu đầu tiên
Édouard Branly (Pháp, 1890). Phát hiện rằng mạt kim loại trong ống thuỷ tinh giảm điện trở mạnh khi có sóng điện từ chạm tới. Thiết bị này, về sau gọi là coherer, trở thành bộ thu của gần như mọi hệ thống vô tuyến đầu tiên, gồm cả của Marconi.
Oliver Lodge (Anh, 1894). Cải tiến coherer và tháng 8/1894 trình diễn ở Oxford việc truyền tín hiệu vô tuyến qua khoảng cách vài chục mét. Ông cũng nghiên cứu sự cộng hưởng giữa mạch phát và mạch thu, được cấp bằng sáng chế về điều hưởng năm 1898, một bằng có vai trò quan trọng trong tranh chấp sau này. Lodge coi đây là thí nghiệm khoa học và chậm thương mại hoá.
Alexander Popov (Nga, 1895). Ngày 7/5/1895, Popov trình bày trước Hội Vật lý – Hoá học Nga ở Sankt-Peterburg một bộ thu dùng coherer có cơ cấu gõ tự động để khôi phục coherer sau mỗi tín hiệu, và dùng nó để ghi nhận sóng điện từ từ sét. Các nguồn tiếng Nga về sau cho rằng năm 1896 ông truyền một thông điệp có chữ, nhưng điều này dựa trên hồi ức muộn và chưa được tư liệu đương thời xác nhận chắc chắn. Popov không đăng ký sáng chế.
Jagadish Chandra Bose (Ấn Độ, 1894–1895). Ở Calcutta, Bose nghiên cứu sóng có bước sóng milimet, ngắn hơn nhiều so với những người cùng thời, chế tạo ống dẫn sóng, thấu kính và các bộ thu bán dẫn sơ khai dùng tiếp xúc tinh thể. Công trình của ông đi trước thời đại về vi sóng nhưng hướng tới nghiên cứu, ông chủ động không thương mại hoá phần lớn phát minh. Bose cũng mô tả một bộ thu dùng thuỷ ngân năm 1899; việc Marconi có dùng thiết kế tương tự trong thí nghiệm năm 1901 hay không là chủ đề tranh luận.
Marconi: từ Bologna tới Đại Tây Dương
Đóng góp của Marconi không nằm ở một linh kiện mới mà ở chỗ kéo dài khoảng cách liên tục và biến nó thành dịch vụ:
- 1894–1895: ở biệt thự gia đình gần Bologna, Marconi, khi đó khoảng hai mươi tuổi, thử nghiệm với thiết bị kiểu Hertz. Phát hiện quan trọng của ông là nối đất một đầu và nâng cao ăng-ten ở đầu kia làm khoảng cách tăng mạnh, vượt qua cả một quả đồi.
- 1896: sang Anh, được kỹ sư trưởng của Bưu điện Anh William Preece hỗ trợ trình diễn. Đơn sáng chế số 12.039 nộp tháng 6/1896, được cấp năm 1897.
- 1897: lập công ty Wireless Telegraph & Signal, sau đổi tên thành Marconi's Wireless Telegraph Company.
- 1899: truyền tín hiệu qua eo biển Manche giữa Anh và Pháp.
- 1900: bằng sáng chế Anh số 7.777 về điều hưởng, cho phép nhiều trạm hoạt động mà không gây nhiễu lẫn nhau.
- 12/12/1901: Marconi thông báo đã nghe được chữ “S” trong mã Morse (ba chấm), phát từ trạm Poldhu (Cornwall, Anh), tại Signal Hill (Newfoundland), cách hơn ba nghìn cây số. Kết quả bị nghi ngờ vì không có thiết bị ghi, tín hiệu yếu và nhiễu khí quyển mạnh; một số nhà nghiên cứu sau này cho rằng ông có thể đã nghe nhiễu. Các thí nghiệm năm 1902 trên tàu Philadelphia, có ghi băng giấy, xác nhận khả năng truyền tín hiệu ở khoảng cách lớn, nhất là ban đêm.
- 1909: Nobel Vật lý chia sẻ với Karl Ferdinand Braun, người cải tiến mạch phát bằng mạch ghép cộng hưởng, cho tín hiệu mạnh và sạch hơn khe phóng điện đơn giản.
Tesla và phán quyết năm 1943: đọc cho đúng
Tesla nghiên cứu dao động điện tần số cao từ đầu thập niên 1890 và chế tạo cuộn cảm cộng hưởng mang tên ông. Trong các bài giảng năm 1893 ở Philadelphia và St. Louis, Tesla mô tả các nguyên lý của truyền tín hiệu không dây: mạch cộng hưởng ở bên phát và bên thu, ăng-ten, nối đất. Ông được cấp các bằng sáng chế Mỹ năm 1900 về truyền năng lượng điện qua môi trường tự nhiên. Mối quan tâm chính của Tesla là truyền năng lượng không dây, liên lạc chỉ là một phần trong tầm nhìn rộng hơn.
Năm 1943, vài tháng sau khi Tesla mất, Tối cao Pháp viện Mỹ ra phán quyết trong vụ Marconi Wireless Telegraph Co. of America kiện Hoa Kỳ. Đây là vụ công ty Marconi kiện chính phủ Mỹ đòi bồi thường vì sử dụng sáng chế của họ trong Chiến tranh Thế giới thứ nhất. Toà tuyên vô hiệu một số yêu cầu bảo hộ trong bằng sáng chế Mỹ năm 1904 của Marconi về mạch điều hưởng, vì đã bị các công trình của Oliver Lodge, Nikola Tesla và John Stone Stone đi trước.
Phán quyết này không tuyên bố Tesla là người phát minh ra radio. Nó chỉ xác định rằng một số yêu cầu bảo hộ cụ thể về điều hưởng của Marconi thiếu tính mới. Phán quyết cũng không phủ nhận công lao của Marconi trong việc chế tạo hệ thống vô tuyến đầu tiên hoạt động thành công; ý kiến của toà còn ghi nhận danh tiếng của Marconi là người đầu tiên đạt được truyền tin vô tuyến thành công. Đọc phán quyết như một “bản án minh oan cho Tesla” là một ví dụ phổ biến về việc một văn bản pháp lý bị kể lại sai lệch trên mạng.
So sánh các yêu sách
Đặt các yêu sách lên cùng một bảng theo bốn tiêu chí khác nhau cho câu hỏi “ai phát minh”:
| Người | Đóng góp khoa học – kỹ thuật | Bằng sáng chế | Thương mại hoá |
|---|---|---|---|
| Hertz | Chứng minh sóng điện từ tồn tại (1886–1888) | Không | Không |
| Lodge | Cải tiến coherer, trình diễn 1894, điều hưởng | Có, về điều hưởng (1898) | Muộn, sau bán quyền cho Marconi |
| Popov | Bộ thu có cơ cấu tự khôi phục, trình bày 1895 | Không | Thiết bị cho hải quân Nga |
| Bose | Vi sóng milimet, bộ thu tinh thể sơ khai | Một bằng về bộ thu tinh thể ở Mỹ (1904) | Chủ động không theo đuổi |
| Tesla | Mạch cộng hưởng, nguyên lý truyền không dây (1893) | Có, các bằng Mỹ năm 1900 | Dự án Wardenclyffe dang dở vì thiếu vốn |
| Marconi | Ăng-ten nối đất, tăng khoảng cách, tích hợp hệ thống | Có, ở Anh từ 1896 và nhiều nước | Lập công ty, mạng trạm, dịch vụ cho tàu biển |
Nếu “phát minh” nghĩa là khám phá hiện tượng, đó là Hertz. Nếu nghĩa là người đầu tiên mô tả các nguyên lý của mạch điều hưởng, Tesla và Lodge có yêu sách mạnh. Nếu nghĩa là người biến các thành phần đó thành hệ thống liên lạc vận hành được và đưa ra thế giới, Marconi là câu trả lời. Các câu trả lời không loại trừ nhau.
Từ điện báo vô tuyến tới phát thanh tiếng nói
Hệ thống của Marconi chỉ truyền được các xung bật – tắt theo mã Morse, vì tia lửa điện tạo ra sóng tắt dần, nhiễu và rộng băng. Truyền tiếng nói cần sóng liên tục có thể điều chế. Reginald Fessenden, kỹ sư người Canada, theo đuổi hướng này với máy phát xoay chiều tần số cao. Nhiều tài liệu kể rằng đêm 24/12/1906, ông phát nhạc và lời nói từ Brant Rock (Massachusetts) tới các tàu ngoài khơi; tuy nhiên, các bằng chứng về buổi phát này chủ yếu đến từ lời kể sau nhiều năm, và một số sử gia đặt dấu hỏi về chi tiết.
Bước quyết định là đèn ba cực. Lee de Forest phát minh đèn Audion năm 1906, nhưng chính ông không hiểu đầy đủ cách nó hoạt động. Edwin Armstrong khám phá mạch hồi tiếp khoảng năm 1912 cho phép khuếch đại và tạo dao động, sau đó phát minh máy thu đổi tần năm 1918 và phát thanh điều tần FM đầu thập niên 1930. Tranh chấp sáng chế giữa Armstrong và de Forest về mạch hồi tiếp kéo dài hai thập kỷ, kết thúc bằng phán quyết năm 1934 bất lợi cho Armstrong, một kết quả mà giới kỹ thuật thời đó phần lớn không đồng tình.
Phát thanh đại chúng hình thành từ năm 1920: trạm KDKA ở Pittsburgh phát kết quả bầu cử tổng thống Mỹ ngày 2/11/1920, thường được coi là đài phát thanh thương mại đầu tiên, dù một vài trạm khác cũng có yêu sách. Ở Việt Nam, Đài Tiếng nói Việt Nam phát buổi đầu tiên ngày 7/9/1945. Vụ chìm tàu Titanic năm 1912, khi các điện báo viên vô tuyến gọi cứu hộ, đã dẫn tới các quy định quốc tế buộc tàu lớn trực vô tuyến liên tục, cho thấy công nghệ liên lạc thường được định hình bởi thảm hoạ và luật lệ đi sau nó.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao Marconi thắng trên thị trường dù không phải người duy nhất có thiết bị?
Marconi tập trung vào một mục tiêu duy nhất là liên lạc đường dài, có vốn từ gia đình và các nhà đầu tư Anh, đăng ký sáng chế sớm ở nhiều nước, xây mạng trạm ven biển và bán dịch vụ trọn gói cho hãng tàu, kể cả cung cấp điện báo viên. Trong khi đó Lodge, Popov và Bose chủ yếu xem công trình của mình là nghiên cứu khoa học.
Popov có phát minh radio trước Marconi không?
Popov trình diễn bộ thu năm 1895, trước khi Marconi nộp đơn sáng chế năm 1896, nhưng ở dạng thiết bị ghi nhận sóng từ sét, chưa phải hệ thống truyền tin. Marconi bắt đầu thử nghiệm cùng thời ở Ý. Đánh giá phổ biến của sử gia ngoài Nga là hai người làm việc song song và độc lập, với Marconi đi xa hơn về khoảng cách và thương mại hoá.
Bose có thật sự là người đi trước về vi sóng không?
Có cơ sở tư liệu. Bose công bố nghiên cứu về sóng milimet giữa thập niên 1890, sớm hơn khoảng nửa thế kỷ so với khi các dải tần này được ứng dụng rộng rãi. Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) về sau đã ghi nhận các thí nghiệm sóng milimet của ông ở Calcutta bằng một cột mốc lịch sử chính thức. Bộ dò tinh thể của ông cũng là tiền thân xa của linh kiện bán dẫn.
Khoảng cách truyền sóng xa qua Đại Tây Dương bằng cách nào khi Trái Đất cong?
Khi đó, giới khoa học nghi ngờ sóng có thể vượt qua độ cong Trái Đất. Thành công của Marconi dẫn tới giả thuyết của Oliver Heaviside và Arthur Kennelly năm 1902 về một lớp dẫn điện trên cao phản xạ sóng vô tuyến. Lớp này, nay gọi là tầng điện ly, được Edward Appleton chứng minh bằng thực nghiệm giữa thập niên 1920 và ông nhận Nobel năm 1947.
Radio và vô tuyến điện báo khác nhau thế nào?
Vô tuyến điện báo truyền tín hiệu rời rạc theo mã Morse, ban đầu bằng sóng tắt dần từ tia lửa điện. Radio theo nghĩa phát thanh truyền âm thanh liên tục, cần sóng mang liên tục được điều chế biên độ hoặc tần số. Về lịch sử, phát minh của Marconi thuộc nhóm thứ nhất; phát thanh tiếng nói chỉ thực dụng sau khi có đèn điện tử ba cực vào thập niên 1910.
Tranh chấp sáng chế radio có bài học gì cho người nộp đơn hôm nay?
Một bằng sáng chế có thể bị vô hiệu nhiều thập kỷ sau nếu xuất hiện tình trạng kỹ thuật đã biết từ trước, như bằng điều hưởng của Marconi năm 1943. Vì vậy cần tra cứu kỹ công bố và sáng chế trước khi nộp, soạn yêu cầu bảo hộ đúng phạm vi đóng góp thực của mình, và kiểm tra quy định hiện hành ở cơ quan sở hữu trí tuệ.