Trong thí nghiệm I- âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu đồng thời 3 bức xạ đơn sắc có bước sóng λ1 \= 0,4 μm, λ2 \= 0,5 μm, λ3 \= 0,6 μm. Trên màn quan sát ta hứng được hệ vân giao thoa, trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất cùng màu với vân sáng trung tâm, ta quan sát được số vân sáng bằng Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng ánh sáng có cả 2 thuộc tính là sóng và hạt. Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng đã được Einstein dự đoán lần đầu tiên vào năm 1909 nhưng từ đó đến nay, chưa có thí nghiệm nào có thể cho thấy ánh sáng thể hiện cả 2 trạng thái cùng một lúc. Bằng kỹ thuật sử dụng các electron để bắt chuyển động của ánh sáng, các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Lansanne Thụy Sĩ (EPFL) đã chụp được bức ảnh đầu tiên thể hiện được tính chất đặc biệt này. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature mới đây. Show Cơ học lượng tử nói với chúng ta rằng ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt. Về cơ bản, khi tia UV chạm vào bề mặt kim loại, nó sẽ gây ra sự phát xạ electron. Đây là hiệu ứng "quang điện" và Einstein đã dựa vào đó để đề xuất rằng ánh sáng cũng có tính hạt chứ không chỉ có duy nhất tính sóng như lập luận trước đó. Nhiều thí nghiệm đã chứng minh dự đoán của Einstein là đúng, nhưng chưa ai thực tế thấy được đồng thời 2 thuộc tính này diễn ra đồng thời. Trước giờ, điều duy nhất mà người ta làm được là nhìn thấy hoặc là sóng, hoặc là hạt tại 2 thời điểm khác nhau. Video giải thích thí nghiệm chụp lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng Nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Fabrizio Carbone tại EPFL đã sử dụng một cách tiếp cận hoàn toàn mới giúp chúng ta có thể nhìn tận mắt điều này. Thử nghiệm được bố trí như sau: một xung ánh sáng laser được bắn vào một sợi dây kim loại có kích thước nano. Laser sẽ cung cấp năng lượng cho các hạt trong sợi dây và làm chúng dao động. Ánh sáng di chuyển trong sợi dây siêu nhỏ với 2 hướng khác nhau. Khi 2 sóng ánh sáng di chuyển theo hướng đối diện nhau, chúng sẽ hình thành nên một sóng khác trông như đang đứng yên tại một vị trí. Tại đó, sóng đứng trở thành nguồn sáng và bức xạ xung quanh sợi dây.  Tiếp theo, các nhà khoa học đã thực hiện một thủ thuật nhỏ: Họ bắn 1 dòng electron gần sợi dây nano để quan sát được hình ảnh của sóng đứng (tương tự như đổ thuốc nhuộm lên dòng sông để quan sát dòng chảy của nó). Khi các electron tương tác với ranh giới ánh sáng trên sợi dây nano, chúng sẽ di chuyển nhanh lên hoặc chậm lại. Bằng cách sử dụng kính hiển vi siêu nhanh nhằm chụp lại vị trí thay đổi tốc độ, nhóm nghiên cứu đã có thể thấy được sóng đứng. Đây chính là dấu chỉ chứng minh cho bản chất sóng của ánh sáng. Ngoài việc cho thấy bản chất sóng của ánh sáng, đồng thời thí nghiệm này cũng chứng minh khía cạnh hạt. Khi các electron đi qua vị trí gần sóng dừng, chúng sẽ "chạm" vào các photon và làm thay đổi tốc độ của nó, khiến nó nhanh lên hoặc chậm đi. Sự thay đổi tốc độ này đã chứng minh sự trao đổi các "gói năng lượng" (quanta) giữa electron và photon. Chính sự xuất hiện của các gói năng lượng này là dấu chỉ cho đặc tính hạt của ánh sáng bên trong sợi dây nano. Giáo sư Fabrizio Carbone cho biết: "Thí nghiệm này đã chứng minh rằng, lần đầu tiên trong lịch sử, chúng ta có thể trực tiếp chụp lại cơ chế lượng tử, thứ vốn được xem là đầy nghịch lý." Thêm vào đó, nghiên cứu lần này còn có ý nghĩa hết sức quan trọng, mở ra nhiều khám phá khác vượt xa tầm hiểu biết của khoa học hiện tại. Điển hình như việc ghi hình và kiểm soát hiện tượng lượng tử dưới kích thước nano có thể mở ra hướng đi mới cho sự phát triển của máy tính lượng tử trong tương lai. Ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt. Điều mà học sinh lớp 12 nào ôn thi đại học cũng biết và phải biết. Nhưng môn Sinh 11 cũng có liên quan một ít đến tính chất này. Thời điểm bài QUANG HỢP được dạy trong chương trình Sinh học 11 là lúc nội dung này chưa xuất hiện trong đầu các bạn học sinh. Để bổ trợ, thầy nêu sơ những hiểu biết căn bản nhất, nhằm giúp các bạn hình dung được và hiểu bài Sinh dễ dàng hơn!
Trong thí nghiệm của Young, các khe sáng thứ hai, thứ ba lại trở thành những nguồn sáng thứ cấp. Chỉ những đối tượng có tính chất sóng mới làm được điều này. Để dễ hình dung, chúng ta tưởng tượng có một tấm bia, khoét một lỗ nhỏ trên đó; sau đó xả một loạt các viên đạn vào khu vực khe hở và lân cận. Giả sử rằng tấm bia đủ chắc để đạn không thể xuyên qua. Kết quả là chỉ những viên đạn có quĩ đạo xuyên ngang lỗ nhỏ mới có thể đi qua; tất cả những viên đạn nằm trong vùng cận lỗ đều bị ngăn chặn; người đứng sau tấm bia hoàn toàn an toàn nếu tránh khu vực lỗ. Những đối tượng như viên đạn được gọi là có tính chất hạt. Nhưng với ánh sáng, thì bạn sẽ không “an toàn” khi đứng sau bia, trong trường phát sáng. II. Tính chất hạt của ánh sáng: Trong thí nghiệm của Hertz về hiện tượng quang điện, hay đơn giản hơn, khi đi nắng chúng ta cảm thấy nóng, đều cho thấy tính chất hạt của ánh sáng – vật chất có định hình. Để dễ hiểu hơn, chúng ta xem xét một hiện tượng phổ biến khác: Các bạn đã từng nấu nước, đúng không? Có một câu hỏi đơn giản cho hiện tượng này mà rất ít bạn học sinh thắc mắc: Tại sao nung nóng nồi mà nước cũng nóng lên? Câu trả lời là do năng lượng từ sự dao động của các phân tử trong nồi kim loại được truyền qua các phân tử nước gây gia tăng tốc độ vận chuyển của các phân tử nước. Sự gia tăng tốc độ di chuyển của các hạt trong vật thể chính là bản chất của việc gia tăng nhiệt độ. Khi đi nắng, da chúng ta nóng lên. Điều này chứng tỏ trong ánh sáng có những hạt mang năng lượng va đập vào các tế bào trên da, cung cấp năng lượng cho da, khiến nó nóng lên. Chính điều này mình chúng rất rõ, là trong ánh sáng có các hạt đơn vị ánh sáng (photon), nên va đập vào vật thể làm chúng nóng lên. Bản chất của ánh sáng là gì?Ánh sáng có bản chất là sóng điện từ. Thế nào là lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng?Ánh sáng mang trong mình đồng thời cả hai tính chất sóng và hạt, gọi đây là lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng. Lưỡng tính sóng hạt tiếng Anh là gì?Phép dịch "lưỡng tính sóng-hạt" thành Tiếng Anhwave-particle duality, wave-particle duality là các bản dịch hàng đầu của "lưỡng tính sóng-hạt" thành Tiếng Anh. Tại sao ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt?Khi một sóng ánh sáng được biến đổi và hấp thụ dưới dạng photon, năng lượng của sóng ngay lập tức sụp đổ xuống một vị trí và vị trí này là nơi photon "đến". Đây là những gì được gọi là sự sụp đổ chức năng sóng. Bản chất ánh sáng giống như hạt và giống như sóng kép này được gọi là lưỡng tính sóng hạt. |
