Trong suốt lịch sử, nhân loại đã nghĩ về bản chất của một hiện tượng như ánh sáng. Từ thời cổ đại cho đến ngày nay, những ý tưởng về nó đã thay đổi và ngày càng hoàn thiện. Các giả thuyết phổ biến nhất có xu hướng cho rằng ánh sáng là hạt hay sóng. Ngành khoa học hiện đại nghiên cứu bản chất và hành vi của ánh sáng được gọi là quang học.
Lịch sử phát triển các ý tưởng về ánh sáng
Theo ý tưởng của các triết gia Hy Lạp cổ đại, chẳng hạn như Aristotle, ánh sáng là tia phát ra từ mắt người. Thông qua ête, một chất trong suốt lấp đầy không gian, những tia này lan truyền, cho phép một người nhìn thấy các vật thể.
Một triết gia khác, Plato, cho rằng mặt trời là nguồn ánh sáng trên Trái đất.
Nhà triết học và toán học Pythagoras tin rằng các hạt nhỏ bay ra từ các vật thể. Khi nhìn vào mắt người, chúng cho chúng ta hình dung về sự xuất hiện của những vật thể này.
Mặc dù có vẻ ngây thơ, nhưng những giả thuyết này đã đặt nền tảng cho sự phát triển hơn nữa của tư tưởng.
Vì vậy, vào thế kỷ 17, nhà khoa học người Đức Johannes Keplerthể hiện một lý thuyết gần với ý tưởng của Plato và Pythagoras. Theo ý kiến của ông, ánh sáng là một hạt, hay chính xác hơn là một dòng hạt lan truyền từ một nguồn nào đó.
Giả thuyết cơ bắp của Newton
Nhà khoa học Isaac Newton đã đưa ra một lý thuyết kết hợp những ý kiến trái ngược nhau ở một mức độ nào đó về hiện tượng này.
Theo giả thuyết của Newton, ánh sáng là một hạt có tốc độ chuyển động rất cao. Các khối hình truyền trong một môi trường đồng nhất, chuyển động đồng đều và có hướng tuyến tính từ nguồn sáng. Nếu luồng các hạt này đi vào mắt, thì người đó quan sát được nguồn của nó.
Theo nhà khoa học, các tiểu thể có kích thước khác nhau, tạo ấn tượng về các màu sắc khác nhau. Ví dụ, các hạt lớn góp phần vào việc một người nhìn thấy màu đỏ. Ông lập luận về hiện tượng phản xạ một luồng ánh sáng bởi sự bật lại của các hạt từ một rào cản rắn.
Nhà khoa học giải thích màu trắng là sự kết hợp của tất cả các màu của quang phổ. Kết luận này là cơ sở cho lý thuyết phân tán của ông, một hiện tượng mà ông phát hiện ra vào năm 1666.
Các giả thuyết của Newton được những người cùng thời với ông chấp nhận rất nhiều, giải thích được nhiều hiện tượng quang học.
Lý thuyết sóng của Huygens
Một nhà khoa học khác cùng thời, Christian Huygens, không đồng ý rằng ánh sáng là một hạt. Ông đưa ra giả thuyết sóng về bản chất của ánh sáng.
Huygens tin rằng tất cả không gian giữa các vật thể và trong bản thân các vật thể đều chứa đầy ête, và bức xạ ánh sáng là các xung, sóng lan truyền trong ête này. Mỗi phần của ête, nơi phát ra ánh sángsóng trở thành một nguồn gọi là sóng thứ cấp. Các thí nghiệm về giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng đã khẳng định khả năng giải thích sóng về bản chất của ánh sáng.
Lý thuyết
Huygens không được công nhận nhiều vào thời của ông, vì hầu hết các nhà khoa học có xu hướng coi ánh sáng là một hạt. Tuy nhiên, sau đó nó đã được nhiều nhà khoa học, chẳng hạn như Jung và Fresnel, chấp nhận và cải tiến.
Phát triển thêm các quan điểm
Câu hỏi ánh sáng là gì trong vật lý tiếp tục chiếm lấy tâm trí của các nhà khoa học. Vào thế kỷ 19, James Clerk Maxwell đã phát triển lý thuyết rằng bức xạ ánh sáng là sóng điện từ tần số cao. Ý tưởng của ông dựa trên thực tế là tốc độ ánh sáng trong chân không bằng tốc độ sóng điện từ.
Năm 1900, Max Planck đưa thuật ngữ "lượng tử" vào khoa học, được dịch là "phần", "lượng nhỏ". Theo Planck, bức xạ của sóng điện từ không xảy ra liên tục mà theo từng phần, ở dạng lượng tử.
Những ý tưởng này được phát triển bởi Albert Einstein. Ông cho rằng ánh sáng không chỉ được phát ra, mà còn được hấp thụ và lan truyền bởi các hạt. Để chỉ định chúng, ông đã sử dụng từ "photon" (thuật ngữ lần đầu tiên được đề xuất bởi Gilbert Lewis).
Lưỡng tính sóng hạt
Giải thích hiện đại về bản chất của ánh sáng nằm trong khái niệm về tính đối ngẫu sóng-hạt. Bản chất của hiện tượng này là vật chất có thể biểu hiện các tính chất của cả sóng và hạt. Ánh sáng là một ví dụ về vật chất như vậy. Các nghiên cứu của các nhà khoa học đã đưa ra những ý kiến trái ngược nhau là xác nhận về bản chất kép của ánh sáng. Ánh sáng đồng thời vừa là hạt vừa là sóng. Mức độ biểu hiện của từng tính chất này phụ thuộc vào điều kiện vật chất cụ thể. Trong một số trường hợp, ánh sáng thể hiện các đặc tính của sóng điện từ, xác nhận lý thuyết sóng về nguồn gốc của nó, trong các trường hợp khác, ánh sáng là một dòng các tiểu thể (photon). Điều này tạo cơ sở để khẳng định rằng ánh sáng là một hạt.
Ánh sáng đã trở thành vật chất đầu tiên trong lịch sử vật lý, công nhận sự hiện diện của thuyết nhị nguyên sóng cơ. Sau đó, tính chất này được phát hiện trong một số vấn đề khác, ví dụ, hành vi sóng được quan sát thấy trong các phân tử và nucleon.
Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng ánh sáng là một hiện tượng độc nhất vô nhị, lịch sử phát triển của những ý tưởng đã có hơn hai nghìn năm. Theo cách hiểu hiện đại về hiện tượng này, ánh sáng có bản chất kép, thể hiện tính chất của cả sóng và hạt.
