Ánh sáng dạng hạt hay dạng sóng?
Với những ai quan tâm đến vật lý học, đây là câu hỏi không dễ, nhưng sau rất nhiều thời gian, giờ đây chúng ta đã có câu trả lời.
Phát ra từ những ngôi sao xa nhất trên bầu trời cho đến màn hình trước mắt bạn, ánh sáng ở khắp mọi nơi. Nhưng bản chất chính xác của ánh sáng và cách nó truyền đi từ lâu đã khiến các nhà khoa học băn khoăn. Từ Isaac Newton đến Albert Einstein đều đã từng đặt câu hỏi ánh sáng là sóng hay là hạt.
Nhà vật lý học Riccardo Sapienza ở Trường Đại học Hoàng gia London, Anh, nói rằng đây là một câu hỏi đã xuất hiện từ lâu, đặc biệt là trong giới khoa học vào thế kỷ XIX.
Ngày nay, câu trả lời rõ ràng là: ánh sáng vừa là hạt vừa là sóng. Nhưng làm thế nào các nhà khoa học đưa ra kết luận khó hiểu này?
Hình minh họa ánh sáng với màu sắc rực rỡ. Câu hỏi "ánh sáng là hạt hay là sóng?" đã khiến các nhà khoa học đau đầu trong nhiều thế kỷ (Ảnh: DrPixel/Getty Images).
Điều cần làm rõ đầu tiên là phân biệt một cách khoa học giữa sóng và hạt. Nhà vật lý học Sapienza nói rằng "bạn sẽ mô tả một vật là một hạt nếu bạn có thể xác định nó là một điểm trong không gian. Sóng là một vật mà bạn không định nghĩa là một điểm trong không gian mà cần đưa ra tần số dao động và khoảng cách giữa mức tối đa và tối thiểu của sóng."
Năm 1801 là năm chúng ta có bằng chứng thuyết phục đầu tiên về bản chất sóng của ánh sáng. Khi đó, nhà khoa học Thomas Young tiến hành thí nghiệm khe đôi nổi tiếng của ông. Ông đặt một tấm màn có 2 lỗ trước một nguồn sáng và quan sát ánh sáng sau khi nó đi qua các khe. Ánh sáng chiếu vào tường cho thấy một mô hình phức tạp gồm các dải sáng và tối, được gọi là các vân giao thoa.
Khi các sóng ánh sáng đi qua từng lỗ, chúng tạo nên các sóng từng phần tỏa ra hình cầu, giao thoa với nhau và bổ sung hoặc loại trừ để đạt cường độ cuối cùng.
Nếu ánh sáng là một hạt, bạn sẽ có hai chùm ánh sáng ở phía bên kia tấm màn. Nhưng chúng ta thấy có sự giao thoa và ánh sáng ở khắp mọi nơi sau tấm màn chứ không chỉ ở vị trí các lỗ. Đó là bằng chứng cho thấy ánh sáng là sóng.
80 năm sau, nhà khoa học Heinrich Hertz trở thành người đầu tiên chứng minh được bản chất hạt của ánh sáng. Ông nhận thấy rằng khi ánh sáng cực tím chiếu vào bề mặt kim loại, nó sẽ tạo ra điện tích, một hiện tượng gọi là hiệu ứng quang điện. Tuy nhiên, quan sát này của ông không được hiểu đầy đủ cho đến mãi nhiều năm sau đó.
Nguyên tử chứa các electron ở các mức năng lượng cố định. Việc chiếu ánh sáng vào chúng sẽ cung cấp năng lượng cho các electron và làm chúng thoát ra khỏi nguyên tử. Ánh sáng càng mạnh thì các electron càng giải phóng nhanh hơn. Nhưng trong các thí nghiệm tiếp theo nghiên cứu của Hertz, một số kết quả có vẻ như hoàn toàn mâu thuẫn với cách hiểu cổ điển này về vật lý.
Cuối cùng, phải đến lượt Einstein mới giải được câu đố này và nhờ đó ông đã được trao giải Nobel vào năm 1921. Thay vì hấp thụ ánh sáng liên tục từ một sóng, các nguyên tử nhận năng lượng trong các gói ánh sáng gọi là photon, điều này giải thích cho những quan sát tưởng như kỳ lạ, chẳng hạn như sự tồn tại của một tần số ngưỡng.
Ánh sáng hoạt động theo dạng hạt và sóng đồng thời cùng lúc. (Ảnh: Livescience)
Nhưng điều gì quyết định ánh sáng hành xử như sóng hay như hạt? Theo nhà vật lý học Sapienza, câu hỏi này không nên đặt ra. Ông nói rằng ánh sáng không phải có lúc là hạt, có lúc là sóng, mà "nó luôn luôn là hạt và sóng". "Chỉ là chúng ta nhấn mạnh một trong hai thuộc tính đó tùy vào thí nghiệm mà chúng ta thực hiện".
Trong cuộc sống hàng ngày, chủ yếu chúng ta cảm nhận ánh sáng dưới dạng sóng và đây cũng là dạng mà các nhà vật lý học thấy hữu ích nhất khi áp dụng.
Theo các nhà khoa học, bằng cách định hình một vật liệu có các đặc điểm giống như ánh sáng, chúng ta có thể tăng cường sự tương tác của ánh sáng với vật liệu và kiểm soát các sóng. Ví dụ, chúng ta có thể chế tạo các chất hấp thụ năng lượng mặt trời có khả năng hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn trong sản xuất năng lượng hoặc chế tạo đầu dò cộng hưởng từ (MRI) hiệu quả hơn rất nhiều.
Những đặc quyền không thể tin nổi khi bạn là... nữ hoàng Anh
Nữ hoàng Elizabeth II của Anh vốn nổi tiếng là một người khiêm tốn, giản dị và lịch thiệp, một phần cũng vì bà chưa bao giờ lạm quyền để vi phạm luật pháp của nước nhà.
5 truyền thuyết bí ẩn về Vạn Lý Trường Thành
Vạn Lý Trường Thành được coi là công trình biểu tượng của quốc gia và văn hóa Trung Quốc. Nhiều câu chuyện và truyền thuyết thú vị về công trình này đã hình thành trong quá trình xây dựng và được truyền lại qua nhiều triều đại. Chính những truyền thuyết này đã thu hút nhiều du khách tới thăm quan tường thành dài nhất thế giới.
Tìm hiểu quá trình xác chết phân hủy dưới nước
Chúng ta đều biết rằng, cái chết thường được định nghĩa là sự chấm dứt các hoạt động của một sinh vật sống, hoặc ngừng vĩnh viễn mọi hoạt động sống của một cơ thể.
Khi trồng cây có phải bỏ lớp vỏ bầu bọc đất không?
Cơn mưa dông cực lớn bất ngờ đổ ập xuống Hà Nội chiều ngày 13/6 đã khiến nhiều cây xanh đổ trên các tuyến phố. Sau cơn dông, người ta thấy bầu đất của những cây trồng bị "hạ gục" trước gió này vẫn còn nguyên bọc ở ngoài.
Tìm ra bí mật đằng sau "hội chứng sợ lỗ"
Hội chứng sợ lỗ kỳ quặc khiến 15% dân số thế giới mắc phải nay đã có thêm manh mối giải đáp.
Kỹ năng an toàn khi xảy ra giông bão
Khi trời tối sầm, có chớp hay gió mạnh, hãy ngừng các hoạt động. Nếu bạn đang ở ngoài, tránh khu vực đất cao, đồi trống, nước chảy hay vũng nước nhỏ, cây cao riêng lẻ và vật dẫn điện như hàng rào kim loại.
