Khác biệt giữa bản sửa đổi của “Ánh sáng”
Nội dung được xóa Nội dung được thêm vào
Dòng 48:
== Tốc độ ánh sáng ==
{{Chính|Vận tốc ánh sáng}}Tốc độ ánh sáng trong [[chân không]] được xác định chính xác là 299.792.458[[Mét trên giây|m/s]] (xấp xỉ 186.282 dặm mỗi giây). Giá trị cố định của tốc độ ánh sáng tính bằng đơn vị SI là kết quả của thực tế rằng mét hiện được định nghĩa theo tốc độ ánh sáng. Tất cả các dạng bức xạ điện từ đều chuyển động với tốc độ chính xác như nhau trong chân không.
Các [[nhà vật lý]] khác nhau đã cố gắng đo tốc độ ánh sáng trong suốt lịch sử. [[Galileo Galilei|Galileo]] đã cố gắng đo tốc độ ánh sáng vào thế kỷ XVII. Một thí nghiệm ban đầu để đo tốc độ ánh sáng được tiến hành bởi [[Ole Rømer]], một nhà vật lý người Đan Mạch, vào năm 1676. Sử dụng [[Kính viễn vọng|kính thiên văn]], Rømer quan sát chuyển động của [[Sao Mộc]] và một trong những [[Vệ tinh tự nhiên|mặt trăng]] của nó, [[Io (vệ tinh)|Io]] . Nhận thấy sự khác biệt trong chu kỳ biểu kiến của quỹ đạo Io, ông tính toán rằng ánh sáng mất khoảng 22 phút để đi qua đường kính của quỹ đạo Trái đất. <ref>{{Chú thích tạp chí|last=Oldford|first=R. W|last2=MacKay|first2=R. J|year=2000|title=Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light|url=http://projecteuclid.org/DPubS/Repository/1.0/Disseminate?view=body&id=pdf_1&handle=euclid.ss/1009212817|journal=Statistical Science|volume=15|issue=3|pages=254–278|doi=10.1214/ss/1009212817|mr=1847825|doi-access=free}}</ref> Tuy nhiên, kích thước của nó vẫn chưa được biết đến vào thời điểm đó. Nếu Rømer biết đường kính của quỹ đạo Trái Đất, Rømer sẽ tính được tốc độ ánh sáng là 227.000.000 m/s.
Dòng 108:
== Áp lực ánh sáng ==
Ánh sáng gây áp lực vật lý lên các vật thể trên đường đi của nó, một hiện tượng có thể được suy ra bằng phương trình Maxwell, nhưng có thể dễ dàng giải thích hơn bằng bản chất hạt của ánh sáng: các photon va chạm và truyền động lượng của chúng. Áp suất ánh sáng bằng công suất của chùm sáng chia cho ''[[Tốc độ ánh sáng|c]]'', tốc độ ánh sáng. Do độ lớn của ''c'' nên tác dụng của áp suất ánh sáng đối với các vật hàng ngày là không đáng kể. Ví dụ, một [[ Con trỏ laser|con trỏ laser]] một miliwatt tác động một lực khoảng 3,3 [[Newton (đơn vị)|piconewton]] lên vật thể được chiếu sáng; do đó, người ta có thể nâng một
Mặc dù chuyển động của [[ Máy đo bức xạ Crookes|máy đo bức xạ Crookes]] ban đầu được cho là do áp suất ánh sáng, cách giải thích này không chính xác; sự quay Crookes đặc trưng là kết quả của chân không một phần. <ref>P. Lebedev, Untersuchungen über die Druckkräfte des Lichtes, Ann. Phys. 6, 433 (1901).</ref> Điều này không nên nhầm lẫn với các máy đo bức xạ Nichols, trong đó (nhẹ) chuyển động gây ra bởi mô-men xoắn (mặc dù không đủ để xoay đầy đủ chống lại ma sát) ''được'' trực tiếp gây ra bởi áp lực
Thông thường động lượng ánh sáng phù hợp với hướng chuyển động của nó. Tuy nhiên, ví dụ trong [[ Sóng Evanescent|sóng]] phát ra xung lượng là phương ngang với hướng truyền. <ref>{{Chú thích tạp chí|last=Antognozzi|first=M.|last2=Bermingham|first2=C. R.|last3=Harniman|first3=R. L.|last4=Simpson|first4=S.|last5=Senior|first5=J.|last6=Hayward|first6=R.|last7=Hoerber|first7=H.|last8=Dennis|first8=M. R.|last9=Bekshaev|first9=A. Y.|date=August 2016|title=Direct measurements of the extraordinary optical momentum and transverse spin-dependent force using a nano-cantilever|journal=Nature Physics|volume=12|issue=8|pages=731–735|arxiv=1506.04248|doi=10.1038/nphys3732|issn=1745-2473}}</ref>
Dòng 137:
{{Chính|Lý thuyết hạt ánh sáng}}
[[Tập tin:PierreGassendi.jpg|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin:PierreGassendi.jpg|nhỏ|245x245px|[[Pierre Gassendi]].]]
[[Pierre Gassendi]] (1592–1655), một nhà nguyên tử học, đã đề xuất một lý thuyết về hạt của ánh sáng được công bố sau những năm 1660. [[Isaac Newton|Isaac Newton đã]] nghiên cứu công trình của Gassendi ngay từ khi còn nhỏ, và thích quan điểm của ông hơn lý thuyết của Descartes về ''
Lý thuyết của Newton có thể được sử dụng để dự đoán sự [[phản xạ]] của ánh sáng, nhưng chỉ có thể giải thích [[Khúc xạ|sự khúc xạ]] bằng cách giả định không chính xác rằng ánh sáng được gia tốc khi đi vào một [[ Trung bình (quang học)|môi trường]] đặc hơn vì [[Tương tác hấp dẫn|lực hấp dẫn]] lớn hơn. Newton đã xuất bản phiên bản cuối cùng của lý thuyết của mình trong tác phẩm ''[[Opticks]]'' năm 1704. Danh tiếng của ông đã giúp [[Lưỡng tính sóng-hạt|lý thuyết hạt ánh sáng]] tiếp tục giữ uy tín trong thế kỷ 18. Lý thuyết hạt của ánh sáng khiến [[Pierre-Simon Laplace|Laplace]] lập luận rằng một vật thể có khối lượng lớn đến mức ánh sáng không thể thoát ra khỏi nó. Nói cách khác, nó sẽ trở thành cái mà bây giờ được gọi là [[lỗ đen]] . Laplace đã rút lại đề xuất của mình sau đó, sau khi lý thuyết sóng của ánh sáng đã được thiết lập vững chắc như là mô hình cho ánh sáng (như đã được giải thích, cả lý thuyết hạt hay sóng đều không hoàn toàn đúng). Bản dịch bài luận của Newton về ánh sáng xuất hiện trong ''Cấu trúc quy mô lớn của không-thời gian'', của [[Stephen Hawking]] và [[ George FR Ellis|George F. R. Ellis]] .
Dòng 145:
=== Lý thuyết sóng ánh sáng ===
{{Chính|Lý thuyết sóng ánh sáng}}
[[Tập tin:Christiaan_Huygens-painting.jpeg|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin:Christiaan_Huygens-painting.jpeg|nhỏ|262x262px|[[Christiaan Huygens]] .]]
[[Tập tin:Young_Diffraction.png|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin:Young_Diffraction.png|phải|nhỏ|200x200px|Bản phác thảo của [[Thomas Young (nhà vật lý)|Thomas Young]] về [[Thí nghiệm khe Young|thí nghiệm khe kép]] cho thấy [[nhiễu xạ]] . Các thí nghiệm của Young đã ủng hộ lý thuyết rằng ánh sáng bao gồm sóng.]]
Để giải thích nguồn gốc của [[màu sắc]], [[Robert Hooke]] (1635–1703) đã phát triển một "lý thuyết xung" và so sánh sự lan truyền của ánh sáng với sự lan truyền của sóng trong nước trong tác phẩm năm 1665 của ông là ''[[ Micrographia|Micrographia]]'' ("Quan sát IX"). Năm 1672, Hooke cho rằng dao động của ánh sáng có thể [[vuông góc]] với hướng truyền. [[Christiaan Huygens]] (1629–1695) đã đưa ra lý thuyết sóng toán học của ánh sáng vào năm 1678, và xuất bản nó trong ''[[ Điều trị về ánh sáng|cuốn luận thuyết về ánh sáng]]'' vào năm 1690. Ông đề xuất rằng ánh sáng được phát ra theo mọi hướng dưới dạng một chuỗi sóng trong một môi trường được gọi là ''[[Ête (vật lý)|Luminiferous ether]]'' . Vì sóng không bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn, nên người ta cho rằng chúng chậm lại khi đi vào một môi trường dày đặc hơn. <ref>Fokko Jan Dijksterhuis, [https://books.google.com/books?id=cPFevyomPUIC Lenses and Waves: Christiaan Huygens and the Mathematical Science of Optics in the 17th Century], Kluwer Academic Publishers, 2004, {{ISBN|1-4020-2697-8}}</ref>
Lý thuyết sóng dự đoán rằng sóng ánh sáng có thể giao thoa với nhau giống như sóng âm thanh (như được ghi nhận vào khoảng năm 1800 bởi [[Thomas Young (nhà vật lý)|Thomas Young]] ). Young đã chỉ ra bằng một [[Thí nghiệm khe Young|thí nghiệm nhiễu xạ]] rằng ánh sáng hoạt động như sóng. Ông cũng đề xuất rằng các [[màu sắc]] khác nhau là do các [[bước sóng]] ánh sáng khác nhau tạo ra và giải thích khả năng nhìn màu về các thụ thể ba màu trong mắt. Một người ủng hộ lý thuyết sóng là [[Leonhard Euler]] . Ông lập luận trong ''Nova theoria lucis et colorum'' (1746) rằng [[nhiễu xạ]] có thể dễ dàng giải thích hơn bằng lý thuyết sóng. Năm 1816, [[André-Marie Ampère]] đã đưa ra ý tưởng cho [[Augustin-Jean Fresnel]] rằng sự phân cực của ánh sáng có thể được giải thích bằng lý thuyết sóng nếu ánh sáng là [[sóng ngang]] . <ref>James R. Hofmann, ''André-Marie Ampère: Enlightenment and Electrodynamics'', Cambridge University Press, 1996, p. 222.</ref>
Sau đó, Fresnel đã độc lập nghiên cứu lý thuyết sóng ánh sáng của riêng mình, và trình bày nó cho [[Viện Hàn lâm Khoa học Pháp|Académie des Sciences]] năm 1817. [[Siméon-Denis Poisson|Siméon Denis Poisson]] đã bổ sung vào công trình toán học của Fresnel để đưa ra một lập luận thuyết phục ủng hộ lý thuyết sóng, giúp lật ngược lý thuyết phân tử của Newton. Đến năm 1821, Fresnel đã có thể chỉ ra bằng các phương pháp toán học rằng sự phân cực có thể được giải thích bằng lý thuyết sóng của ánh sáng nếu và chỉ khi ánh sáng hoàn toàn là phương ngang, không có dao động dọc nào. {{Cần chú thích|date=June 2018}}
Điểm yếu của lý thuyết sóng là sóng ánh sáng, giống như sóng âm thanh, sẽ cần một môi trường để truyền. Sự tồn tại của chất giả thuyết ''aether phát sáng'' do Huygens đề xuất năm 1678 đã bị nghi ngờ mạnh mẽ vào cuối thế kỷ XIX bởi [[Thí nghiệm Michelson-Morley|thí nghiệm Michelson – Morley]] .
Lý thuyết phân tử của Newton ngụ ý rằng ánh sáng sẽ truyền đi nhanh hơn trong môi trường dày đặc hơn, trong khi lý thuyết sóng của Huygens và những người khác ngụ ý ngược lại. Vào thời điểm đó, [[tốc độ ánh sáng]] không thể được đo đủ chính xác để quyết định lý thuyết nào là đúng. Người đầu tiên thực hiện một phép đo đủ chính xác là [[Léon Foucault]], vào năm 1850. <ref>{{Chú thích sách|url=https://books.google.com/?id=rpQo7f9F1xUC&pg=PA382|title=Understanding Physics|last=David Cassidy|last2=Gerald Holton|last3=James Rutherford|publisher=Birkhäuser|year=2002|isbn=978-0-387-98756-9}}</ref> Kết quả của ông đã ủng hộ lý thuyết sóng, và lý thuyết hạt cổ điển cuối cùng đã bị loại bỏ, chỉ một phần xuất hiện trở lại vào thế kỷ 20.
=== Lý thuyết điện từ ===
{{Chính|Lý thuyết điện từ}}
[[Tập tin:Light-wave.svg|liên_kết=https://vi.wikipedia.org/wiki/T%E1%BA%ADp%20tin:Light-wave.svg|nhỏ|360x360px|Bản vẽ 3 chiều của sóng ánh sáng [[Phân cực|phân cực tuyến tính bị]] đóng băng theo thời gian và hiển thị hai thành phần dao động của ánh sáng; một [[điện trường]] và một [[từ trường]] vuông góc với nhau và hướng của chuyển động ( [[sóng ngang]] ).]]
Năm 1845, [[Michael Faraday]] phát hiện ra rằng mặt phẳng phân cực của ánh sáng phân cực tuyến tính quay khi các tia sáng truyền dọc theo hướng [[từ trường]] với sự có mặt của [[Điện môi|chất điện môi]] trong suốt, một hiệu ứng ngày nay được gọi là [[ Vòng quay Faraday|quay Faraday]] . <ref name="LongairMalcolm">{{Chú thích sách|url=https://archive.org/details/theoreticalconce00mslo|title=Theoretical Concepts in Physics|last=Longair|first=Malcolm|year=2003|page=[https://archive.org/details/theoreticalconce00mslo/page/n106 87]|url-access=limited}}</ref> Đây là bằng chứng đầu tiên cho thấy ánh sáng có liên quan đến [[Điện từ học|điện từ]] . Năm 1846, ông suy đoán rằng ánh sáng có thể là một dạng nhiễu loạn nào đó lan truyền dọc theo các đường sức từ. <ref name="LongairMalcolm" /> Năm 1847, Faraday đề xuất rằng ánh sáng là một dao động điện từ tần số cao, có thể lan truyền ngay cả khi không có môi trường như ête. <ref>{{Chú thích sách|title=Understanding Physics|last=Cassidy|first=D|publisher=Springer Verlag New York|year=2002|isbn=|location=|pages=}}</ref>
Công việc của Faraday đã truyền cảm hứng cho [[James Clerk Maxwell]] nghiên cứu bức xạ điện từ và ánh sáng. Maxwell phát hiện ra rằng sóng điện từ tự lan truyền sẽ truyền trong không gian với một tốc độ không đổi, tương đương với tốc độ ánh sáng đã đo được trước đó. Từ đó, Maxwell kết luận rằng ánh sáng là một dạng bức xạ điện từ: lần đầu tiên ông phát biểu kết quả này vào năm 1862 trên tạp chí ''On Physical Lines of Force'' . Năm 1873, ông xuất bản ''[[ Chuyên luận về Điện và Từ trường|một luận thuyết về điện và từ]]'', trong đó có một mô tả toán học đầy đủ về hoạt động của điện trường và từ trường, vẫn được gọi là [[phương trình Maxwell]] . Ngay sau đó, [[Heinrich Hertz]] đã xác nhận lý thuyết của Maxwell bằng thực nghiệm bằng cách tạo và phát hiện các sóng vô tuyến trong phòng thí nghiệm, và chứng minh rằng những sóng này hoạt động chính xác như ánh sáng nhìn thấy, thể hiện các đặc tính như phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và giao thoa. Lý thuyết của Maxwell và các thí nghiệm của Hertz đã trực tiếp dẫn đến sự phát triển của vô tuyến, radar, truyền hình, hình ảnh điện từ và truyền thông không dây hiện đại.
Trong lý thuyết lượng tử, các photon được xem như các [[ Gói sóng|gói sóng]] của các sóng được mô tả trong lý thuyết cổ điển của Maxwell. Lý thuyết lượng tử cần thiết để giải thích các hiệu ứng ngay cả với ánh sáng thị giác mà lý thuyết cổ điển của Maxwell không thể giải thích được (chẳng hạn như [[Vạch quang phổ|các vạch quang phổ]] ).
=== Lý thuyết lượng tử ánh sáng ===
{{Chính|Cơ học lượng tử}}
Năm 1900, [[Max Planck]], cố gắng giải thích [[bức xạ vật đen]], cho rằng mặc dù ánh sáng là một sóng, nhưng những sóng này chỉ có thể thu được hoặc mất năng lượng với một lượng hữu hạn liên quan đến tần số của chúng. Planck gọi những "cục" năng lượng ánh sáng này là " [[lượng tử]] " (từ một từ tiếng Latinh có nghĩa là "bao nhiêu"). Năm 1905, Albert Einstein sử dụng ý tưởng về lượng tử ánh sáng để giải thích [[hiệu ứng quang điện]], và cho rằng những lượng tử ánh sáng này có sự tồn tại "thực". Năm 1923, [[Arthur Compton|Arthur Holly Compton]] đã chỉ ra rằng sự dịch chuyển bước sóng khi tia X cường độ thấp tán xạ từ các electron (gọi là [[Hiệu ứng Compton|tán xạ Compton]] ) có thể được giải thích bằng lý thuyết hạt của tia X, nhưng không phải là lý thuyết sóng. Năm 1926, [[Gilbert N. Lewis]] đặt tên cho các hạt lượng tử ánh sáng này là [[photon]] . <ref>{{Open access}} {{Chú thích sách|url=https://archive.org/details/IntroductionToMolecularSpectroscopy|title=Introduction to Molecular Spectroscopy|last=Barrow|first=Gordon M.|publisher=McGraw-Hill|year=1962|format=Scanned PDF|lccn=62-12478}}</ref>
Cuối cùng lý thuyết hiện đại của [[cơ học lượng tử]] đã hình dung ánh sáng (theo một nghĩa nào đó) ''vừa'' là hạt vừa là sóng, và (theo một nghĩa khác), như một hiện tượng ''không phải'' là hạt cũng không phải là sóng (thực chất là các hiện tượng vĩ mô, chẳng hạn như bóng chày hoặc sóng biển). Thay vào đó, vật lý hiện đại coi ánh sáng là thứ có thể được mô tả đôi khi bằng toán học thích hợp với một kiểu ẩn dụ vĩ mô (hạt), và đôi khi là một phép ẩn dụ vĩ mô khác (sóng nước), nhưng thực sự là một thứ không thể hình dung hết được. Như trong trường hợp đối với sóng vô tuyến và tia X liên quan đến tán xạ Compton, các nhà vật lý đã lưu ý rằng bức xạ điện từ có xu hướng hoạt động giống như sóng cổ điển ở tần số thấp hơn, nhưng giống hạt cổ điển hơn ở tần số cao hơn, nhưng không bao giờ mất đi hoàn toàn. phẩm chất của cái này hay cái khác. Ánh sáng nhìn thấy, chiếm tần số trung bình, có thể dễ dàng hiển thị trong các thí nghiệm để mô tả được bằng cách sử dụng mô hình sóng hoặc hạt, hoặc đôi khi cả hai.
Vào tháng Hai năm 2018, các nhà khoa học thông báo, lần đầu tiên, việc phát hiện ra một hình thức mới của ánh sáng, có thể liên quan đến [[ Polariton|polariton]], đó có thể hữu ích trong việc phát triển [[Máy tính lượng tử|các máy tính lượng tử]] . <ref name="NW-20180216">{{Chú thích web|url=http://www.newsweek.com/photons-light-physics-808862|tựa đề=Physics Creates New Form of Light That Could Drive The Quantum Computing Revolution|tác giả=Hignett|tên=Katherine|ngày=16 February 2018|website=Newsweek|ngày truy cập=17 February 2018}}</ref> <ref name="SCI-20180216">{{Chú thích tạp chí|last=Liang, Qi-Yu|displayauthors=etal|date=16 February 2018|title=Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium|journal=[[Science (journal)|Science]]|volume=359|issue=6377|pages=783–786|arxiv=1709.01478|bibcode=2018Sci...359..783L|doi=10.1126/science.aao7293|pmc=6467536|pmid=29449489}}</ref>
== Biểu tượng ==
| |||