Tài liệu: Bản chất lưỡng tính của ánh sáng phản ánh trong các thành tựu Nobel

Lưỡng tính sóng-hạt Một hạt theo quan điểm cổ điển là sự tập trung của năng lượng và những tính chất khác trong không gian và thời gian.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Bản chất lưỡng tính của ánh sáng phản ánh trong các thành tựu Nobel Bản chất lưỡng tính của ánh sáng phản ánh trong các thành tựu Nobel Lưỡng tính sóng-hạt Một hạt theo quan điểm cổ điển là sự tập trung của năng lượng và nhữngtính chất khác trong không gian và thời gian. Câu hỏi không biết ánh sáng là dònghạt (tiểu thể) hay là sóng là một câu hỏi rất xưa cũ. Công thức “hoặc cái này… hoặccái kia…” theo kinh điển là tự nhiên và xa lạ với lời giải tiến bộ “cả…lẫn…”, thậm chí“không cái này… chẳng cái kia…” của ngày nay. Đầu thế kỉ 19, các thí nghiệm đã đềxuất và được thực hiện cho thấy ánh sáng là chuyển động sóng. Nhân vật chủ chốttrong nỗ lực này là Thomas Young, một trong những nhà khoa học thông minh vàkhéo léo nhất từ trước đến nay, người đã nghiên cứu sự nhiễu xạ và giao thoa củaánh sáng ngay vào năm 1803 với kết quả cho sự ủng hộ mạnh mẽ cho lí thuyếtsóng của Christian Huygens phản đối thuyết hạt hay thuyết tiểu thể của IsaacNewton. Những đóng góp khác đã được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu khác,trong số họ là Augustin Jean Fresnel, người chỉ ra rằng ánh sáng là sóng ngang. Lí thuyết ánh sáng của Newton có vẻ thích hợp để giải thích sự đổ thẳnghàng của bóng đổ sắc nét của các vật đặt trong chùm tia sáng. Nhưng thuyết sóngcần thiết để giải thích sự giao thoa, trong đó cường độ sáng có thể tăng cường nhauở một số nơi và triệt tiêu nhau ở những nơi khác phía sau màn chắn có một khehoặc vài khe. Thuyết sóng cũng có thể giải thích thực tế rìa của bóng đổ không khásắc nét. Lí thuyết toán học của điện từ học do James Clerk Maxwell thiết lập vào năm1864 đưa đến quan điểm cho rằng ánh sáng có bản chất điện từ, truyền đi dướidạng sóng từ nguồn đến nơi nhận. Heinrich Hertz đã phát hiện bằng thực nghiệmsự tồn tại của sóng điện từ ở tần số vô tuyến vào những năm 1880. Maxwell quađời năm 1879 và Hertz qua đời lúc chỉ mới 37 tuổi vào năm 1894, hai năm trướckhi Alfred Nobel tạ thế. Thí nghiệm của Thomas Young với hai khe hẹp chặn giữa nguồn sáng (ở đây là laser ) và máy dò (ở đây là màn chắn). Sóng đi ra từ khe này chồng lên sóng đi ra từ khe kia, tạo rahình ảnh giao thoa quan sát thấy với các vạch sáng và vạch tối xen kẽ trên màn hình. Vào cuối thế kỉ 19, cũng là khoảng thời gian giải Nobel được đặt ra, bản chấtsóng của ánh sáng dường như đã được thiết lập dứt khoát. Như thế, nghiên cứu cótính quyết định về bản chất sóng của ánh sáng đã đến quá sớm để xem xét trao giảiNobel. Tuy nhiên, có một ngoại lệ - đó là trường hợp tia X. Những khám phá liên quan đến bản chất hạt của ánh sáng thuộc về thế kỉcủa chúng ta và từ đó người ta mong đợi giải thưởng Nobel trao cho những thànhtựu như thế. Điều này hầu như đúng – nhưng tài liệu Nobel cho thấy nhiều câuchuyện phức tạp như sẽ được hé mở sau đây. Giải thưởng Nobel cho tia X Việc khám phá ra tia X bởi Wilhelm Conrad Röntgen vào năm 1895 được ghinhận bởi giải thưởng Nobel Vật lí đầu tiên năm 1901. Röntgen đã chỉ ra trong sốnhiều thứ khác rằng tia X giống như ánh sáng, truyền đi theo đường thẳng, nhưngtrái với ánh sáng nó có thể đâm xuyên sâu qua vật chất. Röntgen đã thấy trước tầmquan trọng đối với y khoa của phát hiện của ông. Khám phá này có quá nhiều hệ quả quan trọng nên nó đáp ứng tốt quy địnhtrong di chúc của Alfred Nobel là “mang lại lợi ích lớn nhất cho nhân loại”. Sau năm1912 khi Max von Laue, người nhận giải Nobel vật lí năm 1914, đề xuất và quan sátthấy sự khúc xạ của tia X thì bức tranh sóng đã nhận được sự chấp nhận rộng rãi. Khoảng cách tương tác trong tinh thể phù hợp khá tốt với bước sóng của tiaX. von Laue đã đi đến lí thuyết cho sự nhiễu xạ trong cách tử ba chiều và đưa ranhững tiên đoán, chúng đã được xác nhận bằng các thí nghiệm của W. Friedrich vàP. Knipping. Bản chất của bức xạ mới, do Röntgen phát hiện vào năm 1895, không đượcbiết rõ ràng vào năm 1901 khi ông được trao giải Nobel. Ban đầu, tính chất duynhất được tìm thấy phù hợp với ánh sáng là sự truyền đi theo đường thẳng. Đếnnăm 1910, xảy ra một cuộc tranh luận ồn ào giữa Barkla và Bragg; một người bảovệ ý kiến cho rằng tia X là sóng giống như ánh sáng, còn người kia thì cho rằngchúng bao gồm dòng các hạt nhỏ. Bài thuyết trình Nobel của Arthur H. Compton đã lấy tựa đề là “Tia X là mộtngành Quang học”. Nó mở đầu “Một trong những mặt quyến rũ nhất của nghiêncứu vật lí trong thời gian gần đây là sự mở rộng dần của các định luật quen thuộccủa quang học sang các tần số rất cao của tia X, cho tới nay khó khăn lắm mới cómột hiện tượng trong địa hạt ánh sáng không tìm thấy trong địa hạt tia X. Sự phảnxạ, khúc xạ, tán xạ khuếch tán, phân cực, nhiễu xạ, phổ phát xạ và phổ hấp thụ, hiệuứng quang điện, tất cả các đặc trưng cơ bản này của ánh sáng cũng đã được tìmthấy là đặ ...