THUYẾT SÓNG HUYGENS VỀ ÁNH SÁNG - VẬT LÝ - 2025

Các lý thuyết sóng của ánh sáng Huygens định nghĩa ánh sáng như một làn sóng, tương tự như âm thanh hay sóng cơ khí sản xuất trong nước. Mặt khác, Newton tuyên bố rằng ánh sáng được tạo thành từ các hạt vật chất mà ông gọi là tiểu thể.

Ánh sáng luôn khơi dậy sự thích thú và tò mò của con người. Theo cách này, kể từ khi ra đời, một trong những vấn đề cơ bản của vật lý học là khám phá những bí ẩn của ánh sáng.

Christiaan huygens

Vì những lý do này, trong suốt lịch sử khoa học đã có những lý thuyết khác nhau cố gắng giải thích bản chất thực sự của nó.

Tuy nhiên, phải đến cuối thế kỷ XVII và đầu thế kỷ XVIII, với lý thuyết của Isaac Newton và Christiaan Huygens, những cơ sở để hiểu sâu hơn về ánh sáng mới bắt đầu được đặt ra.

Nguyên lý của thuyết sóng Huygens về ánh sáng

Năm 1678, Christiaan Huygens đã xây dựng lý thuyết sóng của ông về ánh sáng, sau đó ông đã xuất bản vào năm 1690 trong cuốn luận thuyết về ánh sáng.

Nhà vật lý người Hà Lan đề xuất rằng ánh sáng được phát ra theo mọi hướng như một tập hợp các sóng truyền qua một môi trường mà ông gọi là ête. Vì sóng không bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn, ông giả định tốc độ của sóng sẽ giảm khi chúng đi vào môi trường dày đặc hơn.

Mô hình của ông đặc biệt hữu ích trong việc giải thích định luật phản xạ và khúc xạ Snell-Descartes. Nó cũng giải thích một cách thỏa đáng hiện tượng nhiễu xạ.

Lý thuyết của ông về cơ bản dựa trên hai khái niệm:

a) Nguồn sáng phát ra sóng có dạng hình cầu, tương tự như sóng xảy ra trên mặt nước. Theo cách này, các tia sáng được xác định bởi các đường có hướng vuông góc với bề mặt của sóng.

b) Mỗi ​​điểm của sóng lần lượt là một trung tâm phát sóng thứ cấp mới, chúng được phát ra với cùng tần số và tốc độ đặc trưng cho sóng sơ cấp. Sự vô tận của các sóng thứ cấp không được cảm nhận, vì vậy sóng tạo ra từ các sóng thứ cấp này là vỏ của chúng.

Tuy nhiên, lý thuyết sóng của Huygens không được các nhà khoa học cùng thời với ông chấp nhận, với một số trường hợp ngoại lệ như của Robert Hooke.

Uy tín to lớn của Newton và thành công to lớn mà cơ học của ông đạt được cùng với các vấn đề để hiểu khái niệm ête, đã khiến hầu hết các nhà khoa học đương thời đều chọn lý thuyết tiểu thể của nhà vật lý người Anh.

Suy ngẫm

Phản xạ là một hiện tượng quang học xảy ra khi một sóng tới theo phương xiên trên bề mặt phân cách giữa hai môi trường và chịu sự đổi hướng, được đưa trở lại môi trường thứ nhất cùng với một phần năng lượng của chuyển động.

Quy luật phản ánh như sau:

Luật đầu tiên

Tia phản xạ, tia tới và pháp tuyến (hoặc vuông góc), nằm trong cùng một mặt phẳng.

Luật thứ hai

Giá trị của góc tới hoàn toàn bằng giá trị của góc phản xạ.

Nguyên lý Huygens cho phép chúng ta chứng minh các quy luật phản xạ. Người ta nhận thấy rằng khi một sóng đạt đến sự tách biệt của phương tiện truyền thông, mỗi điểm trở thành một tiêu điểm phát mới phát ra sóng thứ cấp. Mặt sóng phản xạ là vỏ của các sóng thứ cấp. Góc của mặt trước sóng thứ cấp phản xạ này chính xác bằng góc tới.

Khúc xạ

Tuy nhiên, hiện tượng khúc xạ là hiện tượng xảy ra khi một sóng truyền theo phương xiên tới khe giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau.

Khi điều này xảy ra, sóng xuyên qua và truyền trong nửa giây cùng với một phần năng lượng của chuyển động. Sự khúc xạ xảy ra do tốc độ khác nhau của sóng truyền trong các phương tiện khác nhau.

Một ví dụ điển hình của hiện tượng khúc xạ có thể được quan sát khi một vật (ví dụ, bút chì hoặc bút bi) được đưa một phần vào cốc nước.

Nguyên lý Huygens đã đưa ra một lời giải thích thuyết phục cho hiện tượng khúc xạ. Các điểm trên mặt trước sóng nằm ở ranh giới giữa hai môi trường đóng vai trò là nguồn truyền ánh sáng mới và do đó hướng truyền thay đổi.

Nhiễu xạ

Nhiễu xạ là một hiện tượng vật lý đặc trưng của sóng (nó xảy ra ở tất cả các loại sóng) bao gồm sự lệch hướng của sóng khi chúng gặp vật cản trên đường đi của chúng hoặc đi qua một khe.

Cần lưu ý rằng hiện tượng nhiễu xạ chỉ xảy ra khi sóng bị làm biến dạng bởi một vật cản có kích thước tương đương với bước sóng của nó.

Lý thuyết của Huygens giải thích rằng khi ánh sáng rơi vào một khe, tất cả các điểm trong mặt phẳng của nó trở thành nguồn sóng thứ cấp, như đã giải thích trước đây, phát ra các sóng mới, trong trường hợp này được gọi là sóng nhiễu xạ.

Những câu hỏi chưa được trả lời của lý thuyết Huygens

Nguyên lý của Huygens để lại một loạt câu hỏi chưa được giải đáp. Tuyên bố của ông rằng mỗi điểm trên một mặt sóng lần lượt là một nguồn của một làn sóng mới đã không giải thích được tại sao ánh sáng truyền cả theo chiều ngược và truyền tới.

Tương tự như vậy, lời giải thích về khái niệm ête không hoàn toàn thỏa đáng và là một trong những lý do khiến lý thuyết của ông ban đầu không được chấp nhận.

Phục hồi mô hình sóng

Mãi đến thế kỷ 19, mô hình sóng mới được phục hồi. Chủ yếu là nhờ những đóng góp của Thomas Young, người đã giải thích được tất cả các hiện tượng của ánh sáng trên cơ sở rằng ánh sáng là một sóng dọc.

Cụ thể, vào năm 1801, ông đã thực hiện thí nghiệm khe đôi nổi tiếng của mình. Với thí nghiệm này, Young đã xác minh được hình ảnh giao thoa ánh sáng từ một nguồn sáng ở xa khi nó bị nhiễu xạ sau khi đi qua hai khe.

Tương tự, Young cũng giải thích bằng mô hình sóng sự tán xạ của ánh sáng trắng trong các màu sắc khác nhau của cầu vồng. Ông chỉ ra rằng trong mỗi môi trường, mỗi màu tạo nên ánh sáng có một tần số và bước sóng đặc trưng.

Bằng cách này, nhờ thí nghiệm này, ông đã chứng minh được bản chất sóng của ánh sáng.

Thật thú vị, theo thời gian, thí nghiệm này đã chứng minh chìa khóa để chứng minh tính lưỡng tính sóng tiểu thể của ánh sáng, một đặc tính cơ bản của cơ học lượng tử.

Người giới thiệu

1. Burke, John Robert (1999). Vật lý: bản chất của sự vật. Mexico DF: International Thomson Editores.
2. "Christiaan Huygens." Encyclopedia of World Biography. 2004. Encyclopedia.com. (Ngày 14 tháng 12 năm 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Vật lý. Phiên bản thứ 3. Barcelona: Tôi đã đảo ngược.
4. Nguyên lý truyền sóng của David AB Miller Huygens đã hiệu chỉnh, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Nguyên lý Fresnel (nd). Trong Wikipedia. Được lấy vào ngày 1 tháng 4 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
6. Ánh sáng (nd). Trong Wikipedia. Được lấy vào ngày 1 tháng 4 năm 2018, từ en.wikipedia.org.

Thí nghiệm của Young (nd). Trên Wikipedia. Được lấy vào ngày 1 tháng 4 năm 2018, từ es.wikipedia.org.