Trường Đại học Sư Pham thành phố Hồ Chí Minh
Khoa Vật Lí
Đề tài tiểu luận môn Lịch Sử Vật Lí
Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Thị Thếp
Nhóm tiểu luận:
1. Nguyễn Công Danh
2. Vũ Thanh Huy
3. Hoàng Văn Hưng
4. Nguyễn Thị Ngọc Lan (16/10)
5. Lê Hải Mỹ Ngân
6. Nguyễn Thảo Ngân
7. Cao Hoàng Qui
8. Phan Đăng Thanh
9. Nguyễn Bá Trình
10. Bùi Thị Cẩm Tú
11. Đoàn Thị Vân
Tiểu luận học phần Lịch Sử Vật Lý GVHD: Th.s Nguyễn Thị Thếp
MỤC
LỤC
MỤC
LỤC
1
LỜI NÓI
ĐẦU
2

IV. Ánh sáng: lưỡng tính sóng
hạt 12
V.Kết luận sư
phạm
15
TÀI LIỆU THAM
KHẢO
17
Trang 1
Tiểu luận học phần Lịch Sử Vật Lý GVHD: Th.s Nguyễn Thị Thếp
LỜI NÓI
ĐẦU
Ánh sáng
là một
người
bạn gẫn
gũi của
con
người
trong mọi
hoạt động
hằng
ngày, đôi
khi sự tồn tại của
chúng đối với
con người như là
một điều hiển
nhiên và tự
nhiên. Nói như
vậy không có

chừng như đã tìm ra, nhưng rồi “gợi
ý” mới của ánh sáng lại xuất hiện và con người lại kiếm tìm.
Do đó với đề tài nhỏ này, nhóm chúng tôi muốn tìm
hiểu về một phần của quá trình
lớn con người đi tìm câu trả lời, đó chính là con đường hình
thành và những cuộc “đấu
tranh” về bản chất của ánh sáng. Trong phần 1 nhóm chúng
tôi tìm hiểu những quan điểm
về bản chất của ánh sáng trong thời cổ và trung đại. Chúng ta
có thể nhận ra tầm quan trọng
trong việc nhận thức bản chất của ánh sáng khi những quan
điểm về bản chất của ánh sáng
xuất hiện rất sớm ngay từ lúc nền văn minh loài người bắt đầu
xuất hiện. Mặc dù có những
hạn chế về nhiều mặt nhưng trong thời kỳ này quá trình nhận
thức về bản chất ánh sáng của
loài người cũng đã có những nét đáng lưu ý. Trong phần thứ 2
chúng tôi tìm hiểu về quá trình
hình thành và phát triển về quan điểm sóng và hạt của ánh
sáng. Ban đầu ánh sáng chỉ là sóng
chứa đựng trong nó những tư tưởng đơn sơ cho đến khi
Maxwell chứng tỏ nó là sóng điện từ.
Hay quan điểm anh sáng là hạt của Newton với những lý giải
của ông cũng khá logic. Không
chỉ vậy cuộc đấu tranh gay gắt không khoan nhượng về 2 quan
điểm sóng hạt của ánh sáng
cũng được chúng tôi xét đến. Tiếp đến chúng tôi tìm hiểu về
sự hình thành nền tảng kiến thức
được xem là đúng trong thời điểm hiện tại: “ánh sáng – lưỡng
tính sóng hạt” với những quan

chiều từ mắt tới vật; ánh sáng còn đi theo
chiều ngược lại, từ vật đến mắt.
 Leucippe (khoảng 460-370 TCN): trái ngược
với “lửa” trong mắt của Empédocle thoát ra
thế giới bên ngoài, Leuccipe cho rằng thế giới thị giác đến
với chúng ta, và do đó, về thực chất, thị
giác là một trải nghiệm thụ động. Dưới tác động của ánh
sáng, các hình ảnh về các vật quanh ta –
mà Leucippe đặt cho một tên riêng bằng tiếng Hy Lạp là
các eidonlon có nghĩa là các ảo ảnh – sẽ
tách khỏi bề mặt của vật, như da của một con rắn lột xác
tách khỏi cơ thể, và đi đến mắt chúng ta.
 Démocrite (460-370 TCN): các quan điểm của
Démocrite về ánh sáng và thị giác đều dựa
trên học thuyết nguyên tử. Ông chấp nhận bốn màu cơ bản
của Empédocle – đen, trắng, đỏ và vàng-
xanh, nhưng thêm vào đó các màu khác gọi là các màu thứ
cấp, như lục và nâu. Khác với Empédocle,
Démocrite không gắn các màu cơ bản cho bốn nguyên tố,
mà gắn cho các nguyên tử có hình dạng
khác nhau. Theo Démocrite, các màu (và các đặc tính giác
quan khác như mùi và vị) không hiện hữu
trong bản thân các vật.
 Platon (428-347 TCN): Ở Platon, ánh sáng thuộc
vào hạng siêu hình. Mặt Trời là con của
cái Thiện, và mắt, nhạy cảm với ánh sáng, là một cơ quan
gắn chặt nhất với Mặt Trời.
Như vậy thị giác là kết quả của sự tổng hợp của ba
quá trình bổ sung cho nhau. Mắt phát ra
lửa, lửa kết hợp với ánh sáng xung quanh để tạo thành một

phải thông qua dòng vật chất,
mà bởi ấn tượng của chúng lên
các giác quan, cũng giống như sáp
tiếp nhận dấu ấn của chiếc nhẫn
nhưng không tước mất của nó cái
chất, sắt hay vàng, đã tạo nên chiếc
nhẫn đó. Như vậy mắt tiếp
nhận các ấn tượng về màu sắc, hình
dạng, chuyển động,… Aristolte cho
rằng tồn tại hai màu cơ bản:
đen và trắng. Tất cả các màu khác
bắt nguồn từ sự hòa trộn hai màu cơ
bản này và biểu hiện các
Trang 3
Tiểu luận học phần Lịch Sử Vật Lý GVHD: Th.s Nguyễn Thị Thếp
“phẩm chất trung
gian”,ở đây,ông giải
thích sự hòa trộn 2 màu
cơ bản tạo thành các
màu khác có sự
đóng góp của “nhiệt”.
Các màu khác cũng có
thể bắt nguồn từ sự hòa
trộn giữa đen và trắng
trong
một môi trường bán
trong suốt: đó là trường
hợp các màu nâu đỏ
hoặc da cam của cảnh
hoàng hôn.

chứa một tập hợp các “tia thị giác” tách biệt, mà chứa một continuum
các tia có mật độ lớn nhất ở
trung tâm, tại đó mắt nhìn thấy rõ nhất, nhưng giảm dần ở rìa mép nơi
các chi tiết nhoè mờ hơn. Theo
ông, “mặt nón thị giác” bản thân nó không đủ; còn cần phải có thêm
ánh sáng bên ngoài để được khởi
phát sự hoạt động của nó. Chẳng hạn, khi “mặt nón thị giác” quét lên
bề mặt của một vật, nó chỉ
tương tác với vật ấy nếu có ánh sáng xung quanh. Ánh sáng bên ngoài
này càng mạnh thì tương tác
càng mạnh. Điều này giải thích tại sao chúng ta không nhìn được
trong bóng tối.
Ptolémée cũng suy nghĩ về hành trạng của ánh sáng khi nó
phản xạ trên một bề mặt (định
luật phản xạ) hay đổi hướng khi đi từ môi trường này sang môi trường
khác (định luật khúc xạ). Ông
cũng là người đầu tiên miêu tả các màu hòa trộn với nhau như thế nào
trong mắt của con người. Ông
đã vẽ các màu khác nhau trên một bánh xe sau đó quay bánh xe thật
nhanh. Mắt không có đủ thời
gian để phân biệt từng màu một, mà chỉ nhìn thấy các màu này bị trộn
vào nhau. Ngoài ra, ông còn
nhận thấy sự hòa trộn các màu còn có thể là kết quả của khoảng cách:
một bức tranh ghép các màu
sáng nhìn từ xa có thể cho ấn tượng về màu xám.
 Claude Galien (130-200) cùng với Hippocrate là hai bác sỹ
vĩ đại nhất thời Cổ đại. Ông là
một gương mặt lớn góp phần phát triển các ý tưởng về ánh sáng.
Galien đã lấy lại một số quan niệm
của Aristolte: dưới ảnh hưởng kết hợp của linh khí thị giác và ánh

“dạng thức”
phi vật chất) và các quan
niệm của Alhazen (màu
sắc được truyền bởi các
tia phát ra từ tất cả các
điểm của vật). Theo
Bacon, mọi vật phóng
theo đường thẳng về tất
cả các hướng một cái gì
đó thuộc
tinh chất của nó mà ông
gọi là “loài”. Chẳng hạn,
Mặt trời phát ra các
“loài” sáng.
Trang 4
Tiểu luận học phần Lịch Sử Vật Lý GVHD: Th.s Nguyễn Thị Thếp
 Francesco
Maria Grimaldi
(1618-1663): Ông
đã tìm ra phương
thức truyền ánh
sáng thứ 4
ngòai 3 phương thức
trước đó đã tìm thấy là
theo đường thẳng, bằng
phản xạ trên một mặt
phẳng như
gương chẳng hạn, và
bằng khúc xạ khi thay
đổi môi trường. Phương

thời kỳ giữa Galileo và Newton.
Theo Huygens, ánh sáng không thể bắt
nguồn từ sự dịch chuyển các hạt
của vật sáng tới mắt. Nhà vật lý học người Hà
Lan này cũng bác bỏ quan điểm
của Descartes cho rằng ánh sáng như một xung
động lan truyền tức thời. Theo
ông, ánh sáng lan truyền trong không gian
cũng giống như sóng được sinh ra
khi ta ném một viên đá xuống ao, nó sẽ truyền trên khắp mặt nước.
Ánh sáng theo quan điểm của Huygens:
• Huygens dựa trên khái niệm ánh sáng là sóng: Sóng ánh
sáng truyền trong không gian
qua trung gian ête, một chất bí ẩn không trọng lượng, tồn tại như một
thực thể vô hình trong không
khí và không gian nhờ vậy mà sóng ánh sáng có thể truyền chuyển
động không những cho cho tất cả
những hạt khác tiếp xúc với nó mà còn cho tất cả những hạt khác tiếp
xúc với hạt đó và cản chuyển
động của nó.
• Cơ chế truyền sóng: Theo Huygens, một nguồn sáng bao
gồm vô
số các hạt rung động. Các hạt này truyền rung động của chúng tới các
hạt ête
bên cạnh dưới dạng các sóng cầu có tâm tại mỗi một hạt rung này. Vô
số các
sóng cầu này được truyền đi, và bán kính tác dụng của chúng tăng dần
theo
thời gian. Chúng chồng chập lên nhau và biểu hiện hỗn độn của
chúng ở gần

tượng như sau:
• Hiện tượng
phản xạ: Thuyết
sóng xem nguồn
sáng phát ra các
sóng ánh sáng
trải ra theo
mọi hướng. Khi chạm
lên gương, các sóng bị
phản xạ theo góc tới,
nhưng với mỗi sóng
phản hồi trở
lại tạo ra một ảnh đảo
ngược.
• Hiện tượng
khúc xạ ánh
sáng: Huygens
cho rằng vận tốc
ánh sáng
trong một chất bất kì tỉ
lệ nghịch với chiết suất
của nó. Như vậy, vận tốc
của ánh
sáng trong không khí lớn
hơn vận tốc ánh sáng
trong nước.
n
n
1
v

như những dòng hạt đặc biệt nhỏ bé được
phát ra từ các vật phát sáng và
bay theo đường thẳng trong môi trường
đồng chất.
Ông bác bỏ giả thuyết sóng ánh sáng
vì nếu ánh sáng có bản chất
sóng, như âm thanh, thì trong những điều
kiện như nhau, chúng ta sẽ phải
nhìn thấy ánh sáng giống như nghe thấy âm
thanh.
Từ cơ sở đó, ông giải thích các
hiện tượng như sau:
• Nguyên nhân tạo ra màu sắc: do
kích thước của các hạt. Các hạt
nhỏ nhất tạo ra cảm giác tím, các hạt lớn hơn gây ra cảm giác về
màu chàm, và cứ tiếp tục như vậy
hạt màu đỏ sẽ là lớn nhất. Bởi vì tồn tại bảy màu cơ bản, nên các hạt
phải có bảy loại kích thước khác
nhau. Như vậy sự tổng giác của chúng ta về các màu là biểu thị chủ
quan của một hiện thực khách
quan được quy định bởi kích thước của các hạt.
Giải thích các định luật phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ, Newton
đã đưa vào các lực hút và đẩy
giữa các hạt ánh sáng, những hạt mà nếu để tự do chúng sẽ truyền
theo đường thẳng.
Trang 6
n2 v1
Tiểu luận học phần Lịch Sử Vật Lý GVHD: Th.s Nguyễn Thị Thếp
• Hiện tượng
phản xạ: do sự

trường đó hút và vận tốc
sẽ tăng lên dẫn đến vận
tốc ánh sáng trong môi
trường
nước hay thủy tinh lại
lớn hơn vận tốc ánh sáng
trong môi trường khí.
n
=
n1 v1
• Tán sắc ánh sáng qua lăng kính: ông đưa ra giả thuyết cho
rằng trên
bề mặt của một vật trong suốt (như lăng kính, chẳng hạn) tồn tại một
vùng rất mỏng ở đó có một lực
tác dụng để kéo các tia sáng vào bên trong nó. Vì vậy, các hạt màu
tím, do chúng nhỏ hơn, sẽ bị hút
bởi một môi trường đặc hơn không khí (như thủy tinh, chẳng hạn)
mạnh hơn so với các hạt lớn hơn
có màu đỏ, tức các hạt màu tím bị lệch khỏi đường đi ban đầu của nó
nhiều hơn các hạt màu đỏ. Như
vậy, Newton đã giải thích được tại sao các chùm đơn sắc khác nhau
lại bị lệch hướng khác nhau bởi
cùng một môi trường, và tại sao một chùm đơn sắc bị lệch hướng
khác nhau trong các môi trường
trong suốt khác nhau.
• Hiện tượng nhiễu xạ: ông giải thích là do có một lực đẩy có
tác dụng đẩy các hạt ánh sáng
vào trong bóng tối hình học của một vật.
Tuy thuyết hạt của Newton đã được sự chấp nhận rộng rãi,
nhưng một thí nghiệm đặc biệt,

sinh của lý
thuyết
sóng ánh
sáng:
Sau khi quyển
“Optiks” của
Newton được
xuất bản năm
1704, suốt thế kỷ
XVIII đã diễn
ra cuộc tranh luận về
bản chất của ánh sáng
với hai quan điểm trái
ngược nhau: quan điểm
cho rằng
bản chất ánh sáng là
sóng và quan điểm cho
rằng bản chất ánh sáng
là hạt. Suốt thế kỷ này,
lý thuyết
hạt ánh sáng của
Newton đã lấn át tuyệt
đối lý thuyết sóng ánh
sáng mà Huygens đề
xuất. Lý thuyết
sóng ánh sáng hầu như
không được đề cập tới
bởi uy tín quá lớn của
Newton và những hạn
chế của lý

Một trong những điểm tiến bộ trong quan niệm sóng của Euler
là ông cho rằng: mỗi một màu
của ánh sáng được đặc trưng bởi một bước sóng nhất định, tức là
khoảng cách giữa hai đỉnh hoặc hai
hõm liên tiếp của sóng hình sin và bởi một tần số nhất định. Như vậy,
Euler là người đầu tiên gắn
kết các khái niệm bước sóng và tần số với màu sắc.
Thế kỷ XVIII khép lại, quan niệm ánh sáng là sóng vẫn chìm
nổi với chỉ một tiếng nói bảo
vệ thuyết sóng của Euler. Tuy chưa đầy đủ nhưng luận điểm của
Euler đã thể hiện sự tiến bộ so với
các tiền bối bởi ông đã đưa ra một cách giải thích chấp nhận được về
nguồn gốc các màu sắc mà
trước đó cả Newton lẫn Huygens đều không thể có một cách giải
thích đúng đắn. Bước sang thế kỷ
XIX, chúng ta sẽ được chứng kiến sự hồi sinh và phát triển vượt bậc
của lý thuyết sóng ánh sáng.
Ở nửa đầu thế kỷ này đã diễn ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực
quang học tương tự như cuộc
cách mạng của Copernic và Galilée trước đó gần ba thế kỷ. Hai nhân
vật có vai trò to lớn cho cuộc
cách mạng trong quang học là Thomas Young và Augustin Fresnel.
 Thomas Young (1773 – 1829), người Anh.
− 1779, ông bắt
đầu bước lên sân
khấu của câu
chuyện truyền kỳ
về ánh sáng. Trong quá
trình đi giải quyết hiện
tượng nhiễu xạ ông đã

một nguồn sáng truyền
đến mắt ta bằng hai con
đường khác nhau, ánh
sáng sẽ mạnh nhất tại
những điểm mà hiệu
đường đi bằng bội số
nguyên của một “độ dài
nào
đó”.
Lý thuyết của
Young mặc dù
đã giải thích
được hiện tượng
giao
thoa ánh sáng nhưng đã
không được nhiều người
chú ý. Ngoài ra thuyết
sóng ánh sáng của
Young cũng vấp phải một khó khăn khi không thể giải thích được
hiện tượng phân
cực ánh sáng do Malus tìm ra năm 1808. Young công nhận sự bất lực
của thuyết sóng ánh sáng trong
vấn đề này, song ông nói rằng: “khi phát triển một lý thuyết khoa học,
đôi khi cứ phải tiến lên và gạt
sang một bên vài vấn đề chưa được giải quyết, với hy vọng rằng
chúng sẽ được giải quyết trong
những nghiên cứu sau này”.
 Augustin Fresnel (1788 – 1827), người Pháp.
Ông là sinh viên trường Đại học Bách khoa Paris, sau khi học
xong

nhưng chúng khác nhau về mặt phẳng dao động. Nói cách khác,
Fresnel là người đầu tiên cho rằng
ánh sáng là sóng ngang
chứ không phải sóng
dọc. Nhờ đứng trên quan
điểm mới này, Fresnel
đã xây
dựng được lý thuyết về
sự phân cực ánh sáng
trong môi trường lưỡng
chiết.
Trang 9
Tiểu luận học phần Lịch Sử Vật Lý GVHD: Th.s Nguyễn Thị Thếp
 Những công
trình của Young
và Fresnel đã
giúp cho lý
thuyết sóng hồi
sinh và trở nên
áp
đảo lý thuyết hạt vốn
đứng vững bởi uy tín
của Newton. Ngoài ra,
những bằng chứng thực
nghiệm
được thực hiện sau khi
hai ông mất đã khẳng
định sự đúng đắn của lý
thuyết sóng ánh sáng.
 Thí nghiệm

dùng trong các phép đo tốc độ
ánh sáng trong các môi trường khác ngoài không khí. Ông
phát hiện thấy tốc độ ánh sáng
trong nước hoặc trong thủy tinh chỉ khoảng 2/3 giá trị của nó
trong không khí.
Như vậy ,kết quả của 2 thí nghiệm trên cho thấy trái ngược
với kết quả của Newton cho rằng
Vận tốc ánh sáng trong không khí lớn hơn vận tốc ánh sáng trong môi
trường nước.
Những thí nghiệm của Young và Fresnel đã chứng tỏ bản
chất sóng của ánh sáng. Đặc
biệt, Fresnel đã khẳng định một cách chắc nịch rằng ánh sáng là
sóng ngang. Trong lý thuyết của
ông đã đề cập đến việc tồn tại hai phương dao động của sóng ánh
sáng (ông so sánh với dao động
của dây đàn violin – vốn cũng là sóng ngang – có thể dao động từ
dưới lên trên hoặc từ trái sang
phải) tương ứng với hai phân cực của ánh sáng: một phân cực theo
phương ngang và một phân
cực theo phương thẳng đứng. Tuy nhiên để có thể đưa ra được mô
hình sóng ánh sáng một cách
đầy đủ, gọn gàng thì chúng ta phải rẽ sang lĩnh vực điện từ gắn
liền với tên tuổi của James Clerk
Trang 10
Tiểu luận học phần Lịch Sử Vật Lý GVHD: Th.s Nguyễn Thị Thếp
Maxwell (1831 – 1879),
nhà vật lý người Anh,
ông là người đầu tiên
phát hiện ra “ánh sáng
chính

ì
n
h
M
a
xwell”


∇.B = 0
 ∂t

∂ B

∂ D
− Phương trình thứ nhất mô tả định luật Gauss, cho biết đường
sức điện xuất phát hoặc kết
thúc ở các điện tích. Phương trình thứ hai mô tả các đường
sức của cảm ứng từ là khép kín
hoặc đi ra xa vô tận, từ đó không có cái gọi là “từ tích” hay
“đơn cực từ”.
− Hai phương trình còn lại mô tả sự kết hợp giữa điện và từ: từ
trường biến thiên sinh ra điện
trường xoáy, đến lượt mình điện trường biến thiên cũng sinh
ra từ trường xoáy.
Từ các phương trình trên, Maxwell đã ngạc nhiên khi phát
hiện ra rằng sóng điện từ thực
chất cũng chính là sóng ánh sáng. Bởi thứ nhất, ông đã dựa vào các
phương trình để vẽ ra một kịch
bản về cuộc hôn nhân giữa điện và từ, theo đó điện và từ trở thành
một cặp thống nhất không thể tách

ông được coi là nhà
thống
nhất vĩ đại thứ hai của
vật lý học.
IV.Ánh sáng: lưỡng tính sóng
hạt:
Cho đến đầu thế
kỉ XIX, quan
niệm ánh sáng là
sóng đã thực sự
được xác nhận,
đặc biệt là sau
kết luận của Maxwell
khẳng định ánh sáng là
sóng điện từ với vận tốc
là 300.000 km/s. Nhưng
một
vấn đề được đặt ra lúc
này là vận tốc này của
ánh sáng được tính so
với cái gì? Các phương
trình của
Maxwell không trả lời
được cho câu hỏi này.
Đi theo vết chân của
Newton, Maxwell nghĩ
hoàn toàn
tự nhiên rằng ánh sáng
lan truyền với vận tốc
300.000 km/s là so với

Albert Michelson
− Năm 1887, nhà vật lý người Mỹ, Albert Michelson (1852-
1931), và đồng nghiệp của ông
là Edward Morley (1838-1923) đã thực hiện một thí nghiệm tài tình
để kiểm tra sự tồn tại của ête.
Hai ông đã chế tạo một dụng cụ gọi là giao thoa kế, dựa trên nguyên
lý giao thoa của Thomas Young.
Trong giao thoa kế này, một chùm sáng có một tần số duy nhất được
chia làm hai chùm. Hai chùm
này đi theo hai con đường khác nhau nhưng có cùng chiều dài, một
theo phương chuyển động của trái
đất, một theo phương vuông góc rồi sau đó kết hợp với nhau. Đúng ở
thời điểm chúng tách
khỏi
nhau, hai chùm tia hoàn
toàn trùng khít với nhau,
nhưng khi chúng kết hợp
thì sự kết hợp phụ thuộc
vào vận tốc của hai
chùm tia ở thời điểm đó.
Nếu có xét đến sự
chuyển động của Trái
đất thì chắc
chắn là vận tốc của 2
chùm tia này là khác
nhau, nhưng kết quả thu
được lại hoàn toàn khác,
hai
Trang 12