Lược sử hình thành các
quan điểm về bản chất
ánh sáng
Ánh sáng: cuộc hôn phối giữa điện và từ:
Năm 1864,trong bài báo “Một lý thuyếtđộng lực về trường điện từ”, Maxwellđã
tổng hợp các kiến thứcvề điện và từ đã được các nhà vật lý xâydựng trước đó
thành một hệ gồm 4 phương trình, mỗi phương trình chỉ dài vỏnvẹn mộtdòngvà
được biểu diễn bằng ngôn ngữ toán học cô đọng. Bốnphương trình nàyđượchậu
thế biết đếnvới tên gọi “Hệ phương trình Maxwell”:
- Phương trìnhthứ nhất mô tả định luật Gauss,cho biết đường sức điệnxuất phát
hoặc kết thúc ở các điện tích. Phương trình thứ hai môtả các đường sức của cảm
ứng từ là khép kín hoặc đi ra xavô tận,từ đó không có cái gọi là“từ tích” hay“đơn
cực từ”.
- Hai phương trình cònlại mô tả sự kết hợp giữa điện vàtừ: từ trường biến thiên
sinh ra điện trường xoáy, đến lượt mình điệntrường biến thiên cũng sinhra từ
trường xoáy.
Từ các phươngtrình trên, Maxwellđã ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng sóngđiện
từ thực chất cũng chínhlà sóngánh sáng. Bởithứ nhất, ông đã dựa vào các phương
trìnhđể vẽ ramột kịch bản về cuộc hônnhân giữa điện và từ, theođó điện và từ
trở thành mộtcặp thốngnhất không thể tách rời. Chúng là haithànhphần của
sóng đệntừ lan truyền trong khônggian dưới dạng sóng ngang, tức các đỉnh vàcác
hõm sóngnằm trong một mặt phẳng vuông góc với phương truyền sóng(hìnhvẽ).
Thứ hai, vào năm1873,Maxwellđã tính toán chính xácvận tốc truyềnsóng điện
từ, đáp số này hoàn toàntrùng khớp vớivận tốc ánh sáng.
Tronglịch sử vật lý, Newtonđã thốngnhất trời và đất quađịnhluật vạn vật hấp
dẫn thì đến lượt Maxwellđã thống nhấtkhôngchỉ điện và từ mà còn cả quanghọc,
ông được coi là nhà thốngnhất vĩ đại thứ hai của vật lý học
Ánh sáng - lưỡngtính sónghạt
Cho đến đầu thế kỉ XIX, quan niệm ánhsáng là sóng đã thựcsự được xác nhận,đặc
biệt là saukết luận củaMaxwellkhẳngđịnhánh sánglà sóngđiện từ với vận tốc là
300.000km/s. Nhưngmột vấn đề được đặt ralúc nàylà vận tốc nàycủa ánh sáng

trùng khít như lúcbị tách ra, điều đó có nghĩa vận tốc ánh sáng truyền theo2
phươngkhác nhau là không thayđổi. Trong dự đoán, với giaothoa kế của mình,
Michelson và Morleyvề nguyêntắc có thể đo được các chênh lệch với cỡ vận tốc
khoảng 1,5km/s,tức là một phần haimươi vậntốc của Tráiđất qua chất etegiả
thuyết. Nhưngrõ ràngsau nhiều lầnthực hiệnthí nghiệm thì haiông đã kết luận
rằng vận tốc ánh sáng không thayđổi dù nó lantruyền theo phương nào đi nữa.
Sau thí nghiệm của Michelsonvà Morley,con người dần phảichấp nhận rằng chất
“ete” chỉ là sản phẩmbởi trítưởng tượng, dùrằng có nhiều nhàkhoahọc đã cố
gắngđể “cứu” lấy kháiniệmnày. Và mọi chuyện dừng lại ở đó, cho đếnkhi Albert
Einstein(1879-1955) đã khẳngđịnh mộtnguyên nhân thật đơngiản để lí giải vấn
đề trên, ông cho rằng môi trường ête làkhônghề tồn tại, các sóngánhsáng, khác
với các sóng khác, khôngcầnphải có một môi trường để lan truyền. Ánhsángcó
thể lan truyền trong một không gian hoàn toàn trống rỗng. VàEinsteinđã giải
thích quan điểm của mìnhbằngthuyếttương đối hẹpcủa mình
Như vậy cho đến năm1905, conngười đã cómột cái nhìn đúng đắn hơn về sóng
ánh sáng, vàđặc biệt đó là loại bỏ đượckhái niệm về môi trường “ete”như các nhà
khoa họctrướcđây vẫn thường đề cập đến. Nhưng cũngtrong chính năm đó,một
luồng gió mới lại thổi tới trong vấn đề bảnchất củaánh sángvới một công trình
của chínhAlbertEinsteinvề “Hiệu ứng quang điện”.
Hiệu ứngquangđiệnlà một hiện tượng trong đó các electron thoát ra khỏi bề mặt
của một tấm kimloại khicó ánhsángchiếu vào. Theo như quan điểm cổ điển thì
với cườngđộ ánh sángcàng mạnh thì electrongngày càngtích tụ đượcnhiều năng
lượng để bứcra khỏi kimloại, nhưng trên thực tế thí nghiệm lại không phải như
vậy.
Einsteinđã nhận thấy rằng, nếu chiếumột ánhsáng có tần số thấp vàomột kim
loại, thì hiệu ứng vẫn không thể xảy ra,dù chiếu với cường độ mạnh baonhiêu đi
nữa. Ngượclại khi chiều ánh sáng với tần số cao, như ánh sáng cựctím thì hiệu
ứng lại lập tức xảy ramà không cần khoảngthời gian để electrontích lũy năng
lượng.
Để giải thíchvề hiện tượng kì lạ này, Einstein đã đặt vấn đề cần xemxét lại bản

Như vậy, cho đến đầu thế kỉ thứ 20 tồn tại một câu hỏi đặt ra chocác nhàkhoahọc:
bản chất của ánh sánglà sóng hayhạt. Trước khihiện tượng quang điện xuấthiện
con người có thể dễ dàng tinchắc rằng ánh sánglà sóngđiện từ với các hiện tượng
liên quanđến sự truyềncủa ánhsángnhư giao thoa, nhiễu xạ,…Tuynhiên chođến
đầu thế kỉ 20, với lí thuyết sóng ánh sángcon người sẽ không thể lí giải được cho
các hiện tượng về sự tương tác giữa ánhsángvà vật chất như hiệu ứng quang điện,
hiệu ứng Compton… Để có được đáp án cho những hiện tượngnày, con người sẽ
phải chấp nhận quan điểm hạt photoncủa Einstein. Vậy ánh sáng thựcchất là sóng
hay hạt?
Cùng khoảngthời gian nghiên cứu củaCompton,một nhà khoahọc người Pháp
LouisVictor-deBrogliecho rằngtất cả vật chất và bức xạ đều cónhững tính chất
vừa giốngsóngvừa giốnghạt. Dưới sự chỉ dẫn của MaxPlanck,De Broglieđã ngoại
suy côngthức nổi tiếng của Einstein liên hệ khối lượng với nănglượng chứa luôn
hằng số Planck:
E = mc2 = hf
Trongđó :E là năng lượng của hạt, mlà khối lượng, c là vận tốcánh sáng, h là hằng
số Planck, vàf là tần số.
Công trình của De Broglie,liênhệ tần số của mộtsóng với nănglượng và khối
lượng của mộthạt, mang tínhcơ sở trong sự phát triển của một lĩnh vực mớicuối
cùng sẽ dùng để giảithích bản chất vừa giống sóng vừagiống hạt của ánh sáng. Đó
chínhlà ngành cơ học lượng tử.
Quađó ta thấy, vấn đề đặt ra ở thế kỉ 20 khi tìmhiểu về ánh sáng khôngphải là sự
tranh chấp giữa hai quanđiểmđể xác định quan điểmnào đúng mà lại là sự thống
nhất chúng lại trongmột lí thuyết mới. Ngày naychúng ta công nhận ánh sáng có
lưỡng tính sóng– hạt. Hai tính chất nàycùngtồn tại trong một thể thống nhấtlà
ánh sáng và tùy điều kiện củahiện tượng khảo sát, bản chất này hay bản chất kia
của ánh sáng được hiện ra. Tacó thể coi”sóngvà hạt làhai tính phụ nhaucủa ánh
sáng.Giữa hai mặt sóng và hạtcủa ánh sáng có những liên hệ, có tính thống nhất,
chứ không hoàn toànlà haimặt độc lậpvới nhau.Cho đến đầu thế kỉ 20, việc thừa
nhậnsự kết hợp hai bản chất sóng và hạt đã giúp con người hiểu đượcmột cách

này, để các emcủng cố được kiến thứcđã học, tạo tiền đề cho bước nhảyvọtvề tư
duy trong giai đoạn tiếp theo.
Nhìn vàođồ thị chúngta nhận thấy quá trình đi đến đượcnền tảng kiến thức mới
bao giờ cũng xuất phát từ nền tảng kiến thứccũ. Kiến thức cũ ở đây khôngchỉ các
kiếnthức trongngànhkhoa họcđó mà đôi khi cả những kiến thức đượcrút ra từ
các ngành khoa học khác. Do đó trong quá trình giảng dạy, người giáo viên không
được xemnhẹ phần nào, không đượcxem phần nàykhông thi Đại Học, hay không
thi Tốt Nghiệprồi chúng ta sẽ dạy qua loa. Sự phát triển bền vững chính là sự phát
triển hài hòa của tất cả các mặt của học sinh:về cả kiến thức tự nhiên xã hội,thể
lực….Cùng với đó làmột kế hoạch giảngdạykhoa họcxuyên suốtvàliên tục trong
quá trìnhdạy học
Đối với các quanniệmvề bản chất ánh sáng, học sinh sẽ được tiếp cận nhữngkiến
thức đó trong chương trìnhvật lí lớp 12,cụ thể là ở chương VI và chươngVII. Tựa
đề trong chươngVI là “Sóng ánh sáng”và chương VII là “Lượng tử ánh sáng”. Như
vậy trongchươngtrình học, họcsinh sẽ được biết quan niệm về bản chất ánh sáng
là sóng, từ thời kì sóng ánh sáng được hồi sinh đầu thế kỉ XIX cho đến thế kỉ XX với
những công trìnhcủa Einstein, ánh sángcó lưỡng tính sóng-hạt. Học sinh khitìm
hiểu về ánh sáng chỉ có thể nhìnnhận về bản chất của nótrong một giaiđoạn ngắn,
các emđã không có đượccái nhìntổngquát nhất về sự phát triển các quan điểm về
bản chất ánh sáng. Đối với cácem học sinhthìNewton là một nhàbáchọc lỗi lạc và
rất quanthuộc,các em không thể nào khôngnhớ đến 3 định luật của Newton,
nhưng các emlại khôngđượcbiết đến đóng góp củaông trongngành quang học.
Tuy lí thuyết củaNewton khôngphải là mộtlí thuyết hoàn toàn đúng đắn nhưng
nó cũng đã thể hiện những nhìn nhận đầu tiêncủa con người có tính chất khoahọc
về bản chấthạt của ánh sáng.
Theo như ý kiến của bảnthân,em nghĩ rằng trong quá trình giảng dạy của mình,
bản thân người giáoviên nênđưa những thôngtin về lí thuyết hạt của Newton vào
những bài họcvề ánh sáng, songsong với quá trìnhgiảngdạy về lí thuyết sóng ánh
sáng của Huyghens, Young,Fresnel…Không chỉ thế người giáo viên cònnên làmrõ
sự “mâu thuẫn”của hailí thuyết nàyvà quá trình “đấu tranh” để khẳngđịnhtính