Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng docx

Lưỡng tính sóng-hạt của ánh
sáng
Bản chất đích thực của ánh sáng khả kiến là một bí ẩn làm
lúng túng loài người trong nhiều thế kỉ. Các nhà khoa học
Hy Lạp thuộc trường phái Pythagore cổ đại cho rằng mỗi
một vật khả kiến phát ra một dòng hạt đều đặn, còn
Aristotle kết luận rằng ánh sáng truyền đi theo kiểu giống
như sóng trên đại dương. Mặc dù những ý tưởng này đã
trải qua hàng loạt cải tiến và thu được tiến bộ đáng kể
trong thế kỉ 20 vừa qua, nhưng điều cốt lõi của cuộc tranh
luận do các nhà triết học Hy Lạp đặt ra vẫn kéo dài cho
tới ngày nay.


Một quan điểm nhìn nhận ánh sáng giống như sóng trong
tự nhiên, chúng tạo ra năng lượng và truyền trong không
gian theo kiểu tương tự như các gợn sóng lan dần ra trên
bề mặt của một ao nước phẳng lặng sau khi bị một hòn đá
rơi xuống làm nhiễu động. Quan điểm đối lập cho rằng
ánh sáng gồm dòng các hạt đều đặn, rất giống với những
giọt nước nhỏ xíu phun ra từ một vòi tưới vườn. Trong vài
thế kỉ qua, mỗi quan điểm chỉ được nhất trí trong một
khoảng thời gian nào đó, rồi lại bị lật đổ bởi bằng chứng
cho quan điểm kia. Chỉ trong thập kỉ đầu tiên của thế kỉ
20 cũng là bằng chứng đủ sức thuyết phục mang tới câu
trả lời toàn diện, và trước sự ngạc nhiên của nhiều người,
hóa ra cả hai lí thuyết đều chính xác, ít nhất là trong từng
bộ phận.
Vào đầu thế kỉ 19, chủ đề về bản chất ánh sáng đã đẩy
cộng đồng khoa học tới chỗ chia phe dựng trại chiến đấu
kịch liệt bảo vệ cho giá trị của những lí thuyết ưa chuộng

của họ. Một nhóm nhà khoa học, những người tán thành
thuyết sóng, tập trung bàn luận về những khám phá của
nhà khoa học người Hà Lan Christiaan Huygens. Còn trại
bên kia thì trích dẫn thí nghiệm lăng kính của ngài Isaac
Newton, xem là bằng chứng cho thấy ánh sáng truyền đi
dưới dạng một trận mưa hạt, mỗi hạt đi theo đường thẳng
cho tới khi nó bị khúc xạ, hấp thụ, phản xạ, nhiễu xạ theo
một số kiểu khác. Mặc dù chính Newton hình như cũng
có một số nghi ngờ với thuyết tiểu thể của ông về bản
chất ánh sáng, nhưng uy tín của ông trong cộng đồng
khoa học có sức nặng quá lớn nên những kẻ ủng hộ ông
đã bỏ qua tất cả những bằng chứng khác trong cuộc chiến
đấu khốc liệt của mình.
Lí thuyết khúc xạ ánh sáng của Huygens, dựa trên khái
niệm bản chất giống như sóng của ánh sáng, cho rằng vận
tốc ánh sáng trong một chất bất kì tỉ lệ nghịch với chiết
suất của nó. Nói cách khác, Huygens cho rằng ánh sáng
càng bị bẻ cong, hay khúc xạ, khi đi vào một chất, thì nó
càng chậm khi truyền qua chất đó. Những người ủng hộ
ông kết luận rằng nếu ánh sáng là một dòng hạt, thì sẽ xảy
ra kết quả ngược lại, 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, chứ không giảm xuống. Mặc dù lời hòa giải cho
cuộc cãi vã này là đo vận tốc ánh sáng trong các chất khác
nhau, không khí và thủy tinh chẳng hạn, nhưng trong thời
kì đó, dụng cụ dùng để làm việc này chưa ra đời. Thêm
nữa, ánh sáng hình như chuyển động với cùng một vận
tốc, bất chấp môi trường mà nó đi qua. Phải hơn 150 năm
sau, vận tốc của ánh sáng mới được đo với độ chính xác
cao để chứng minh thuyết Huygens là đúng