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

Dựa trên thuyết lượng tử và động học tương đối tính, Compton đã tính được độ lệch bước sóng như mong đợi theo lí thuyết này bằng định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn động lượng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu tham khảo: 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 Dựa trên thuyết lượng tử và động học tương đối tính, Compton đã tính đượcđộ lệch bước sóng như mong đợi theo lí thuyết này bằng định luật bảo toàn nănglượng và định luật bảo toàn động lượng. Compton sử dụng một quang phổ kế tia Xcho những phép đo chính xác bước sóng của bức xạ tán xạ, chúng gồm hai thànhphần - một bị lệch và một không bị lệch. Thành phần bị lệch là do sự tán xạ đối vớicác electron tự do hay gần như tự do, sao cho chúng có thể nảy trở lại, từ đó đưađến động lượng và lượng năng lượng có thể xác định, còn thành phần không bịlệch là do sự tán xạ đối với các electron liên kết, trong trường hợp mà toàn bộnguyên tử hay thậm chí toàn tinh thể nhận thêm xung lượng nhưng chỉ có lượngnăng lượng không đáng kể. Việc hiểu được làm thế nào Compton sử dụng một quang phổ kế như thế làdựa trên thuyết sóng của tia X. Bằng cách này, ông tìm thấy tia X tán xạ như các hạt.Thực tế này minh họa rõ ràng cho bản chất lưỡng tính của ánh sáng. Compton nhận giải Nobel vật lí năm 1927, nhận chung với C.T.R. Wilson chophương pháp buồng mây của ông, với nó Wilson đã nhìn thấy các electron nảy trởlại từ chùm tia X, nhờ đó mang lại sự ủng hộ mạnh mẽ cho căn cứ của quá trìnhCompton. Cuối cùng thì Viện hàn lâm có trao giải cho khám phá ra bản chất hạt của ánhsáng không ? Câu trả lời là không. Trong báo cáo thẩm định, người ta thấy một câu nói rằng lí thuyết củaCompton lí thuyết của Compton ngày nay phải xem là đã lỗi thời theo quan điểmcủa những lí thuyết mới nhất. Như vậy, bức tranh hạt không được chấp nhận. Vị thế của Ủy ban Nobel là có thể hiểu được, vì vào lúc trao giải Nobel choCompton không có lí thuyết nào tốt cho vi phân tiết diện dựa trên khái niệmphoton. Những lí thuyết như thế vẫn thuộc về tương lai. Nhưng có những lí thuyếtxây dựng trên bức tranh sóng, xem electron lẫn bức xạ tia X là sóng, cũng mang lạisự lệch bước sóng chính xác. Hiệu ứng Compton đã được Ủy ban Nobel thẩm định ngay trong năm 1925và 1926 nhưng thấy lí thuyết đó rất không vừa ý. Tuy nhiên, vào năm 1927, điềuđó đã thay đổi. Sự thẩm định mới được thực hiện bởi Carl Wilhelm Oseen, giáo sưCơ học và Vật lí toán tại Đại học Uppsala. Ông đã tiến hành một nghiên cứu triệt đểcho Ủy ban. Ông bắt đầu bằng việc nhắc lại những hứng thú lớn mà khám phá củaCompton vào năm 1922 đã ăn khớp, phần nhiều là vì lí thuyết do chính Comptonnêu ra. Ông viết (dịch từ tiếng Thụy Điển sang) “không có gì ngạc nhiên trước sựphù hợp của lí thuyết này với quan sát được truyền cảm hứng với những đại diệnkém quan trọng hơn cho vật lí lí thuyết quan niệm rằng cuộc đấu tranh dai dẳnggiữa thuyết sóng và thuyết hạt sắp đi đến hồi kết thúc của nó. Phát hiện củaCompton là thứ các nhà khoa học này xem là bằng chứng có tính quyết định cho sựthật của thuyết tiểu thể. Nếu như những điều trông đợi này đơm hoa kết trái, thìkhám phá của Compton chắc chắn đã đánh dấu một bước ngoặc trong sự pháttriển của toàn bộ lí thuyết bức xạ”. Oseen đi đến cho rằng điều này không hẳn nhưthế. Quan điểm của ông là hiệu ứng mới, do Compton phát hiện, tuy thế nhưng rấtquan trọng. Oseen mô tả làm thế nào lí thuyết Bohr đã phá sản vào năm 1925 và rằnghiệu ứng Compton không có gì để làm với điều đó. Ông đề cập tới làm thế nào cơhọc ma trận và cơ học sóng đi vào sân khấu mà không có sự kích thích từ hiệu ứngCompton. Lí thuyết xưa nhất cho hiệu ứng Compton được xây dựng bởi Compton,Debye và Woos. Được xây dựng trên lí thuyết lượng tử ánh sáng, “chúng có giá trịđối với nghiên cứu thực nghiệm, nhưng bây giờ phải xem là lỗi thời theo quanđiểm của các lí thuyết mới nhất”. Oseen nhắc tới một vài nghiên cứu mới hơn nhưthế, nhất là nghiên cứu của Gordon và một nghiên cứu gần đó của O. Klein, dựatrên thuyết sóng, xem electron và ánh sáng đều là sóng. Chúng đều đi đến nhữngphương trình giống nhau cho sự bảo toàn năng lượng và động lượng giữa sóng tánxạ và electron phản xạ như ban đầu Compton nhận được giả sử một va chạm haihạt. “Cơ sở cho lí thuyết Compton-Debye như vậy đã được tìm thấy, lần này khôngphải là giả thuyết mà là hệ quả của thuyết nguyên tử”, Oseen kết luận, chứng minhông phê bình người tiền nhiệm của ông là lỗi thời. Hơn nữa, cách xem xét cơ họcsóng này còn mang lại công thức cho cường độ theo góc tán xạ (tức là vi phân tiếtdiện) phù hợp với các phép đo tốt hơn nhiều so với tiên đoán của thuyết sóng cổđiển. Oseen tóm gọn bằng cách nói rằng sự tiến bộ trong 18 tháng vừa qua là độclập với khám phá của Compton và xu hướng tiến bộ mới đã chuyển sang cái ngượclại với điều người ta mong đợi sau phát hiện của Compton. Lí thuyết mới là líthuyết sóng ở mức độ cao hơn bất kì lí thuyết nào trước đó. Sử dụng lí thuyết mớiđó, người ta có thể đi tới một giải thích địn ...