ánh sáng nguồn sống

Nhóm the light

Lời mở đầu
Ánh sáng là gì phải chăng nó chỉ mang ý nghĩa về mặt khoa
học mà không mang một ý nghĩa nào khác,con người sống và vô tình
quên đi những cái thường ngày mà không hề biết nó là ai nó cho ta
những gì chỉ hiển nhiên côi đó là tất yếu phải có.Như giáo sư Trịnh
Xuân Thuận đã viết” “Ánh sáng hiện hữu khắp mọi nơi, tới mức chúng
ta coi nó là hiển nhiên và đối xử với nó một cách thờ ơ, cho tới khi
quanh ta đột nhiên là bóng tối chúng ta mới thấy nhớ ánh sáng”. Ánh
sáng cho ta sự sống cho ta ý thức được vũ trụ và là niềm tin hi vọng là
sức mạnh vô biên mà con người nhận một cách vô điều kiên…… Vậy
chúng ta đã biết gì về ánh sáng?Chúng tôi mời các bạn ghé thăm bài
tiểu luận ngắn sơ lược về ánh sáng và mối liên hệ chặt chẽ của nó với
con người và qua đó hi vọng sẽ giúp các bạn có cái nhìn đúng đắn nhất
về cuộc sồng và chúng ta đã và đang sống.
Nội dung
I. Con đường hình thành những quan điểm về ánh sáng
1.Ánh sáng dưới con mắt người cổ và trung đại
Trang 1
Nhóm the light

2.Ánh sáng ở những thế kỷ XVII đến XIX
3.Ánh sáng vào những thế kỷ XX
II. Tốc độ ánh sáng
1.Tốc độ ánh sáng là gì?
2. Lịch sử thí nghiệm đo tốc độ ánh sáng
III. Ánh sáng và cuộc sống con người
1.Về mặt khoa học
2.Về mặt tinh thần
IV. Ánh sáng điều kỳ diệu quanh ta

I. Con đường hình thành quan điểm về ánh sáng.
Ánh sáng nhìn thấy là bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn
thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400 nm đến 700 nm).
Ánh sáng là một trong những điều kì lạ trong thế giới ta đang sống.
Ta chưa biết gì nhiều về ánh sáng và những gi ta biết chưa hẳn là đã hoàn toàn
chính xác. Người ta mới chỉ có thể dựa trên tác động của ánh sáng để “mô tả”,
chứ chưa thể nói là lý giải một cách thích đáng.
1. Ánh sáng trong con mắt của người cổ và trung đại:
Trang 2
Nhóm the light

Empédocle (khoảng 490 - 435 TCN) là tác giả của lý thuyết về thị giác
xa xưa nhất. Liên quan đến ánh sáng, Empédocle cho rằng mắt truyền các “tia thị
giác” đến thế giới bên ngoài.Lý thuyết về các tia thị giác này một phần là do niềm
tin dân gian cho rằng các con mắt có chứa “lửa”. Theo Empédocle, ánh sáng
không đi theo một chiều từ mắt tới vật; ánh sáng còn đi theo chiều ngược lại, từ
vật đến mắt.
Leucippe (khoảng 460-370 TCN): trái ngược với “lửa” trong mắt của
Empédocle thoát ra thế giới bên ngoài, Leuccipe cho rằng thế giới thị giác đến với
chúng ta. Và do đó, về thực chất thị giác là một trải nghiệm thụ động. Dưới tác
động của ánh sáng, các hình ảnh về các vật quanh ta tách khỏi bề mặt của vật, như
da của một con rắn lột xác tách khỏi cơ thể, và đi đến mắt chúng ta.
Démocrite (460-370 TCN): các quan điểm của Démocrite về ánh sáng
và thị giác đều dựa trên học thuyết nguyên tử. Ông chấp nhận bốn màu cơ bản của
Empédocle – đen, trắng, đỏ và vàng-xanh, nhưng thêm vào đó các màu khác gọi là
các màu thứ cấp, như lục và nâu. Khác với Empédocle, Démocrite không gắn các
màu cơ bản cho bốn nguyên tố, mà gắn cho các nguyên tử có hình dạng khác
nhau. Theo Démocrite, các màu (và các đặc tính giác quan khác như mùi và vị)
không hiện hữu trong bản thân các vật.
Platon (428-347 TCN): Ở Platon, ánh sáng thuộc vào hạng siêu hình.

Mặt Trời là con của cái Thiện và mắt, nhạy cảm với ánh sáng, là một cơ quan gắn
chặt nhất với Mặt Trời.
Như vậy thị giác là kết quả của sự tổng hợp của ba quá trình bổ sung
cho nhau. Mắt phát ra lửa, lửa kết hợp với ánh sáng xung quanh để tạo thành một
chùm sáng duy nhất. Chùm sáng này được phóng thẳng ra phía trước cho đến khi
gặp bề mặt của một vật; ở đó, nó gặp tia các hạt do vật phát ra dưới tác dụng của
ánh sáng xung quanh và kết hợp với chùm sáng ban đầu. Tia các hạt này chứa
thông tin về tình trạng của vật, màu sắc và kết cấu của nó. Sau đó chùm sáng co lại
để truyền đến mắt những thông tin này.
Aristolte (384-322 TCN), học trò của Platon, Aristolte bác bỏ dứt
khoát các “tia thị giác” của Empédocle, bởi theo ông lý thuyết này không giải
thích được tại sao chúng ta không nhìn thấy trong bóng tối. Theo ông, sự tri giác
các vật được thực hiện không phải thông qua dòng vật chất, mà bởi ấn tượng của
chúng lên các giác quan, cũng giống như sáp tiếp nhận dấu ấn của chiếc nhẫn
nhưng không tước mất của nó cái chất, sắt hay vàng, đã tạo nên chiếc nhẫn đó.
Như vậy mắt tiếp nhận các ấn tượng về màu sắc, hình dạng, chuyển động,…
Aristolte cho rằng tồn tại hai màu cơ bản: đen và trắng. Tất cả các màu khác bắt
nguồn từ sự hòa trộn hai màu cơ bản này và biểu hiện các “phẩm chất trung
gian”,ở đây,ông giải thích sự hòa trộn 2 màu cơ bản tạo thành các màu khác có sự
đóng góp của “nhiệt”. Các màu khác cũng có thể bắt nguồn từ sự hòa trộn giữa
đen và trắng trong một môi trường bán trong suốt: đó là trường hợp các màu nâu
đỏ hoặc da cam của cảnh hoàng hôn.
Alhazen (965-1040): Alhazen đồng ý với quan điểm của Aristolte rằng
ánh sáng đến từ bên ngoài đi vào mắt, chứ không phải ngược lại. Theo ông, các tia
Trang 3
Nhóm the light

sáng thật sự tồn tại. Chúng lan truyền theo đường thẳng. Khi ánh sáng xung quanh
chạm vào một vật liền bị vật này phản xạ, từ mỗi điểm trên bề mặt của một vật có
màu, các chùm tia sáng lan tỏa theo tất cả các hướng, và chỉ một tỉ lệ nhỏ của

chúng đi vào mắt chúng ta. Ở đây Alhazen đã đưa ra ý tưởng về sự tán xạ ánh
sáng.
Rober Bacon (1214-1292. Trong các sách chuyên luận về ánh sáng và
màu sắc, ông đã cố gắng tổng hợp các quan niệm của Aristote về ánh sáng và màu
sắc (vốn là các “dạng thức” phi vật chất) và các quan niệm của Alhazen (màu sắc
được truyền bởi các tia phát ra từ tất cả các điểm của vật). Theo Bacon, mọi vật
phóng theo đường thẳng về tất cả các hướng một cái gì đó thuộc tinh chất của nó
mà ông gọi là “loài”. Chẳng hạn, Mặt trời phát ra các “loài” sáng.
Francesco Maria Grimaldi (1618-1663): Ánh sáng phản xạ trên mặt
phẳng gương và khúc xạ khi đi qua môi trường khác nhau.
Những quan điểm này vừa có những mâu thuẫn không được giải quyết
nhưng lại bổ sung cho nhau từ đó bước đàu hình thành những quan điểm đầu tiên
về ánh sáng. Và những thế kỷ sau bí ẩn về ánh sáng dần được hé mở.
2. Quan điểm về bản chất ánh sáng thế kỷ XVII đến XIX

2.1 Thế kỉ XVII- XVIII
a) Huygens: cha đẻ lý thuyết sóng ánh sáng
Christiaan Huygens (1629-1695).
Christiaan Huygens (1629-1695)
Theo Huygens, ánh sáng không thể bắt nguồn từ sự dịch chuyển các hạt
của vật sáng tới mắt. Theo ông, ánh sáng lan truyền trong không gian cũng
Trang 4
Nhóm the light

giống như sóng được sinh ra khi ta ném một viên đá xuống ao, nó sẽ truyền trên
khắp mặt nước.
Ánh sáng theo quan điểm của Huygens:
Huygens dựa trên khái niệm ánh sáng là sóng: Sóng ánh sáng truyền
trong không gian qua trung gian ête, tồn tại như một thực thể vô hình trong không
khí và không gian nhờ vậy mà sóng ánh sáng có thể truyền chuyển động không

những cho tất cả những hạt khác tiếp xúc với nó mà còn cho tất cả những hạt khác
tiếp xúc với hạt đó và cản chuyển động của nó.
Cơ chế truyền sóng: Theo Huygens, một nguồn sáng bao gồm vô số các
hạt rung động. Các hạt này truyền rung động của chúng tới các hạt ête bên cạnh
dưới dạng các sóng cầu có tâm tại mỗi một hạt rung này. Vô số các sóng cầu này
được truyền đi, và bán kính tác dụng của chúng tăng dần theo thời gian. Chúng
chồng chập lên nhau và biểu hiện hỗn độn của chúng ở gần nguồn sáng giảm dần
khi các sóng truyền ra xa nguồn sáng. Càng xa nguồn sáng, sóng càng trở nên trơn
và đều đặn hơn.
Từ đó, ông giải thích các hiện tượng như sau:
* Hiện tượng phản xạ: nguồn sáng phát ra các sóng ánh sáng trải ra
theo mọi hướng. Khi chạm lên gương, các sóng bị phản xạ theo góc tới, nhưng với
mỗi sóng phản hồi trở lại tạo ra một ảnh đảo ngược.

Trang 5
Nhóm the light


* Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Huygens cho rằng vận tốc ánh sáng
trong một chất bất kì tỉ lệ nghịch với chiết suất của nó

* Hiện tượng nhiễu xạ: thuyết sóng của Huyghens chưa giải thích được
hiện tượng này.
b) Newton: ánh sáng là hạt
Trang 6
Nhóm the light


Newton quan niệm ánh sáng có tính chất hạt. Ánh sáng được coi như
những dòng hạt đặc biệt nhỏ bé được phát ra từ các vật phát sáng và bay theo

đường thẳng trong môi trường đồng chất.
Từ cơ sở đó, ông giải thích các hiện tượng như sau:
* Nguyên nhân tạo ra màu sắc: do kích thước của các hạt. Các hạt
nhỏ nhất tạo ra cảm giác màu tím, các hạt lớn hơn gây ra cảm giác về màu chàm,
và cứ tiếp tục như vậy hạt màu đỏ sẽ là lớn nhất. Bởi vì tồn tại bảy màu cơ bản,
nên các hạt phải có bảy loại kích thước khác nhau.
* Hiện tượng phản xạ: do sự phản xạ của các quả cầu đàn hồi trong
chùm sáng khi va chạm và các hạt bị nảy lên từ những điểm khác nhau, nên trật tự
của chúng trong chùm sáng bị đảo ngược lại tạo ra một hình đảo ngược (Nếu bề
mặt quá gồ ghề thì các hạt bị nảy lên ở nhiều góc khác nhau, kết quả là làm tán xạ
ánh sáng.

Trang 7
Nhóm the light

*Hiện tượng khúc xạ: do tác dụng của mặt phân giới lên hạt ánh sáng
làm cho hạt đó thay đổi hướng truyền và bị gãy khúc ở mặt phân cách giữa hai
môi trường. Vì ánh sáng đi vào môi trường đậm đặc hơn sẽ bị các phân tử môi
trường đó hút và vận tốc sẽ tăng lên dẫn đến vận tốc ánh sáng trong môi trường
nước hay thủy tinh lại lớn hơn vận tốc ánh sáng trong môi trường khí.



*Tán sắc ánh sáng qua lăng kính: ông đưa ra giả thuyết cho rằng trên
bề mặt của một vật trong suốt tồn tại một vùng rất mỏng ở đó có một lực tác dụng
để kéo các tia sáng vào bên trong nó. Vì vậy, các hạt màu tím, do chúng nhỏ hơn,
sẽ bị hút bởi một môi trường đặc hơn không khí mạnh hơn so với các hạt lớn hơn
có màu đỏ, tức các hạt màu tím bị lệch khỏi đường đi ban đầu của nó nhiều hơn
các hạt màu đỏ.
*Hiện tượng nhiễu xạ: ông giải thích là do có một lực đẩy có tác dụng

đẩy các hạt ánh sáng vào trong bóng tối hình học của một vật.
c) Leonhard Euler (1707 – 1783)
Sự hồi sinh của lý thuyết sóng ánh sáng:
Trang 8
Nhóm the light

Sau khi quyển “Optiks” của Newton được xuất bản năm 1704, suốt
thế kỷ XVIII đã diễn ra cuộc tranh luận về bản chất của ánh sáng với hai quan
điểm trái ngược nhau: quan điểm cho rằng bản chất ánh sáng là sóng và quan điểm
cho rằng bản chất ánh sáng là hạt. Suốt thế kỷ này, lý thuyết hạt ánh sáng của
Newton đã lấn át tuyệt đối lý thuyết sóng ánh sáng mà Huygens đề xuất. Do đó
thuyết thuyết hạt ánh sáng được các nhà vật lý trong thời kì này chấp nhận. nhưng
vẫn có một quan ddiemr chóng lại quan điểm ánh sáng là hạt đó là quan điểm cau
nhà toán học Leonhard Euler (1707 – 1783)
Ông cho rằng có sự tương tự hóa giữa ánh sáng và âm thanh “có một
sự hài hòa tương tự giữa các nguyên nhân và các tính chất khác của âm thanh và
ánh sáng, và như vậy lý thuyết âm thanh chắc chắn sẽ làm sáng tỏ rất nhiều lý
thuyết ánh sáng”.
Một trong những điểm tiến bộ trong quan niệm sóng của Euler là ông
cho rằng: mỗi một màu của ánh sáng được đặc trưng bởi một bước sóng nhất
định.
Như vậy, Euler là người đầu tiên gắn kết các khái niệm bước sóng và
tần số với màu sắc.
Thế kỷ XVIII khép lại, quan niệm ánh sáng là sóng vẫn chìm nổi với
chỉ một tiếng nói bảo vệ thuyết sóng của Euler. Tuy chưa đầy đủ nhưng luận điểm
của Euler đã thể hiện sự tiến bộ so với các tiền bối bởi ông đã đưa ra một cách giải
thích chấp nhận được về nguồn gốc các màu sắc mà trước đó cả Newton lẫn
Huygens đều không thể có một cách giải thích đúng đắn.
2.2 Thế kỉ XIX
Trang 9

Nhóm the light

Bước sang thế kỷ XIX, chúng ta sẽ được chứng kiến sự hồi sinh và
phát triển vượt bậc của lý thuyết sóng ánh sáng. Ở nửa đầu thế kỷ này đã diễn ra
một cuộc cách mạng trong lĩnh vực quang học tương tự như cuộc cách mạng của
Copernic và Galilée trước đó gần ba thế kỷ. Hai nhân vật có vai trò to lớn cho
cuộc cách mạng trong quang học là Thomas Young và Augustin Fresnel.
a) Thomas Young (1773 – 1829), người Anh.

Ông đã dự vào thí nghiệm hai khe đã đưa ra định luật đơn giản và tổng
quát của hiện tượng giao thoa.

Trang 10
Nhóm the light

Lý thuyết của Young mặc dù đã giải thích được hiện tượng giao thoa
ánh sáng nhưng đã không không thể giải thích được hiện tượng phân cực ánh
sáng do Malus tìm ra năm 1808. nên không được nhiều người chú ý.
b) Augustin Fresnel (1788 – 1827), người Pháp.

Fresnel đã công nhận bản chất sóng của ánh sáng qua thí nghiệm về
giao thoa mà ông đã tự bố trí (dùng hai gương phẳng đặt lệch nhau một góc gần
bằng 180
o
, thường được gọi là hai gương Fresnel).
Fresnel cũng là người đầu tiên theo trường phái sóng ánh sáng đã giải
thích thành công hiện tượng phân cực ánh sáng đã khiến cho những người bảo vệ
lý thuyết sóng phải rất đau đầu ngay cả Thomas Young. Bởi nếu coi ánh sáng là
sóng giống như âm thanh thì cả hai phải có cùng các hiệu ứng, trong khi không thể
tìm ra hiện tượng phân cực ở sóng âm. Để giải thích hiện tượng này, Fresnel đã

đưa ra một lời giải mang tính cách mạng: mặc dù cả âm thanh và ánh sáng đều có
bản chất sóng, nhưng chúng khác nhau về mặt phẳng dao động.
Những công trình của Young và Fresnel đã giúp cho lý thuyết sóng hồi
sinh và trở nên áp đảo lý thuyết hạt vốn đứng vững bởi uy tín của Newton. Ngoài
ra, những bằng chứng thực nghiệm được thực hiện sau khi hai ông mất đã khẳng
định sự đúng đắn của lý thuyết sóng ánh sáng.
Những thí nghiệm của Young và Fresnel đã chứng tỏ bản chất sóng của
ánh sáng. Đặc biệt, Fresnel đã khẳng định một cách chắc nịch rằng ánh sáng là
sóng ngang. Tuy nhiên để có thể đưa ra được mô hình sóng ánh sáng một cách đầy
đủ, gọn gàng thì chúng ta phải rẽ sang lĩnh vực điện từ gắn liền với tên tuổi của
James Clerk Maxwell (1831 – 1879), nhà vật lý người Anh, ông là người đầu tiên
phát hiện ra “ánh sáng chính là cuộc hôn pối giữa điện và từ”.
c) Maxwell
Ánh sáng: cuộc hôn phối giữa điện và từ:
Trang 11
Nhóm the light


.
Từ 4 phương trình của Maxwell, Maxwell phát hiện ra rằng sóng điện
từ thực chất cũng chính là sóng ánh sáng.
Vào năm 1873, Maxwell đã tính toán chính xác vận tốc truyền sóng
điện từ, đáp số này hoàn toàn trùng khớp với vận tốc ánh sáng.

Trong lịch sử vật lý, Newton đã thống nhất trời và đất qua định luật vạn
vật hấp dẫn thì đến lượt Maxwell đã thống nhất không chỉ điện và từ mà còn cả
quang học, ông được coi là nhà thống nhất vĩ đại thứ hai của vật lý học
Ánh sáng - lưỡng tính sóng hạt
Cho đến đầu thế kỉ XIX, quan niệm ánh sáng là sóng đã thực sự được
xác nhận, đặc biệt là sau kết luận của Maxwell khẳng định ánh sáng là sóng điện

từ với vận tốc là 300.000 km/s.
3. Ánh sáng thế kỷ XX
Trang 12
Nhóm the light

Nhưng đến đầu thế kỷ XX thì các hiện tượng của Hiệu ứng quang điện
không thể gải thích được khi ta xem ánh sáng là sóng. Từ đó Eintein lại khẳng
định lại ánh sáng là các “hạt” hay các lượng tử năng lượng xác định. Năng lượng
này không thể tùy tiện lấy bất kì, mà đúng bằng một bội số của tần số. Einstein đã
khai triển thuyết lượng tử của Plank và đưa ra thuyết photon, cho rằng năng lượng
ánh sáng tập trung trong những hạt nhỏ gọi là photon hay quang tử.
Tuy nhiên ta có thể thấy quan niệm “hạt ánh sáng” do Einstein đưa ra là
khác với quan niệm trước đây của Newton, đó không phải là những hạt cơ học đơn
giản như quan niệm của Newton mà có những thuộc tính riêng của nó. Nhờ vào
giả thuyết về lượng tử ánh sáng này Einstein đã hoàn toàn giải thích được 3 thí
nghiệm của mình về hiệu ứng quang điện. Chính “Hiệu ứng quang điện” này là
công trình đã mang đến cho Einstein giải thưởng Nobel chứ không phải là
“Thuyết tương đối hẹp” như nhiều người vẫn thường lầm tưởng.
Sau đó hơn 10 năm, trong thập niên 1920, lí thuyết của Einstein về tính
chất hạt của ánh sáng một lần nữa được củng cố bởi các thí nghiệm của nhà vật lí
người Mĩ Arthur H.Compton, người chứng minh được photon có xung lượng, một
yêu cầu cần thiết để củng cố lí thuyết vật chất và năng lượng có thể hoán đổi cho
nhau, hiệu ứng đó sau này được gọi là hiệu ứng Compton. Đó là hiện tượng xảy ra
khi Compton nghiên cứu sự khuếch tán (hay tán xạ) tia X bởi graphit (than chì).
Trong thí nghiệm của mình, ông nhận thấy khi cho một chùm tia X có độ dài sóng
l đi qua một khối graphit, chùm tia bị khuếch tán. Khi khảo sát chùm tia khuếch
tán ở một góc khuếch tán j nhờ máy quang phổ, người ta thấy ngoài vạch ứng với
độ dài sóng l còn một vách ứng với độ dài sóng l’ lớn hơn l. Compton đã giải thích
hiện tượng này bằng sự va chạm giữa photon với electron của chất khuếch tán,
trong đó ông photon như một hạt có tính cơ học. Nếu thừa nhận ánh sáng có bản

chất sóng thì Compton sẽ không thể giải thích được hiện tượng đã xảy ra, chỉ khi
chấp nhận ánh sáng có bản chất hạt, và sử dụng thuyết photon của Einstein thì ông
mới có thể giải thích được trọn vẹn hiện tượng.
Như vậy, cho đến đầu thế kỉ thứ 20 tồn tại một câu hỏi đặt ra cho các
nhà khoa học: bản chất của ánh sáng là sóng hay hạt. Trước khi hiện tượng
quang điện xuất hiện con người có thể dễ dàng tin chắc rằng ánh sáng là sóng
điện từ với các hiện tượng liên quan đến sự truyền của ánh sáng như giao thoa,
nhiễu xạ,…Tuy nhiên cho đến đầu thế kỉ 20, với lí thuyết sóng ánh sáng con người
sẽ không thể lí giải được cho các hiện tượng về sự tương tác giữa ánh sáng và vật
chất như hiệu ứng quang điện, hiệu ứng Compton… Để có được đáp án cho
những hiện tượng này, con người sẽ phải chấp nhận quan điểm hạt photon của
Einstein. Vậy ánh sáng thực chất là sóng hay hạt?
Cùng khoảng thời gian nghiên cứu của Compton, một nhà khoa học
người Pháp Louis Victor-de Broglie cho rằng tất cả vật chất và bức xạ đều có
Trang 13
Nhóm the light

những tính chất vừa giống sóng vừa giống hạt. Dưới sự chỉ dẫn của Max Planck,
De Broglie đã ngoại suy công thức nổi tiếng của Einstein liên hệ khối lượng với
năng lượng chứa luôn hằng số Planck:
E = mc
2
= hf
Trong đó :E là năng lượng của hạt, m là khối lượng, c là vận tốc ánh
sáng, h là hằng số Planck, và f là tần số.
Công trình của De Broglie, liên hệ tần số của một sóng với năng lượng
và khối lượng của một hạt, mang tính cơ sở trong sự phát triển của một lĩnh vực
mới cuối cùng sẽ dùng để giải thích bản chất vừa giống sóng vừa giống hạt của
ánh sáng. Đó chính là ngành cơ học lượng tử.
Qua đó ta thấy, vấn đề đặt ra ở thế kỉ 20 khi tìm hiểu về ánh sáng không

phải là sự tranh chấp giữa hai quan điểm để xác định quan điểm nào đúng mà lại là
sự thống nhất chúng lại trong một lí thuyết mới. Ngày nay chúng ta công nhận ánh
sáng có lưỡng tính sóng – hạt. Hai tính chất này cùng tồn tại trong một thể thống
nhất là ánh sáng và tùy điều kiện của hiện tượng khảo sát, bản chất này hay bản
chất kia của ánh sáng được hiện ra. Ta có thể coi” sóng và hạt là hai tính phụ nhau
của ánh sáng. Giữa hai mặt sóng và hạt của ánh sáng có những liên hệ, có tính
thống nhất, chứ không hoàn toàn là hai mặt độc lập với nhau. Cho đến đầu thế kỉ
20, việc thừa nhận sự kết hợp hai bản chất sóng và hạt đã giúp con người hiểu
được một cách bao quát các đặc tính của ánh sáng. Ánh sáng không là sóng và
cũng chẳng là hạt, nói ánh sáng là lưỡng tính sóng – hạt thực chất các nhà khoa
học muốn đề cập đến ánh sáng như một đối tượng mới trong vật lí học mà bản
chất của nó vừa giống sóng vừa giống hạt. Quan điểm này đã thực sự khép lại
những cuộc tranh luận về bản chất ánh sáng là sóng hay hạt. Nhiệm vụ của vật lí
học về ánh sáng là tìm hiểu về cái bản chất vô cùng đặc biệt này, và hơn thế nữa,
đối tượng “lưỡng tính sóng-hạt” không chỉ tồn tại ở ánh sáng mà còn được suy
rộng ra cho các hạt vật chất, như ta đã biết trong lí thuyết của De Broglie.
II. Tốc độ ánh sáng
1. tốc độ của ánh sang:

Tốc độ ánh sáng (hay đôi khi được gọi là vận
tốc ánh sáng) là độ lớn vô hướng của vận tốc lan truyền
của ánh sáng. Trong chân không, các thí nghiệm đã chứng
tỏ ánh sáng đi với tốc độ không thay đổi, thường được ký
hiệu là c = 299 792 458 m/s (xấp xỉ 300 nghìn km/s)
Trang 14
1
2
0 0
1
c

ε µ
 
=
 ÷
 
0
ε
Nhóm the light

:là hằng số điện

:là độ từ thẩm chân khơng những hằng số trên khơng phụ thuộc vào hệ
quy chiếu
2. Lịch sử thí nghiệm đo tốc độ ánh sáng

Tốc độ ánh sáng được biết đến như là một hằng số cơ bản
rất chính xác, đặc biệt quan trọng trong các lónh vực tính toán khoa học.
Từ xưa các nhà khoa học đã có rất nhiều tranh cãi về tính vô hạn hay
hữu hạn của ánh sáng.
Khoảng những năm 1600, các nhà khoa học đã bắt đầu tiến
hành các cuộc thí nghiệm để xác đònh tốc độ của ánh sáng.
2.1. Thí nghiệm đầu tiên đo về vận tốc ánh sáng là thí nghiệm đèn lồng của
Galileo 1667
C = 333.5 km/s
Galileo là người đầu tiên tiến hành thí nghiệm.Ơng tiến hành thí
nghiệm như sau: “Ơng và người trợ lý mỗi người cầm một cái đèn, đứng trên đỉnh
đồi cách nhau một dặm. Galileo bật đèn, và người trợ lý được dặn là sẽ bật đèn của
anh ngay sau khi thấy ánh sáng từ đèn của Galileo. Galileo muốn đo xem mất bao
lâu ơng ta mới thấy ánh đèn từ bên kia đồi” nhưng kết quả chưa chính xác do dụng
cụ thí nghiệm q đơn giản.

2.2. Thí nghiệm của Roemer 1676
Năm 1676, nhà thiên văn học người Đan
Mạch là Roemer đã đưa ra phép đo có giá trò đầu tiên
mặc dù kết quả vẫn chưa chính xác.Bằng cách quan
sát vệ tinh IO của sao Mộc và tính toán thời gian giữa
Trang 15
0
µ
Nhóm the light

2 lần liên tiếp vệ tinh IO đi vào vùng tối của sao Mộc, Roemer đã đưa
ra công thức tính vận tốc ánh sáng:
d: đường kính quỹ đạo Trái Đất Ole
Roemer
rt: thời gian sai biệt khi Trái Đất ở gần và xa sao Mộc nhất
C = 222.000 km/s
2.3. Các thí nghiệm của Fizeau
a) Thí nghiệm đóa răng cưa
năm 1849.
nh sáng xuất
phát từ 1 nguồn, sau đó
được phản chiếu trên 1
gương nửa trong suốt truyền
tới đóa răng cưa. Fizeau xoay
đóa răng cưa với tốc độ
tăng dần. nh sáng sẽ lọt
qua các khe, phản chiếu trên 1 gương rồi tới mắt của người quan sát.
Trang 16
2 2
M B M A d

c
t t
−
= =
∆ ∆
Nhóm the light

Khi tới 1 tốc độ quay nào đó của đóa thì ánh sáng không còn truyền
tới mắt người quan sát nữa. Từ đó, Fizeau đã đưa ra công thức:
D: khoảng cách giữa 2 trạm
n: số vòng quay của đóa trong 1 giây khi mắt nhìn thấy ánh sáng tắt
P: số răng của đóa
b. Thí nghiệm nước năm 1851
nh sáng xuất phát từ nguồn S,
sau đó phản chiếu trên các gương. Các
gương này sẽ hướng ánh sáng theo 2 hướng
ngược nhau xuyên qua dòng nước đang
chuyển động. Sau khi 2 chùm ánh sáng này
gặp nhau sẽ tạo ra giao thoa. Từ đó, Fizeau
đã đề xuất công thức tính vận tốc ánh
sáng như sau:
n: chiết suất của nước
v: vận tốc của nước
: hệ số kéo sóng ánh
sáng
Như vậy với c/n là vận tốc của ánh sáng trong nước đứng
yên(n là chiết suất của nước) thì trong trườnghợp nước chuyển động
theo chiều như hình vẽ, vận tốc trong 2 nhánh T1, T2 là c/n±v. thời gian
để ánhsáng đi qua 2 nhánh T1, T2 lần lượt là 1/(c/n ± v), với l là chiều
dài chung của T1, T2

Trang 17
2
4
D
c DnP
θ
= =
2
1
1
c
c v
n n
 
= ± −
 ÷
 
2
1
1k
n
 
= −
 ÷
 
Nhóm the light

Gọi là hệ số kéo sóng ánh sáng trong môi trường chuyển động
2.4. Thí nghiệm gương quay của Foucault 1862
Đã đo được tốc độ ánh sáng bằng phương pháp gương

quay.Leon Foucault
Nguồn sáng từ S tới gương M đang
đứng yên hoặc đang quay với vận tốc nhỏ thì
nó sẽ phản chiếu xuống gương cầu. nh sáng
qua gương cầu sẽ phản chiếu ngược lại và cho
ảnh là s qua kính ngắm vi cấp. Nếu gương M
quay với vận tốc lớn thì ảnh phản chiếu cuối
cùng là s’ qua kính ngắm vi cấp
Trang 18
Nhóm the light


C = 298.000 ±500 km/s
.d (d là khoảng cách từ
nguồn sáng S tới gương
quay)
Vậy (N là
số vòng quay mỗi giây của gương)
Trang 19
8 ND
c
π
β
=
β
2D
c
θ
=
2 4 N

β α π θ
= =
Nhóm the light

2.5. Thí nghiệm của Michelson
Thí nghiệm Michelson-Morley được mô tả như hình vẽ. nh
sáng đơn sắc đồng pha đi vào môt tấm gương bán mạ A, rồi được chia
làm 2 phần giống nhau. Môt phần của tia sáng đi
Trang 20
Nhóm the light

vào tấm gương phẳng B, cách A một khoảng l1, và phản
chiếu lại. Một phần khác của ánh sáng đi vào tấm gương phẳng C,
cách A một khoảng l2, và cũng được phản chiếu lại. Hai tia phản chiếu
này sau khi quay lại A sẽ được phản xạ một phần tới máy thu D. Tại D,
C = 299.910 ± 4 km/s, hai tia này giao thoa với nhau tạo thành vân giao thoa.
Bằng việc đếm các vân giao thoa, suy ra chênh lệch đường đi của hai tia
sáng và tính ra được tốc độ của ánh sáng
2.6. Giao thoa kế của Michelson và Pease
Năm 1930, Michelson cộng tác với Pease và Pearson đã tiến
hành thí nghiệm đo vận tốc ánh sáng. Để thực hiện thí nghiệm này,
ông dùng 1 ống dài 1600m và hút không khí trong ống ra (áp suất 0.5
mmHg).
nh sáng xuất phát từ nguồn S, sau khi đi qua gương sẽ phản
chiếu đến lăng kính P, tới các gương M1, M2, M3. Lần phản xạ cuối
cùng sẽ ló ra khỏi ống chân không tới kính ngắm.
Thí nghiệm được tiến hành từ năm 1930 đến khi Michelson mất
(khoảng giữa năm 1931). Pease và Pearson tiếp tục công việc đến năm
1933 mới hoàn thành.
2.7. Giao thoa kế vô tuyến của Froome 1951

Trang 21
Nhóm the light

Froome phát ra bức xạ có tần số 72 GHz và chuyển nó qua giao thoa
kế.
Bức xạ được tách thành 2 chùm tia
được dẫn qua 2 ống dẫn sáng giống
nhau và đi đến 2 máy thu.
Máy thu thay đổi vò trí làm đổi hướng
đi của 2 chùm tia và dẫn đến sự giao
thoa trong ống dẫn.
N: là số lần giao thoa tối thiểu
A: là hằng số
z la ø độ dòch chuyển của
máy thu
2.8. Thí nghiệm bằng laze 1983
• Để tính toán vận tốc của ánh sáng sau nhiều cuộc tranh
cãi và thí nghiệm. Năm 1969, khi tàu Apollo 11 đáp xuống Mặt Trăng,
các nhà du hành vũ trụ đã đặt trên Mặt Trăng tại một điểm cố đònh
là một vách đá một chiếc gương phẳng hướng về Trái Đất. Sau đó,
từ Trái Đất, các nhà khoa học đã chiếu một chùm tia laser lên Mặt
Trăng ngay vào chiếc gương và ghi nhận thời điểm chùm tia laser phản
xạ ngược về Trái Đất. Họ ghi nhận chu kì phát-phản xạ Trái Đất-Mặt
Trăng-Trái Đất.
Sau nhiều lần thí nghiệm phát-thu vào năm 1983, các nhà khoa
học đều nhận được một chu kì phát-thu chùm tia laser ứng với chu kì
thời gian phát-nhận là như nhau: khoảng 384.400 km, từ đó họ đã tính
được tốc độ ánh sáng tương đương tốc độ ánh sáng lý thuyết đã được
nêu ra bởi các nhà bác học như Albert Einstein… là 299.792,458 km/s
trong điều kiện chân không.

•
Trang 22
1 2
. 1 1
2
N
c z A
z z
λ
 
= = ∆ + −
 ÷
 
1 2
z z−
Nhóm the light

•
•
•
Trang 23
Nhóm the light

III. Ánh sáng và cuộc sống con người
1. Mặt Trời là nguồn năng lượng khổng lồ
Loài người luôn luôn lệ thuộc vào năng
lượng từ ánh sáng Mặt Trời cả trực tiếp dùng
cho sưởi ấm, hong khô quần áo, nấu nướng,
và gián tiếp mang lại thực phẩm, nước và cả
không khí. Kiến thức của chúng ta về giá trị

của các tia sáng Mặt Trời suy đi nghĩ lại quẩn
quanh theo kiểu mà chúng ta thu lợi từ nguồn
năng lượng đó, nhưng có những liên hệ còn
cơ bản hơn nhiều xuất phát từ mối liên quan
giữa ánh sáng và năng lượng. Dù cho loài
người có nghĩ ra được những cơ chế tài tình để khai thác năng lượng Mặt Trời hay
không thì hành tinh của chúng ta và môi trường luôn luôn biến đổi chứa trong nó
vốn bị chi phối bởi năng lượng của ánh sáng Mặt Trời.
Biểu tượng thần Mặt Trời thời Cổ đại
Chúng ta đều biết rằng nếu như Mặt Trời không mọc, thì thời tiết của
chúng ta sẽ chuyển sang mùa đông lạnh lẽo mãi mãi, ao hồ và sông suối sẽ đóng
băng khắp nơi, và thực vật và động vật sẽ nhanh chóng bị diệt vong. Các động cơ
sẽ không hoạt động được, và chúng ta không có cách nào để chuyên chở thực
phẩm hoặc nhiên liệu, hoặc để phát ra điện. Với chất đốt hạn chế để tạo ra lửa, loài
người sẽ sớm không còn nguồn thắp sáng hoặc nguồn cấp nhiệt. Tuy nhiên, với sự
hiểu biết hiện nay của chúng ta về hệ Mặt Trời, chúng ta có thể khá chắc chắn rằng
Trang 24
Nhóm the light

Mặt Trời sẽ mọc lên vào ngày mai, như trước nay nó vẫn mọc kể từ khi Trái Đất
lần đầu tiên cô đặc lại từ một đám mây khí của các mảnh vụn vũ trụ. Trong quá
khứ chưa lâu lắm, loài người không chắc chắn lắm về điều này. Họ không thể giải
thích đưcợ tại sao Mặt Trời lại chuyển động ngang qua bầu trời, họ cũng không
biết cách thức nó tạo ra ánh sáng khác biệt giữa ngày và đêm. Nhiều nền văn minh
đã ghi nhận tầm quan trọng của Mặt Trời, tôn thờ ngôi sao gần chúng ta nhất này
làm thần thánh (xem hình 1) với niềm hi vọng là nó sẽ không biến mất.
2. Cung cấp năng lượng cho sự sống
Hướng sáng để phát triển
Cấu trúc của tế bào lạp lục
Ngoài ra ,lợi dụng nguồn năng lượng khổng lồ từ ánh sáng người ta

chế tạo ra các máy móc sử dụng năng lượng mặt trời :pin mặt trời ,thái dương
năng ….
Trang 25