Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần III

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

III. Bản chất của ánh sáng.

Như phần trên đây đã trình bày, sự di chuyển của ánh sáng là sự di chuyển của sóng và điều này thể hiện tính sóng của ánh sáng. Sóng ánh sáng mang theo năng lượng. Mặt khác, với tính chất di chuyển với tốc độ là một hằng số cho thấy không có hạt ánh sáng di chuyển bởi hạt ánh sáng có khối lượng hoặc sẽ có khối lượng khi chuyển trạng thái từ đứng yên ( hoặc chuyển động chậm) lên tốc độ ánh sáng đo được trong thí nghiệm Michelson-Morley cần có một quá trình gia tốc. Sự xuất hiện quá trình này sẽ phủ nhận tính hằng số của vận tốc ánh sáng. Chuyển động sóng là chuyển động phi vật chất nên nó không đòi hỏi phải có quá trình gia tốc nhưng cần có môi trường vật chất đàn hồi. Các hiện tượng quang điện chứng tỏ rằng ánh sáng có tính hạt. Như vậy các hạt ánh sáng bị bỏ lại trong quá trình di chuyển của tia sáng. Vậy vai trò của hạt ánh sáng là gì? Câu trả lời khả dĩ nhất là các hạt ánh sáng tạo nên môi trường đàn hồi và sự dao động của chúng tạo nên sóng ánh sáng, tần số dao động của chúng tạo nên bước sóng ánh sáng. Với quan niệm này chúng ta có thể phát biểu định nghĩa và cũng là bản chất của ánh sáng:

“Ánh sáng là sự di chuyển của năng lượng dưới dạng sóng được tạo nên từ sự dao động của một tập hợp các lượng tử ánh sáng ( hay các hạt photon)”

Với tính chất là hạt điện từ vừa hút vừa đẩy lẫn nhau, các photon tạo nên môi trường đàn hồi cho sóng ánh sáng di chuyển, các hạt photon không di chuyển theo tia sáng mà chỉ dao động xung quanh vị trí của nó. Với định nghĩa này, ánh sáng bảo toàn được cả tính chất sóng và hạt, do đó thoả mãn được sự giải thích đồng thời các hiện tượng ánh sáng do cả hai tính chất này của ánh sáng tạo nên. Tần số dao động của hạt tạo nên bước sóng ánh sáng và trong môi trường đồng nhất tia sáng truyền theo đường thẳng, và khi có một tác động nào đó làm cho một hoặc nhiều hạt photon thay đổi phương dao động sẽ tạo nên hiện tượng khúc xạ hoặc tán xạ, tia sáng không đi theo đường thẳng ban đầu và tia nào có bước sóng càng lớn thì khả năng lệch hướng càng cao. Sự hấp thụ năng lượng của các điện tử trong hiện tượng quang điện không phải là sự hấp thụ các hạt photon mà là sự tiếp nhận năng lượng từ hạt photon trong mỗi lần chúng va chạm vào nhau theo chu kỳ dao động của chúng.

Thuyết tương đối đã coi sự di chuyển của ánh sáng là sự di chuyển của các photon hay các hạt ánh sáng và bỏ qua môi trường truyền sóng, đồng thời vẫn giữ lại tính hằng số của tốc độ ánh sáng. Những quan niệm này dẫn đến những mâu thuẫn và không phù hợp với những quan sát trong thực tế: đó là ánh sáng thể hiện tính chất sóng trong sự di chuyển. Do di chuyển dưới dạng sóng nên ánh sáng không cần gia tốc và không có quán tính, đây là hai điều kiện để đảm bảo tính chất hằng số của tốc độ ánh sáng. Ngược lại, bất kỳ một hạt vật chất nào có khối lượng ( hoặc sẽ có khối lượng khi di chuyển ?) đều có quán tính và do đó có gia tốc khi thay đổi trạng thái chuyển động, hay tốc độ của nó sẽ không phải là một hằng số. Mâu thuẫn trong quan niệm của thuyết tượng đối là mâu thuẫn giữa tính hằng số của tốc độ với tính chất là hạt di chuyển của ánh sáng. Huyghens, nhà bác học đầu tiên xây dựng lý thuyết sóng ánh sáng đã phản đối sự di chuyển của ánh sáng dưới dạng hạt. Ông đã cho rằng nếu ánh sáng di chuyển dưới dạng hạt thì các tia sáng có thể va chạm vào nhau, có nghĩa là khi mắt đang quan sát một vật mà có một chùm tia sáng mạnh chiếu ngang qua các tia sáng đang đi từ vật tới mắt sẽ làm cho các tia này bị lệch hướng, hình ảnh của vật sẽ biến mất. Nhưng thực tế điều này không xảy ra. Kết hợp điều này với tính chất tốc độ di chuyển là hằng số trong môi trường đồng nhất đã củng cố chắc chắn tính chất di chuyển dưới dạng sóng của ánh sáng. Quan niệm các hạt photon dao động để tạo nên sóng ánh sáng đã xác rằng chúng di chuyển trong giới hạn của một khoảng cách nhỏ ( sự di chuyển của hạt), do đó chúng cũng có thể có va chạm với các hạt, các vật thể khác trong môi trường gây nên các hiện tượng tán xạ, phản xạ và khúc xạ.

Mục lục:

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần I

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần II

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần IV

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần V

Những lý giải mới về thời gian và bản chất của ánh sáng từ thí nghiệm của Michelson-Morley, phần VI

Liên kết đến đây