BenjaminCrowell: Quanghọc - Phần 2 1.2 Tương tác của ánh sáng với vật chất Sự hấp thụ ánh sáng Lí domặt trời gây cảm giác ấm áp trên da bạn là vì ánhsáng mặttrời đangbị hấp thụ, và nănglượng ánh sáng đangbiến đổi thành năng lượngnhiệt.Điềutương tự xảy ra với ánh sáng nhân tạo, chonên kết quả chung của việc bật đènsánglà làm nóngcăn phòng. Chodù nguồn sáng có nóng, như mặttrời, ngọn lửa, haybóng đèn nóng sáng, hoặc lạnh, như bóng đèn huỳnh quang. (Nếu nhà của bạn có lòsưởi điện, thì tuyệt đối đừng bao giờ tắt hết đèn trong mùa đông; bóng đèngiúp sưởi ấm căn phòng với chi phí ngangbằng lò sưởi điện đấy). Quátrình nónglên bởi sự hấp thụ như thế này hoàn toàn khác với sự nóng lên dodẫn nhiệt, như khi bếp điệnlàmnóng món sốt spaghetti trongchão. Nhiệt chỉ cóthể dẫn quavật chất,nhưngcó khoảngchânkhônggiữa chúng tavà mặt trời, hoặc giữa chúng ta và dây tóc của mộtbóng đèn nóng sáng.Đồng thời,sự dẫn nhiệt chỉ có thể truyền năng lượng từ vật nóng hơn sangvật lạnh hơn, nhưng một bóng đèn huỳnh quang nguội hoàn toàn có khả nănglàm nóngbất cứ cái gì vốn bắt đầu đã nóng hơn bản thân bóngđèn. Làm thế nào chúng ta nhìn thấy những vật không phát sáng Không phải toànbộ ánh sángđi tới mộtvật đềubị biến đổi thành nhiệt.Một phần ánhsáng bị phản xạ, và điều này đưa chúngta đến câu hỏi làm thế nào chúng ta nhìn thấy những vật khôngphát sáng?Nếu bạn hỏi một người bình thường làm thế nào chúng ta nhìn thấy một cái bóng đèn, câu trả lời có khả năng nhấtlà “Bóng đèn phát ra ánh sáng, và ánhsángđi tới mắt chúng ta”. Nhưng nếu bạn hỏi làm thế nào chúng ta nhìnthấy một quyểnsách, họ có khả năng sẽ nói “Bóngđènthắp sáng căn phòng,và ánh sáng đó cho phép chúngta nhìn thấy quyển sách”. Toàn bộ vấn đề ánh sángđi vào mắt chúng tađã biến mất mộtcáchbí ẩn. Đa số mọi ngườisẽ khôngtán thành nếu bạn bảo họ rằng ánh sáng bị phản xạ từ quyển sách đi tới mắt, vì họ nghĩ sự phản xạ là cái gì đó xảy ra vớicái gương, chứ không phải với mộtthứ như quyển sách. Họ hình dungsự phản xạ đi cùngvới sự tạo thành ảnh phản xạ, mà ảnh đó khôngcó vẻ sẽ xuất hiện trên một tờ giấy. Hãy tưởng tượng bạn đang nhìn vào ảnh phản xạ củabạn trên một lá nhôm phẳng, bóng, khôngcó gấp nếp nào. Bạn nhậnthấy gương mặt, chứ không phải một miếng kimloại. Có lẽ bạn cũng nhìnthấyảnh phản xạ sáng rỡ của một bóng đèn trên vaiphía sau bạn. Giờ thì hãytưởngtượng lá nhômđó hơi kém nhẵnđi một chút.Những phần khác nhaucủa ảnh giờ bắt đầuhơi lệch hàng với nhau.Não của bạn có thể vẫn nhận ra gươngmặtvà cái bóng đèn, nhưng nó hơi bị nhòe, giống như tranh Picassovậy. Giờ giả sử bạn dùngmột lánhômđã từng cuộn gấp và đã dát phẳng ra trở lại. Nhữngphần của ảnh nhòe đến mức bạn không thể nhậnra ảnh nữa. Thay vào đó, não củabạnmáchbảo rằng bạn đangnhìnvào một bề mặt gồ ghề có ánh bạc. d/ Hai bức chân dung tự chụp của tác giả, mộtchụp trong gương và một chụp với một lá nhôm. Sự phản xạ kiểu gương ở một góc nhấtđịnh được gọi là phản xạ phảnchiếu, còn sự phản xạ ngẫu nhiên theo nhiều hướngkhác nhauđượcgọi làphản xạ khuếch tán. Phản xạ khuếch tán là cáchchúng ta nhìn thấynhững vật khôngphát sáng.Phản xạ phản chiếu chỉ cho phépchúng ta nhìn thấy ảnhcủa những vật khác ngoài vật đang phản xạ. Trongphầntrêncủa hìnhd, hãy tưởng tượng các tia sáng đang phát ra từ mặt trời. Nếu bạnnhìn xuốngmộtbề mặt phản chiếu, thì khôngcó cách nào cho hệ mắt-nãocủa bạn bảo rằng các tia sáng đó thật sự không phát ra từ mặttrời nằmở bên dưới chỗ bạn. e/ Phản xạ phản chiếu vàphản xạ khuếch tán Hình f thể hiệnmột thí dụ khác của cách chúngta khôngthể tránhđược kết luận rằngánhsángphản xạ khỏi nhữngvật khác ngoài các loại gương ra.Đèn ống là cái tôi có trongnhà mình.Nócó một bóng sáng, đặt trongmột tấm chắn kim loại hình lòng chão hoàn toàn mờ đục. Con đường duynhấtánh sángcó thể đi ra khỏi đèn ống là đi quaphần trên của lòng chão. Thựctế tôi có thể đọc một quyển sáchở tư thế như trong hình có nghĩa là ánh sángphải phản xạ khỏi trần nhà, sau đó phản xạ khỏi quyển sách, rồi cuối cùngđi vào mắt của tôi. f/ Ánh sáng phản xạ khỏi trần nhà, sauđó phảnxạ khỏi quyển sách Đây làchỗ nhữngthiếu sót của lí thuyết HiLạp về sự nhìn trở nên rõ ràng hiển nhiên. Theo lí thuyếtHi Lạp, ánhsáng phát ra từ bóng đènvà “các tia mắt” bí ẩn của tôi đều đượccholà đi tới quyển sách, tại đó chúng va chạm nhau, cho phép tôi nhìn thấy quyển sách. Nhưng lúcnày chúngta cótổng cộng bốn vật: bóng đèn, mắt,quyển sáchvà trần nhà. Vậythì trần nhànằm ở chỗ nào?Nó có gửi ra những “tia trần nhà” bíẩn của riêng nó, gópphần vào mộtva chạm tay ba tại quyển sách hay không? Điều đó đúnglà quákì quáiđể mà tin! Sự khácbiệt giữamàutrắng,màuđen, và những bóngxám khác nằm ở chỗ bao nhiêu phần trămánhsáng màchúnghấp thụ vàbao nhiêu phầntrămánh sáng mà chúng phảnxạ. Đó là lí do vì saovải vóc màu sángthôngdễ nhìn hơn vào mùa hè, và màn thảm màu sáng trong xe hơi trông mát mẻ hơn màn thảm màu đen. Số đo cường độ sáng Chúng tavừa thấy rằng cảm giác sinhlícủa tiếng ồncó liên quan đến cường độ âm thanh (công suất trên đơn vị diện tích), nhưng không tỉ lệ thuận với nó. Nếu âm A có cường độ 1 nW/m 2 , âm B có cường độ 10 nW/m 2 , và âm C là 100 nW/m 2 , thì sự tăng mức cường độ từ B lên C được cảm nhậnngangbằngvới sự tăng từ A lên B, chứ không phải lớn hơn 10lần. Nghĩa là cảm giác mứccườngđộ âm là hàm logarithm. Điều tươngtự đúngvới cườngđộ sáng. Độ sáng liên hệ với công suất trên đơn vị diện tích,nhưngmối liên hệ sinh lí là hàm logarithm thay cho hàm tỉ lệ thuận. Trên phươngdiện vật lí, chúng ta quantâm đếncôngsuất trên đơn vị diện tích.Đơn vị liên quan là W/m 2 . Một cách xác định cườngđộ sánglà đo độ tăng nhiệt độ của một vật đen đặt trước ánh sáng đó. Năng lượng ánh sáng bị biến đổi thành năng lượngnhiệt, và phần năng lượng nhiệt bị hấp thụ trong một thời gian cho trướccó thể liên hệ với côngsuất hấp thụ, sử dụng nhiệt dung đã biết của vật. Những dụng cụ đo cường độ ánhsáng thực tế hơn, thí dụ như những máy đo ánh sáng chế tạo trong một số camera,hoạtđộng dựa trên sự biến đổi ánh sángthành năng lượngđiện, nhưng nhữngmáy đo này phải được chế tạo để khắc phụcnhững số đo nhiệt. Câu hỏi thảo luận A. Màn cửa trong một căn phòngnọ đã kéo xuống, nhưngcó một khe nhỏ cho phép ánh sáng đi qua, chiếu một đốm sáng lêntrên sàn nhà. Người ta có thể hoặc cũngkhôngcó thể nhìn thấy chùm ánh sáng mặt trời đi xuyên qua phòng, tùy thuộcvào điều kiện nhìn. Cái gì diễn ra tiếp sauđó? B. Các chùm laserlà ánh sáng. Trongphimkhoa họcviễn tưởng, các chùmlaser thườngđượcthể hiện lànhững đường sáng bắn từ súng laserlên trên phi thuyền vũ trụ. Tại saosự mô tả như thế là không đúngvề mặt khoa học? C. Một nhà làmphimtư liệu đã đến lễ tốt nghiệp năm1987 của trường Harvardvà phỏngvấnsinhviên tốt nghiệp, trước camera, yêu cầu giải thích các mùa trong năm.Chỉ có 2 trongsố 23 người cóthể cho lời giải thích đúng, nhưng giờ thì bạn đã có mọi thông tin cần thiết để tự mình trả lời, giả sử bạn chưabiết gì hết. Hìnhbêndướithể hiện trái đất ở vị trí mùa đôngvà mùa hè so với mặt trời. Gợi ý: Xét nhữngđơn vị dùng để đo cường độ ánh sáng, vànhớ rằng mặttrời trong mùa đôngthì hơi thấp, nêncáctia sángcủa nó chiếu xiên một góc nônghơn. g/ Câu hỏi thảo luậnC . BenjaminCrowell: Quanghọc - Phần 2 1 .2 Tương tác của ánh sáng với vật chất Sự hấp thụ ánh sáng Lí domặt trời gây cảm. diện tích), nhưng không tỉ lệ thuận với nó. Nếu âm A có cường độ 1 nW/m 2 , âm B có cường độ 10 nW/m 2 , và âm C là 100 nW/m 2 , thì sự tăng mức cường độ từ B lên C được cảm nhậnngangbằngvới sự. riêng nó, gópphần vào mộtva chạm tay ba tại quyển sách hay không? Điều đó đúnglà quákì quáiđể mà tin! Sự khácbiệt giữamàutrắng,màuđen, và những bóngxám khác nằm ở chỗ bao nhiêu phần trămánhsáng