Lược sử hình thành các
quan điểm về bản chất
ánh sáng
Newton quan niệm ánhsáng có tính chất hạt. Ánh sáng đượccoi như những
dònghạt đặc biệt nhỏ bé được phát ra từ các vật phát sáng vàbay theođường
thẳngtrong môi trườngđồng chất.
Ông bác bỏ giả thuyết sóngánh sáng vì nếu ánhsáng có bản chất sóng,như âm
thanh,thì trongnhững điều kiện như nhau, chúngta sẽ phải nhìnthấy ánh sáng
giống như nghe thấyâm thanh.
* Từ cơ sở đó, ông giải thích cáchiện tượngnhư sau:
· Nguyên nhân tạo ra màusắc: do kích thước của các hạt.Các hạt nhỏ nhất tạora
cảm giác tím,các hạt lớn hơngây ra cảm giác về màu chàm, vàcứ tiếp tụcnhư vậy
hạt màu đỏ sẽ là lớn nhất.Bởi vì tồn tạibảy màu cơ bản,nên các hạtphải cóbảy
loại kích thướckhác nhau.Như vậy sự tổng giác của chúngta về các màu làbiểu thị
chủ quan của một hiện thực khách quan được quy định bởikích thước củacác hạt.
Giải thích các định luật phảnxạ, khúcxạ và nhiễu xạ, Newton đã đưa vào cáclực
hút vàđẩy giữa các hạt ánh sáng, nhữnghạt mànếu để tự do chúng sẽ truyền theo
đườngthẳng.
· Hiện tượngphản xạ: dosự phản xạ của các quả cầu đàn hồi trong chùm sáng khi
va chạm và cáchạt bị nảy lên từ những điểm khác nhau,nên trật tự của chúng
trong chùmsáng bị đảo ngược lạitạo ra một hình đảongược (hình vẽ). Nếu bề mặt
quá gồ ghề thì các hạt bị nảy lên ở nhiềugóc khác nhau, kết quả là làm tánxạ ánh
sáng.
· Hiện tượngkhúc xạ: do tác dụng của mặtphân giới lênhạt ánh sánglàm cho hạt
đó thayđổi hướngtruyền và bị gãy khúc ở mặt phâncách giữahai môi trường. Vì
ánh sáng đi vào môi trườngđậm đặchơn sẽ bị các phântử môi trường đó hútvà
vận tốcsẽ tăng lên dẫn đến vậntốc ánh sáng trong môitrường nước haythủytinh
lại lớn hơn vận tốcánh sáng trongmôi trườngkhí.
· Tánsắc ánh sángqua lăngkính: ôngđưara giả thuyết cho rằngtrên bề mặt của
một vật trong suốt (như lăng kính, chẳng hạn) tồntại một vùngrất mỏng ở đó có
một lựctác dụng để kéo các tia sáng vào bên trong nó. Vì vậy, cáchạt màu tím, do

hầu như khôngđược đề cập tới bởi uy tín quá lớn của Newtonvà nhữnghạn chế
của lý thuyếtsóng ánh sáng màHuygensđưa rakhông giải thích được hiện tượng
giao thoavà nhiễu xạ ánh sáng. Do đó lý thuyết hạt đã được tuyệt đại đa số các nhà
vật lý trongthế kỷ này chấpnhận. Tuynhiên, vẫn cómột (và duy nhất) tiếng nói
chống lại quan điểm hạt của Newtontrong thế kỷ XVIII, một điều bất ngờ vì tiếng
nói này không phải domột nhà vật lý theo quanđiểm sóngcấtlên mà là của một
nhà toán học người Thụy Sĩ, Leonhard Euler.
Leonhard Euler (1707 – 1783)
nhà toán học ThụySĩ, sinh ở Bâle. Năm 1746, Euler xuất bản tác phẩm “Một lý
thuyết mới về ánhsángvà màu sắc”. Qua cuốn sách này, Eulerđã phát triển quan
niệmcho rằng ánh sánglà sóng bằng cách dựa vào sự tương tự giữa ánhsáng và
âm thanh, đặc biệt là về phươngthức lantruyền củachúng. Qua đó, ông đã tiến
đến việc tươngtự hóa giữa ánh sáng vàâm thanh “có một sự hài hòatương tự giữa
các nguyênnhân và các tính chất khác của âm thanhvà ánhsáng, và như vậy lý
thuyết âm thanhchắc chắn sẽ làm sángtỏ rất nhiều lý thuyết ánhsáng”.
Một trong nhữngđiểmtiến bộ trong quanniệm sóngcủaEuler là ôngcho rằng:
mỗimột màu của ánh sáng đượcđặc trưng bởi một bước sóng nhất định,tức là
khoảng cách giữa haiđỉnh hoặc hai hõm liên tiếp của sóng hình sin và bởi một tần
số nhấtđịnh. Như vậy, Eulerlà người đầutiên gắn kết cáckhái niệmbước sóng và
tần số với màu sắc.
* Thế kỷ XVIII khép lại,quan niệm ánh sáng là sóngvẫnchìm nổi với chỉ một tiếng
nói bảovệ thuyết sóng củaEuler.Tuy chưa đầy đủ nhưng luận điểm củaEuler đã
thể hiện sự tiến bộ sovới các tiền bốibởi ông đã đưa ra một cách giảithích chấp
nhậnđược về nguồn gốccác màusắc mà trước đó cả Newton lẫn Huygens đều
khôngthể có mộtcách giải thích đúng đắn. Bướcsang thế kỷ XIX,chúng ta sẽ được
chứng kiến sự hồi sinh và pháttriển vượt bậc của lý thuyết sóng ánh sáng.Ở nửa
đầu thế kỷ này đã diễn ra mộtcuộc cách mạng trong lĩnh vực quanghọc tương tự
như cuộc cách mạngcủa Copernicvà Galilée trước đó gần ba thế kỷ. Hai nhân vật
có vai tròto lớncho cuộc cách mạng trongquanghọc là ThomasYoung và
AugustinFresnel.

nhiênđến năm 1818,họ đã nhận đượccông trình củaFresnel trongđó giải thích
một cách chínhxác vàchi tiết hiện tượngnhiễu xạ ánh sáng dựa trên giả thiết rằng
ánh sáng là một sóng trong ête vàtuân theonguyên lýgiao thoa. Mặc dù bảo vệ lý
thuyết sóng ánhsángnhưng Fresnelđã xuất sắc giành chiến thắngtrongcuộc thi.
- Fresnelcũng là người đầu tiên theo trường phái sóngánhsáng đã giải thích
thành công hiện tượng phâncực ánhsáng đã khiến chonhững người bảo vệ lý
thuyết sóng phải rất đau đầungay cả ThomasYoung. Bởi nếu coi ánhsáng là sóng
giống như âm thanh thì cả hai phải có cùngcác hiệu ứng, trongkhi không thể tìm
ra hiệntượng phâncực ở sóng âm. Để giải thích hiệntượng này, Fresnelđã đưa ra
một lời giải mang tính cách mạng:mặc dù cả âm thanhvà ánh sáng đềucó bản chất
sóng, nhưngchúng khác nhauvề mặt phẳngdao động.Nói cách khác, Fresnellà
người đầu tiên cho rằng ánhsáng là sóng ngangchứ khôngphảisóng dọc. Nhờ
đứng trên quan điểm mớinày,Fresnel đã xây dựng được lý thuyết về sự phân cực
ánh sáng trong môi trườnglưỡng chiết.
Những công trìnhcủa YoungvàFresnel đã giúpcho lý thuyếtsóng hồi sinhvà trở
nên áp đảo lý thuyết hạt vốnđứng vững bởi uytín của Newton.Ngoài ra, những
bằngchứng thựcnghiệm đượcthực hiện sau khi haiông mất đã khẳng định sự
đúngđắn của lý thuyếtsóng ánh sáng.
Thí nghiệmcủa Hamiltonnăm 1832kiểm chứng lại lý thuyết củaFresnel.
Thí nghiệmcủa Fizeauvào năm1849 vàthí nghiệm của Foucaultvào năm1850 về
đo vận tốc ánhsángtrong nước.
Những kết quả thực nghiệm này đã góp phầnquan trọngcho sự thắng lợicủa lý
thuyết sóng ánhsáng.
- Năm1849 Fizeauthựchiện phép đo vậntốc ánh sáng ngaytrên mặt đấtvào bằng
phươngpháprăng cưa:
Kết quả là : C=312.000 km/s.
- Năm1850, Foucault dùng dụngcụ gương quay:
Đường đi của ánh sángtrongdụng cụ của Foucaultđủ ngắnđể dùng trong các
phép đo tốc độ ánh sáng trongcác môi trườngkhác ngoài khôngkhí. Ông phát hiện
thấytốc độ ánh sáng trongnước hoặc trong thủy tinhchỉ khoảng 2/3giá trị của nó