|
Out
Out
==Lịch sử phát triển==
{{chính|Ánh sáng}}
[[Tập tin:Young Diffraction.png|nhỏ|200px|trái|[[Thí nghiệm khe Young|Thí nghiệm hai khe]] của [[Thomas Young (nhà khoa học)|Thomas Young]] năm 1805 chỉ ra rằng ánh sáng thể hiện giống như [[chuyển động sóng|sóng]], dẫn đến sự thất bại của thuyết [[hạt cơ bản|hạt]] ánh sáng.]]
Cho đến tận thế kỷ thứ mười tám, trong hầu hết các lý thuyết, ánh sáng được hình dung như là dòng các hạt. Mặt khác các mô hình hạt ánh sáng không giải thích một cách thuyết phục những hiện tượng như [[khúc xạ]], [[nhiễu xạ]] hay [[lưỡng chiết]] của ánh sáng, vì thế đã xuất hiện các lý thuyết sóng ánh sáng được đề xuất bởi [[René Descartes]] (1637),<ref>
{{chú thích sách
|last = Descartes|first = R.
|title = Discours de la méthode
|publisher = Imprimerie de Ian Maire
|year = 1637
|isbn = 0268008701
}} {{fr icon}}</ref> [[Robert Hooke]] (1665),<ref>
{{chú thích sách
|last = Hooke|first = R.
|year = 1667
|location = Luân Đôn (UK)
|publisher = Royal Society of London
|url = <!-- http://digital.library.wisc.edu/1711.dl/HistSciTech.HookeMicro -->http://digicoll.library.wisc.edu/cgi-bin/HistSciTech/HistSciTech-idx?id=HistSciTech.HookeMicro
|title = Micrographia: or some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying glasses with observations and inquiries thereupon...
|isbn = 0486495647
}}</ref> và [[Christian Huygens]] (1678);<ref>
{{chú thích sách
|last = Huygens|first = C.
|year = 1678
|title = Traité de la lumière
}} {{fr icon}}. [http://www.gutenberg.org/files/14725/14725-h/14725-h.htm Bản dịch tiếng Anh] xem tại [[Dự án Gutenberg]]</ref> tuy vậy, các mô hình hạt vẫn nổi trội hơn, đa phần là do thanh thế của [[Isaac Newton]] (một trong những người ủng hộ mạnh mẽ cho thuyết hạt).<ref name="Newton1730">
{{chú thích sách
|last = Newton|first = I.
|origyear = 1730
|year=1952
|title = Opticks
|edition=4th
|pages=Book II, Part III, Propositions XII–XX; Queries 25–29|nopp = true
|location=Dover (NY)
|publisher = Nhà xuất bản Dover
|isbn=0-486-60205-2
}}</ref> Đầu thế kỷ thứ mười chín, [[Thomas Young (nhà khoa học)|Thomas Young]] và [[Augustin-Jean Fresnel|August Fresnel]] minh chứng cho thấy ánh sáng thể hiện tính chất [[giao thoa]] và [[nhiễu xạ]] và cho đến năm 1850 mô hình sóng đã được chấp nhận rộng rãi.<ref>
{{chú thích sách
|last = Buchwald|first = J.Z.
|year = 1989
|title = The Rise of the Wave Theory of Light: Optical Theory and Experiment in the Early Nineteenth Century
|publisher = University of Chicago Press
|isbn=0-226-07886-8
|oclc = 18069573
}}</ref> Năm 1865, [[phương trình Maxwell|tiên đoán]] của Maxwell<ref name="maxwell">{{chú thích tạp chí
|last = Maxwell|first = J.C.
|year = 1865
|title = A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field
|journal = Philosophical Transactions of the Royal Society of London
|volume = 155 |pages = 459–512
|doi = 10.1098/rstl.1865.0008
}} Bài viết này bắt nguồn từ buổi thuyết trình của Maxwell ngày 8 tháng 12 năm 1864 tại Hội Hoàng gia.</ref> rằng ánh sáng là một sóng điện từ—và được xác nhận bằng thực nghiệm vào năm 1888 bằng sự phát hiện của [[Heinrich Hertz]] về [[radio|sóng radio]]<ref name="hertz">
{{chú thích tạp chí
|last = Hertz|first = H.
|year = 1888
|title = Über Strahlen elektrischer Kraft
|journal = Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften (Berlin)
|volume = 1888|pages = 1297–1307
}} {{de icon}}</ref>—dường như cuối cùng đã thổi bay mô hình hạt ánh sáng.
[[Tập tin:Light-wave.svg|nhỏ|340px|phải|Cho đến năm 1900, [[phương trình Maxwell|Mô hình lý thuyết]] của [[James Clerk Maxwell|Maxwell]] về ánh sáng là sự dao động của [[điện trường]] và [[từ trường]] có vẻ đã hoàn thiện. Tuy vậy, một vài quan sát thực nghiệm không thể giải thích được bằng bất kì một mô hình sóng nào của [[bức xạ điện từ]], đã dẫn đến ý tưởng cho rằng năng lượng của ánh sáng được gói lại thành những ''lượng tử'' miêu tả bằng E=hν. Những thí nghiệm sau đó chỉ ra rằng những lượng tử ánh sáng cũng mang động lượng và, do vậy, có thể xem là các [[hạt cơ bản|hạt]]: khái niệm ''photon'' đã được sinh ra, dẫn đến những hiểu biết sâu sắc hơn về chính điện trường và từ trường.]]
Tuy nhiên, lý thuyết sóng của Maxwell đã không miêu tả được ''mọi'' tính chất của ánh sáng. Lý thuyết Maxwell tiên đoán rằng năng lượng của sóng ánh sáng chỉ phụ thuộc vào [[cường độ (vật lý)|cường độ]] của nó, chứ không phụ thuộc vào [[tần số]] của nó; nhưng một số thí nghiệm độc lập khác lại chỉ ra rằng năng lượng ánh sáng truyền cho các [[nguyên tử]] chỉ phụ thuộc vào tần số của nó, mà không phụ thuộc vào cường độ. Ví dụ, [[quang hóa học|một số phản ứng quang hóa]] chỉ bỉ kích thích bởi ánh sáng với tần số cao hơn một ngưỡng xác định; nếu tần số ánh sáng thấp hơn thì sẽ không xảy ra, cho dù cường độ của tia sáng như thế nào. Tương tự, các [[electron]] có thể bật ra từ một tấm kim loại bị chiếu bởi ánh sáng có tần số đủ cao lên nó ([[hiệu ứng quang điện]]); năng lượng của electron bật ra phụ thuộc vào tần số ánh sáng, chứ không phải cường độ.<ref>Sự phát quang phụ thuộc vào tần số tia sáng tr. 276f., hiệu ứng quang điện phần 1.4 trong {{chú thích sách
|last=Alonso|first=M.
|last2=Finn|first2=E.J.
|title=Fundamental University Physics Volume III: Quantum and Statistical Physics
|publisher=[[Addison-Wesley]]
|isbn=0-201-00262-0
|year=1968
}}</ref><ref group="Ct">Nói rằng "cho dù cường độ tia sáng như thế nào" là nói đến cường độ nhỏ hơn xấp xỉ 10<sup>13</sup> W/cm<sup>2</sup> tại điểm [[lý thuyết nhiễu loạn]] không còn tác dụng. Ngược lại, khi chiếu với cường độ cao hơn, với ánh sáng khả kiến có cường độ xấp xỉ 10<sup>14</sup> W/cm<sup>2</sup>, mô hình sóng cổ điển miêu tả chính xác năng lượng mà electron bật ra nhận được, gọi là năng lượng trọng động (ponderomotive energy). (Xem thêm: Boreham ''et al.'' (1996). "[http://adsabs.harvard.edu/abs/1996AIPC..369.1234B Photon density and the correspondence principle of electromagnetic interaction]".) Lấy so sánh, ánh nắng có cường độ chỉ bằng 0.1 W/cm<sup>2</sup>.</ref>
Cũng trong thời gian này, những nghiên cứu về [[bức xạ vật đen]] đã trải qua trên bốn thập kỷ (1860–1900) bởi nhiều nhà nghiên cứu khác nhau<ref name="Wien1911">
{{chú thích web
|last=Wien |first=W. |authorlink=Wilhelm Wien
|year=1911
|url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1911/wien-lecture.html
|title = Wilhelm Wien Nobel Lecture
}}</ref> và đỉnh cao là [[hằng số Planck|giả thuyết]] của Max Planck<ref name="Planck1901">
{{chú thích tạp chí
|last = Planck|first = M.
|year = 1901
|title = Über das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum
|journal = [[Annalen der Physik]]
|volume = 4|pages = 553–563
|doi = 10.1002/andp.19013090310
}} {{de icon}} [http://web.archive.org/web/20080418002757/http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Planck-1901/Planck-1901.html Bản dịch tiếng Anh]</ref><ref name="Planck1918">
{{chú thích web
|last=Planck |first=M.
|year=1920
|url = http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1918/planck-lecture.html
|title = Max Planck's Nobel Lecture
}}</ref> rằng năng lượng của bức xạ điện từ mà ''bất kì'' hệ nào hấp thụ hay phát ra bức xạ với tần số ''ν'' là một số nguyên lần của lượng tử năng lượng ''E=hν''. Như được chỉ ra bởi [[Albert Einstein]],<ref name="Einstein1905" /><ref name="Einstein1909" /> dạng lượng tử năng lượng ''phải'' được kể đến cho sự cân bằng nhiệt động quan sát thấy giữa vật chất và [[bức xạ điện từ]]; và để ghi nhận sự giải thích cho [[hiệu ứng quang điện]], Einstein nhận được [[giải Nobel]] về vật lý năm 1921.<ref>Lời giới thiệu của [[Svante Arrhenius]] cho giải Nobel Vật lý năm 1921, ngày 10 tháng 12, năm 1922.[http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1921/press.html Văn bản online] tại [nobelprize.org], Quỹ Nobel 2008. Truy cập ngày 2008-12-05.</ref>
Do lý thuyết Maxwell về ánh sáng cho phép mọi năng lượng có thể của bức xạ điện từ, nên ban đầu nhiều nhà vật lý cho rằng sự lượng tử hóa năng lượng là do một số giới hạn chưa được biết đến về quá trình bức xạ hay hấp thụ của vật chất. Năm 1905, Einstein lần đầu tiên đề xuất rằng năng lượng lượng tử hóa là một tính chất của chính bức xạ điện từ.<ref name="Einstein1905" /> Mặc dù ông cũng công nhận lý thuyết của Maxwell, Einstein chỉ ra rằng nhiều thí nghiệm dị thường không thể giải thích được nếu ''năng lượng'' của sóng ánh sáng theo lý thuyết Maxwell bị định xứ thành những lượng tử dạng điểm mà di chuyển một cách độc lập với nhau, thậm chí nếu sóng lan truyền liên tục trong không gian.<ref name="Einstein1905" /> Năm 1909<ref name="Einstein1909">
{{chú thích tạp chí
|last = Einstein|first = A.
|year = 1909
|title = Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung|url=http://www.ekkehard-friebe.de/EINSTEIN-1909-P.pdf
|journal = [[Physikalische Zeitschrift]]
|volume = 10 |pages = 817–825
}} {{de icon}}. [[s:The Development of Our Views on the Composition and Essence of Radiation|Bản dịch tiếng Anh]] có tại [[Wikisource]].
</ref> và 1916,<ref name="Einstein1916b">
{{chú thích tạp chí
|last = Einstein|first = A.
|year = 1916
|title = Zur Quantentheorie der Strahlung
|journal = Mitteilungen der Physikalischen Gesellschaft zu Zürich
|volume = 16|pages = 47
}} Also ''Physikalische Zeitschrift'', '''18''', 121–128 (1917). {{de icon}}</ref> Einstein chỉ ra rằng, nếu [[định luật Planck về bức xạ vật đen]] là đúng, thì lượng tử năng lượng cũng phải mang [[động lượng]] với giá trị ''p=h/λ'', khiến chúng có đầy đủ tính chất của một [[hạt cơ bản|hạt]]. Động lượng của photon đã được quan sát bằng thực nghiệm<ref name="Compton1923">
{{chú thích tạp chí
|last = Compton|first = A.
|year = 1923
|title = A Quantum Theory of the Scattering of X-rays by Light Elements
|url=https://history.aip.org/history/exhibits/gap/Compton/Compton.html
|journal = Physical Review
|volume = 21|pages = 483–502
|doi = 10.1103/PhysRev.21.483
}}</ref> bởi [[Arthur Compton]], và nhờ thí nghiệm này mà ông nhận được [[giải Nobel]] vật lý năm 1927. Do vậy một câu hỏi chủ chốt là: làm thế nào để thống nhất được thuyết sóng của Maxwell với những quan sát thực nghiệm về bản chất hạt của ánh sáng? Câu hỏi này đã đi theo suốt cuộc đời của Albert Einstein,<ref name="Pais1982">
{{chú thích sách
|last = Pais|first = A.
|year = 1982
|title = Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein
|url = http://www.questia.com/read/74596612/subtle-is-the-lord-the-science-and-the-life-of-albert
|publisher = Oxford University Press
|isbn = 0-198-53907-X
}}</ref> và được giải quyết trong [[điện động lực học lượng tử]] và lý thuyết sau nó, [[Mô hình chuẩn]] (xem [[Photon#Sự lượng tử hóa lần hai|Sự lượng tử hóa lần hai]] và [[Photon#Photon là boson gauge|Photon là boson gauge]], bên dưới).
==Những phản đối ban đầu==
| 