Harold Edgerton: đèn chớp tốc độ cao và giọt sữa đóng băng thành vương miện

Harold Edgerton (1903–1990), giáo sư kỹ thuật điện ở Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), là người biến đèn chớp điện tử thành công cụ "đóng băng" những thứ diễn ra trong phần triệu giây: giọt sữa bắn thành vương miện, viên đạn xuyên qua quả táo, cánh chim ruồi lơ lửng. Ảnh nổi tiếng nhất của ông, Milk Drop Coronet (Vương miện giọt sữa), bản màu chụp năm 1957, sau nhiều năm ông chụp giọt sữa từ thập niên 1930.

Từ động cơ điện đến chiếc đèn chớp

Edgerton sinh ở bang Nebraska, Mỹ, học kỹ thuật điện rồi về MIT làm nghiên cứu sinh cuối thập niên 1920. Đề tài của ông không phải nhiếp ảnh mà là động cơ điện: ông cần nhìn xem rô-to bên trong quay và dao động thế nào khi chạy. Rô-to quay quá nhanh, mắt chỉ thấy vệt mờ.

Lời giải là đèn chớp nhịp (stroboscope). Nếu một ngọn đèn loé lên đúng một lần mỗi vòng quay, mỗi lần loé đều thấy rô-to ở cùng vị trí. Trong bóng tối, nó trông như đứng yên. Chỉnh nhịp lệch một chút, nó như quay chầm chậm. Edgerton làm loại đèn phóng điện qua khí, loé cực ngắn và lặp lại được hàng trăm, hàng nghìn lần mỗi giây.

Từ đó chỉ còn một bước: thay mắt bằng máy ảnh. Mở màn trập trong phòng tối, cho đèn loé một lần cực ngắn, và vật đang chuyển động bị "đóng băng" bởi chính thời gian loé sáng chứ không phải bởi màn trập.

Vì sao đèn chớp nhanh hơn màn trập

Màn trập cơ khí của máy ảnh có giới hạn vật lý: tấm màn phải chạy, phải dừng, nhanh nhất cũng chỉ cỡ phần nghìn giây. Đèn chớp không có phần nào phải chuyển động. Tụ điện tích sẵn năng lượng, rồi xả qua ống khí trong một khoảng cực ngắn.

Trong khoảng một micro giây, một viên đạn bay vài trăm mét mỗi giây chỉ đi được vài phần mười mi-li-mét — đủ ngắn để nó trông như treo lơ lửng.

Giọt sữa thành vương miện

Edgerton chụp giọt sữa rơi xuống mặt phẳng phủ một lớp sữa mỏng từ những năm 1930, ban đầu bằng ảnh đen trắng. Bản màu năm 1957, Milk Drop Coronet, cho thấy giọt sữa vừa chạm mặt đĩa bắn lên thành một vành tròn với các mũi nhọn đều nhau, mỗi mũi đội một giọt nhỏ như hạt ngọc. Hình dạng ấy tồn tại trong vài phần nghìn giây, mắt người không bao giờ thấy được.

Vì sao lại là vương miện? Khi giọt chạm mặt chất lỏng, nó đẩy chất lỏng lên thành một bức tường mỏng hình trụ. Mép bức tường không ổn định, tách thành những mũi đều nhau rồi bắn ra các giọt nhỏ. Hiện tượng đã được các nhà vật lý mô tả từ cuối thế kỷ 19 qua hình vẽ, nhưng ảnh của Edgerton cho mọi người thấy tận mắt.

Ông nói mình là kỹ sư, không phải nghệ sĩ. Dù vậy ảnh của ông được trưng bày ở các bảo tàng nghệ thuật từ cuối thập niên 1930, và giọt sữa trở thành biểu tượng của ảnh tốc độ cao.

Những tấm ảnh khác làm nên tên tuổi

• Viên đạn xuyên quả táo (thập niên 1960): ở cả lỗ đạn vào và lỗ đạn ra, thịt táo phun thành chùm, trong khi phần còn lại của quả vẫn giữ nguyên hình dạng — chỉ một thoáng sau nó mới tan nát. Tấm ảnh bắt đúng cái thoáng "chưa kịp vỡ" ấy.
• Chuỗi ảnh nhiều lần chớp trên một khung: vận động viên vung gậy golf, người nhảy, quả bóng nảy. Đèn chớp liên tục với nhịp đều trong khi màn trập mở, cho ra nhiều "bóng" của cùng một chuyển động trên một tấm ảnh.
• Chim ruồi: cánh vỗ rất nhanh được bắt rõ từng chiếc lông.
• Bóng đèn vỡ, bóng bay vỡ, giọt nước rơi: những thứ bình thường bỗng thành hình dạng lạ.

Năm 1939 ông cùng James Killian in cuốn Flash!, giới thiệu ảnh tốc độ cao cho công chúng. Năm 1940 một phim ngắn dùng kỹ thuật của ông đoạt giải Oscar hạng mục phim ngắn.

Không chỉ là ảnh đẹp

Đèn chớp điện tử của Edgerton là tổ tiên của đèn flash gắn trên máy ảnh và điện thoại ngày nay. Trước đó, flash là bột magie cháy hay bóng đèn dùng một lần. Đèn chớp điện tử dùng được hàng nghìn lần, ánh sáng đều và cực ngắn.

Stroboscope cũng thành dụng cụ công nghiệp: thợ máy dùng nó để "dừng" bánh răng, quạt, máy dệt đang chạy mà kiểm tra. Về sau Edgerton còn làm thiết bị chụp ảnh và định vị bằng âm dưới biển sâu, hợp tác với các nhà thám hiểm đại dương.

Ông dạy ở MIT nhiều thập kỷ và nổi tiếng là thầy giáo nhiệt tình, hay kéo sinh viên vào phòng thí nghiệm lúc nửa đêm để bắn bóng bay. Trung tâm Edgerton ở MIT ngày nay tiếp tục dạy học sinh làm thí nghiệm bằng tay.

Hiệu ứng stroboscope quanh ta

Hiệu ứng mà Edgerton khai thác xuất hiện cả trong đời thường. Xem video quay bánh xe ô tô đang chạy, đôi khi nan bánh xe như đứng yên hay quay ngược. Lý do: máy quay chụp một số khung hình nhất định mỗi giây, giống đèn chớp loé đều. Nếu giữa hai khung, bánh xe quay gần đúng một khoảng giữa hai nan, mắt ta thấy như không quay; quay hụt một chút thì thấy như quay lùi.

Dưới một số loại đèn nhấp nháy theo tần số điện lưới, quạt trần hay máy khoan cũng có thể trông như chậm lại. Trong xưởng máy, đây là chuyện cần cảnh giác: một bộ phận đang quay nhanh có thể trông như đứng yên. Vì thế ở nơi làm việc với máy quay người ta tránh dùng đèn nhấp nháy mạnh cho chiếu sáng chung.

Góc nhìn hôm nay: bắt giọt nước tại nhà

Không cần thiết bị phòng thí nghiệm để thử chụp giọt nước kiểu Edgerton. Một cách làm đơn giản, an toàn:

1. Đặt một khay hoặc chậu nông đầy nước, phía trên treo một túi nilon nhỏ đựng nước, châm một lỗ kim để nhỏ giọt đều.
2. Lấy nét bằng tay vào chỗ giọt rơi (thả một cây bút chì vào đúng điểm đó để lấy nét, rồi bỏ ra).
3. Tắt đèn phòng cho tối. Đặt máy ở tốc độ khoảng 1/200, khẩu f/8 trở lên, ISO thấp.
4. Dùng đèn flash rời ở công suất thấp nhất (1/32 hoặc 1/64): công suất càng thấp, thời gian loé càng ngắn, giọt càng nét.
5. Chụp liên tục nhiều lần. Phần lớn sẽ trượt — đó là bình thường. Thêm sữa hoặc nước pha màu sẽ thấy vương miện rõ hơn.

Nếu chỉ có điện thoại, chế độ quay chậm cũng cho thấy giọt nước bật ngược lên thành cột nhỏ sau khi rơi. Để ý điện thoại và ổ điện tránh xa chỗ nước bắn.