Luong tinh song hat cua anh sang

Bởi vì ánh sáng từ lâu đã được coi là yếu tố quý giá nhất của tựnhiên, mắt là bộ phận quý giá nhất của con người, nên các nhà tư tưởng vĩ đại như:Aristotle, Newton, Huygens, Eintein,… và

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG NAI KHOA SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BÀI THUYẾT TRÌNH MÔN LỊCH SỬ VẬT LÝ CHUYÊN ĐỀ: LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT CỦA ÁNH

5 Đoàn Kim Minh Nga

6 Nguyễn Văn Đại

7 La Gia Nghi

8 Lê Hoa Như ÝĐồng Nai, 2017

MỤC LỤC

A MỞ ĐẦU 3

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3

2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 3

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN 3

5 CẤU TRÚC ĐỀ TÀI 3

B NỘI DUNG: LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT CỦA ÁNH SÁNG 4

I Những nền tảng đầu tiên của bộ môn Quang học 4

1 Sơ lược về sự phát triển của quang học 4

2 Những nhà khoa học đóng góp vào sự phát triển của quang học 9

II Sự hình thành và phát triển của quang học sóng 15

1 Bối cảnh lịch sử 15

2 Sự phát triển của sóng ánh sáng 16

2.1 Bước phát triển mới của quang học sóng 16

2.2 Những nghiên cứu quang học của Huygens 16

2.3 Những nghiên cứu quang học của Leonhard Euler 19

2.4 Lý thuyết của Lomonoxop 20

2.5 Những nghiên cứu quang học của Young 23

2.6 Những nghiên cứu quang học của Fresnel 25

2.7 Những nghiên cứu khoa học của Fraunhofer 30

2.8 Những nghiên cứu khoa học của Maxwell 31

2.9 Môi trường Ete có hay không? 33

2.10 Các công trình thực nghiệm khẳng định tính sóng của ánh sáng 34

III Cuộc khủng hoảng của vật lý học nửa cuối thế kỷ 19 35

IV Sự ra đời và phát triển của thuyết quang học hạt 37

1 Isaac Newton 37

2 Malus 40

3 Max Planck 41

4 Albert Einstein 43

5 Các công trình thực nghiệm khẳng định tính hạt của ánh sáng 45

6 Những tranh cãi xoay quanh bản chất của ánh sáng – sóng hay hạt ? 45

V Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng 52

C KẾT LUẬN 57

A MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

“Ánh sáng là gì? Ánh sáng bắt nguồn từ đâu? Đâu là bản chất của ánh sáng đểcho phép chúng ta nhìn thấy thế giới xung quanh? Một ngày nào đó nếu như Trái Đấtcủa chúng ta không còn nhận được bất cứ tia sáng nào từ mặt trời thì chuyện gì sẽ xảyra?” Những câu hỏi này đã từng ám ảnh các nhà tư tưởng vĩ đại nhất từ hơn hai nghìnnăm trăm năm nay Bởi vì ánh sáng từ lâu đã được coi là yếu tố quý giá nhất của tựnhiên, mắt là bộ phận quý giá nhất của con người, nên các nhà tư tưởng vĩ đại như:Aristotle, Newton, Huygens, Eintein,… và rất nhiều nhà khoa học khác nữa đã từngquan tâm đến vấn đề của bản chất ánh sáng và vật lý quang học đã ra đời Họ đã pháthiện ra rằng ánh sáng có hai mặt, trong một số hoàn cảnh nào đó ánh sáng trình diệnnhư một sóng, nhưng trong các hoàn cảnh khác nó lại biến hóa thành hạt, vậy riêngvới Albert Einstein thì ông đã nghiên cứu về nguồn gốc, bản chất về ánh sáng như thếnào?

Chính vì những lý do trên nên tôi đã chọn đề tài nghiên cứu về “Lịch sử hìnhthành và phát triển lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng” Và tôi cũng tin chắc rằng đề tàinày cũng sẽ gây tò mò, say mê với những người yêu và tìm hiểu về ánh sáng, đặc biệt

là các bạn sinh viên chuyên ngành vật lí

2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Tìm hiểu về sự phát triển của ngành quang học vật lý Nguyên nhân cuộc tranhcãi của hai nhà khoa học Huyghens và Newton và lịch sử hình thành và phát triểnlưỡng tính sóng hạt của ánh sáng

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Lịch sử phát triển của quang học cùng những nghiên cứu về quang học của cácnhà khoa học qua các giai đoạn lịch sử

4 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN

Để hoàn thành luận văn này cần sử dụng các phương pháp như nghiên cứu lýthuyết phân tích, tổng hợp và vận dụng các kiến thức để giải thích hiện tượng trong tựnhiên

5 CẤU TRÚC ĐỀ TÀI

Đề tài “Lịch sử hình thành và phát triển lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng” vớiphần nội dung gồm hai phần Phần I trình bày về những nền tảng đầu tiên của bộ môn

Quang học Phần II sẽ tìm hiểu về sự hình thành và phát triển của quang học sóng –quang học hạt và lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng.

B NỘI DUNG: LƯỠNG TÍNH SÓNG - HẠT CỦA ÁNH SÁNG

I Những nền tảng đầu tiên của bộ môn Quang học.

1 Sơ lược về sự phát triển của quang học.

Quang học là ngành khoa học vật lí nghiên cứu nguồn gốc và sự truyền của ánhsáng, cách thức nó biến đổi, những hiệu ứng mà nó gây ra, và những hiện tượng khác

đi cùng với nó Có hai ngành quang học Ngành quang lí nghiên cứu bản chất và cáctính chất của ánh sáng Ngành quang hình học khảo sát các nguyên lí chi phối cáctính chất tạo ảnh của thấu kính, của gương, và các dụng cụ khác, thí dụ như các bộ xử

lí dữ liệu quang học

Những trải nghiệm sớm nhất của loài người với ánh sáng và quang học là thuộc

về thế giới tự nhiên: ánh sáng mặt trời, lửa, và các tính chất phản xạ và khúc xạ (bẻcong ánh sáng) của nước, các tinh thể, và một số chất khác có mặt trong tự nhiên.Lửa là một trong những công cụ sớm nhất được tổ tiên của loài người hiện đại sửdụng, có lẽ từ cách nay khoảng 1,4 triệu năm, nhưng có khả năng nó không được sửdụng để thắp sáng vào ban đêm cho đến cách nay 500.000 năm Hồi 15.000 năm vềtrước, loài người đã đốt chất béo và dầu trong các loại đèn để thắp sáng bóng đêm, đó

là những dụng cụ nhân tạo đầu tiên dùng để tạo ra ánh sáng

Hình 1: Thấu kính Layard

Hình 2: Đèn đốt dầu nguyên thủy làm từ vỏ động vật

3000 năm TCN các nền văn hóa Trung Đông và Châu Á bắt đầu nghiên cứuánh sáng và bóng đổ và có khả năng khai thác các tính chất của chúng để giải trí Cácnền văn minh châu Á đã sản xuất và sử dụng gương.

Quang học bắt đầu với sự phát triển thấu kính của người Ai Cập cổđại và Lưỡng Hà Thấu kính sớm nhất được biết tới làm từ các tinh thể được màibóng, thường là thạch anh, có niên đại vào khoảng năm 700 trước Công nguyên

ở Assyria như thấu kính Layard/Nimrud Người La Mã và Hy Lạp cổ đại đã đổ đầycác quả cầu kính bằng nước để tạo ra thấu kính Những cách làm này sau đó được cácnhà triết học Hy Lạp và Ấn Độ phát triển thành lý thuyết ánh sáng và sự nhìn, cũngnhư người La Mã phát triển lý thuyết quang hình học Từ optics xuất phát từ tiếng HyLạp cổ đại, có nghĩa là "biểu hiện, nhìn nhận"

Triết học Hy Lạp chia quang học ra thành hai lý thuyết đối lập dựa trên cáchmiêu tả làm sao mắt con người nhìn được, "lý thuyết mắt phát ra tia sáng" và "lýthuyết mắt thu nhận tia sáng" Lý thuyết mắt thu nhận tia sáng cho rằng con ngườinhìn thấy sự vật là do các vật phát ra những bản sao giống y hệt chúng (gọi là eidola)

mà mắt người thu nhận được Với sự ủng hộ của nhiều triết gia như Democritus,

Epicurus, Aristotle và các môn đệ, lý thuyết này dường như đã có nét giống với lýthuyết hiện đại về thị giác, nhưng nó vẫn chỉ là các tiên đoán mà thiếu đi các thínghiệm kiểm tra

Plato là người đầu tiên nêu ra lý thuyết mắt người phát ra các tia sáng, lý thuyếtcho rằng cảm nhận thị lực là do các tia sáng phát ra từ mắt người chiếu vào vật thể.Ông cũng bình luận về tính chẵn lẻ thông qua đối xứng gương khi miêu tả vấn đề ởtrong cuốn Timaeus Vài trăm năm sau, Euclid viết cuốn sách “Quang học” khi ôngbắt đầu liên hệ sự nhìn với môn hình học, tạo ra những cơ sở đầu tiên chongành quang hình học Cuốn sách của ông được viết dựa trên cơ sở của lý thuyết pháttia của Plato và Euclid còn miêu tả các quy tắc toán học của phép phối cảnh cũng nhưhiệu ứng khúc xạ một cách định tính, mặc dù vậy ông đặt ra nghi vấn rằng chùm tiasáng từ mắt người liệu có thể ngay lập tức làm sáng lên các vì sao chỉ trong nháy mắt

Ptolemy, trong cuốn “Quang học” của ông đã miêu tả một lý thuyết kết hợp cả hai lýthuyết trên: các tia sáng từ mắt tạo thành một hình nón, với đỉnh nằm trong mắt vàđáy nón xác định lên trường nhìn Các tia sáng rất nhạy với mọi vật và chúng mangthông tin chứa hướng và khoảng cách các vật trở lại não của người quan sát Ôngtổng kết lại các kết quả của Euclid và đi đến miêu tả cách đo góc khúc xạ, mặc dùông đã không nhận ra mối liên hệ giữa góc này với góc tới của tia sáng

Trong thời Trung Cổ, các ý tưởng của người Hy Lạp đã được phục hồi và mởrộng trong các văn tự của thế giới Hồi giáo Một trong những văn tự sớm nhất làcủa Al-Kindi (khoảng 801–873) viết về các giá trị của những ý tưởng của trường pháiAristote và Euclid về quang học, ủng hộ cho lý thuyết mắt phát tia sáng do có thểdùng nó để miêu tả định lượng các hiện tượng quang học Năm 984, nhà toán học Ba

Tư Ibn Sahl viết luận thuyết "Về cách nung chảy tạo gương và thấu kính", ông đãmiêu tả đúng định luật về sự khúc xạ mà có nét tương đương với định luật Snell Ông

sử dụng định luật này nhằm tính toán hình dạng tối ưu cho thấu kính và các gươngcầu lõm

Ở đầu thế kỷ 11, Alhazen (Ibnal-Haytham) viết cuốn sách quang học manazir) trong đó ông giải thích sự phản xạ và khúc xạ và đề xuất một hệ thống mớigiải thích cho khả năng nhìn sự vật và ánh sáng dựa trên các quan sát và thựcnghiệm Ông phê phán "lý thuyết phát tia sáng" của trường phái Ptolemy về mắtngười phát ra tia nhìn, mà thay vào đó ông có ý tưởng về ánh sáng phản xạ theođường thẳng ở mọi hướng từ mọi điểm của vật thể được quan sát và sau đó các tiasáng đi vào mắt, mặc dù ông không thể giải thích đúng đắn làm thế nào để mắt thunhận được các tia sáng Công trình của Alhazen phần lớn bị lãng quên trong thế giới

(Kitabal-Ả Rập nhưng nó đã được một học giả vô danh biên dịch sang tiếng La tinh vàokhoảng năm 1200 và sau này nó được thầy tu người Ba Lan Witelo tổng kết và mởrộng đưa nó trở thành một cuốn sách mẫu mực về quang học ở châu Âu trong gần

400 năm tiếp theo

Ở thế kỷ 13, giám mục người Anh Robert Grosseteste viết một tác phẩm về ánhsáng trên nhiều chủ đề khoa học dưới bốn quan điểm khác nhau: nhận thức luận vềánh sáng, lý luận siêu hình học về ánh sáng, thuyết nguyên nhân hoặc tính chất vật lýcủa ánh sáng, lý luận thần học về ánh sáng, dựa trên các công trình của các trườngphái Aristotle và Plato Môn đệ nổi tiếng nhất của Grosseteste, Roger Bacon, đã viếtnhững công trình với nguồn trích dẫn phong phú dựa trên các bản dịch thời đó về cácnghiên cứu quang học và triết học, bao gồm của Alhazen, Aristotle,

Avicenna, Averroes, Euclid, al-Kindi, Ptolemy, Tideus và Constantine the African.Bacon đã dùng các phần của một khối cầu thủy tinh để làm kính lúp để chứng tỏ ánhsáng phản xạ từ vật thể hơn là phát ra từ chúng

Kính mắt đầu tiên được phát minh vào khoảng năm 1286 ở Italia Điều này dẫntới sự ra đời của ngành công nghiệp quang học với mục đích mài cắt và đánh bóngthấu kính để làm các kính mắt, lúc đầu là ở Venice và Florence vào thế kỷ 13 và sau

đó với các trung tâm chế tạo kính quang học ở Hà Lan và Đức Những nhà chế tạokính mắt đã cải tiến các loại thấu kính để hiệu chỉnh hình ảnh dựa trên các kinhnghiệm thực tiễn thu được từ các quan sát về hiệu ứng của các thấu kính hơn là từ các

lý thuyết quang học thô sơ ngày đó (các lý thuyết hồi đó còn chưa giải thích đượckính mắt hoạt động như thế nào) Những phát triển thực tiễn, làm chủ và thí nghiệmvới các thấu kính dẫn tới phát minh trực tiếp ra kính hiển vi quang học vào khoảng

1595 và kính thiên văn phản xạ năm 1608, cả hai đều được làm ở các trung tâm sảnxuất kính quang học ở Hà Lan

Đầu thế kỷ 17, Johannes Kepler nghiên cứu mở rộng lĩnh vực quang hình học,bao gồm thấu kính, sự phản xạ từ gương phẳng và gương cầu, nguyên lý chụp ảnhqua lỗ hổng, định luật tỷ lệ nghịch đảo bình phương của cường độ ánh sáng và cáchgiải thích quang học cho các hiện tượng thiên văn như nguyệt thực và nhật thực và thịsai Ông cũng suy luận đúng về vai trò của võng mạc như là một cơ quan ghi nhậnhình ảnh và Kepler có thể đánh giá định lượng một cách khoa học các hiệu ứng màcác nhà quang học quan sát từ hơn 300 năm là do từ các loại thấu kính khácnhau Sau khi kính thiên văn được phát minh ra, Kepler đã thiết lập cơ sở lý thuyếtmiêu tả sự hoạt động của chúng và cách để nâng cao khả năng phóng đại của kínhthiên văn, mà ngày nay gọi là kính thiên văn Kepler, với hai thấu kính lồi tạo ra sựphóng đại ảnh lớn hơn so với kính thiên văn trước đó Năm 1611, Kepler đã xuất bảncuốn “Chiết quang học” trong đó ông đã vẽ đường đi của tia sáng trong kính thiênvăn Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, Kepler đã tìm ra công thức

để xác định tiêu cự của một thấu kính

Lý thuyết về quang học tiến triển trong giữa thế kỷ 17 với công trình của nhàbác học René Descartes, ông giải thích nhiều hiện tượng quang học khác nhau nhưphản xạ và khúc xạ dựa trên mô hình hạt ánh sáng Điều này khác cơ bản so với quanđiểm lý thuyết phát xạ của người Hy Lạp cổ đại Cuối thập kỷ 1660 và 1670, Newton

đã mở rộng ý tưởng của Descartes thành lý thuyết hạt ánh sáng và ông nổi tiếng vớicông trình xác định được ánh sáng trắng là tập hợp của các tia sáng đơn sắc mà có thểtách được nhờ một lăng kính

Năm 1690, Christiaan Huygens nêu ra lý thuyết sóng ánh sáng dựa trên đề xuất

do Robert Hooke nêu ra vào năm 1664 Chính Hooke đã phê bình lý thuyết củaNewton về hạt ánh sáng và sự phản đối giữa hai người kéo dài cho tới tận khi Hookequa đời

Năm 1704, Newton cho xuất bản quyển Opticks, một bản hợp nhất các tác

phẩm và thí nghiệm của ông về ánh sáng, màu sắc và quang học, và là một sự trìnhdiễn về lí thuyết hạt ánh sáng của ông Là một kiệt tác vật lí thực nghiệm, quyển sáchnày không chỉ trình bày công phu nghiên cứu trước đó của ông về quang học, mà cònnêu rõ làm thế nào sử dụng các thí nghiệm để khảo sát một đề tài nào đó Ông giảithích cách sử dụng các giả thuyết để thúc đẩy thêm thí nghiệm cho đến khi thu thập

đủ thông tin để chính thức đề xuất một lí thuyết Cuộc tranh luận giữa hai người vềbản chất của ánh sáng dường như có phần thắng thuộc về Newton thời đó

Trắc quang học là thành tựu quan trọng nhất của quang học thế kỉ XVIII.Người sáng lập ra trắc quang học là Bughe (1698-1758) và Lambe (1728-1777).Bughe đã định nghĩa những khái niệm trắc quang học mà ngày nay chúng ta gọi là

“quang thông”, “cường độ sáng của nguồn”, “độ rọi”, “độ chói” Bughe đã xây dựngnguyên tắc cơ bản của các phép đo trắc quang học, đã thiết kế được một quang kếđơn giản và xây dựng phương pháp san bằng độ rọi do nhiều nguồn sáng khác nhautạo ra Ông đã tìm ra định luật hấp thụ ánh sáng: khi bề dày lớp hấp thụ tăng thìcường độ quang thông giảm theo một quy luật lũy thừa Định luật đó và định luật về

sự phụ thuộc của độ rọi vào khoảng cách tới nguồn sáng ngày nay được goik mộtcách không đúng là các định Lambe Lambe đã chính xác hóa thêm những khái niệm

cơ bản của trắc quang học và phát minh ra các định luật về sự phụ thuộc của đọ chóivào góc nghiêng của tia sáng tới và sự thuộc của độ chói nguồn sáng vào góc thoátcủa ánh sáng

Những thành tựu đáng kể khác là việc phát minh ra các ống kính tiêu sắc dùngcho kính thiên văn và kính viễn vọng (một việc mà Newton cho rằng không thể làmđược) và việc Bratlay phát minh ra hiện tượng tinh sai vào năm 1728 Phát minh nàycho phép xây dựng một phép đo vận tốc ánh sáng và sẽ có vai trò quan trọng trong sựphát triển quang học của các môi trường chuyển động

Những thành tựu nghiên cứu quang học của thế kỉ XVIII là rất nghèo nàn.Thuyết sóng ánh sáng đã ra đời, nhưng cũng chỉ đưa ra được một phương pháp khác

để giải thích những hiện tượng quang học mà thuyết hạt ánh sáng đã giải thích được.Thuyết sóng ánh sáng chưa đủ sức giải thích được sự nhiễu xạ và giao thoa ánh sángđược phát hiện từ thế kỉ XVII Vì vậy cho tới cuối thế kỉ thứ XVIII thuyết hạt ánhsáng chiếm ưu thế và lí thuyết của Huygens, mặc dù được Euler và Lomonoxop ủng

hộ nhưng đã bị lãng quên

2 Những nhà khoa học đóng góp vào sự phát triển của quang học.

Empedocle (khoảng 490 – 435 TCN) là tác giả của lý thuyết về thị giác xa xưa

nhất Liên quan đến ánh sáng Empedocle cho rằng mắt truyền các “tia thị giác” đếnthế giới bên ngoài Sở dĩ có lý thuyết về các tia thị giác này một phần là do niềm tindân gian cho rằng các con mắt có chứa “lửa” Theo Empedocle, ánh sáng không đitheo một chiều từ mắt tới vật, ánh sáng còn đi theo chiều ngược lại, từ vật đến mắt

Leucippe (khoảng 460 – 370 TCN): trái ngược với “lửa” trong mắt của

Empedocle thoát ra thế giới bên ngoài, Leucippe cho rằng thế giới thị giác đến với

Hình 3: Empedocle

Hình 4: Leucippe

của ánh sáng, các hình ảnh về các vật quanh ta mà Leucippe đặt cho một tên riêngbằng tiếng Hy Lạp là các eidonlon có nghĩa là các ảo ảnh – sẽ tách khỏi bề mặt củavật, như da của một con rắn lột xác tách khỏi cơ thể và đi đến mắt chúng ta.

Democrite (460 – 370 TCN): các quan điểm của Democrite về ánh sáng và thị

giác đều dựa trên học thuyết nguyên tử, Ông chấp nhận bốn màu cơ bản củaEmpedocle – đen, trắng, đỏ và vàng – xanh, nhưng thêm vào đó các màu khác gọi làcác màu thứ cấp, như lục và nâu Khác với Empedocle, Democrite không gắn cácmàu cơ bản cho bốn nguyên tố, mà gắn cho các nguyên tử có hình dạng khác nhau.Theo Democrite, các màu (và các đặc tính giác quan khác như mùi và vị) không hiệnhữu trong bản thân các vật

Hình 5: Democrite

Platon (428 – 347 TCN): Ở Platon, ánh sáng thuộc vào hạng siêu hình Mặt

Trời là con của cái Thiện và mắt, nhạy cảm với ánh sáng, là cơ quan gắn chặt nhất vớiMặt Trời

Như vậy thị giác là kết quả của sự tổng hợp của ba quá trình bổ sung cho nhau.Mắt phát ra lửa, lửa kết hợp với ánh sáng xung quanh để tạo thành một chùm sángduy nhất Chùm sáng này được phóng thẳng ra phía trước cho đến khi gặp bề mặt củamột vật; ở đó, nó gặp tia các hạt do vật phát ra dưới tác dụng của ánh sáng xungquanh và kết hợp với chùm sáng ban đầu Tia các hạt này chứa thông tin về tình trạngcủa vật, màu sắc và kết cấu của nó Sau đó chùm sáng co lại để truyền đến mắt nhữngthông tin này

Hình 6: Platon

Aristolte (383 – 322 TCN), học trò của Platon, là một triết gia thuộc trường

phái tự nhiên, ông có cái nhìn cụ thể hơn và kinh nghiệm hơn về hiện thực, đồng thờiông cũng là người bác bỏ thế giới Ý niệm của Platon Liên quan đến thị giác,Aristolte bác bỏ dứt khoát các “tia thị giác” của Empedocle, bởi theo ông lý thuyếtnày không giải thích được tại sao chúng ta không nhìn thấy trong bóng tối Ông cũngbác bỏ quan niệm của Platon về các hạt thoát ra từ bề mặt các vật để đi vào mắt ngườiquan sát Theo ông, sự tri giác các vật được thực hiện không phải thông qua dòng vậtchất, mà bởi ấn tượng của chúng lên các giác quan, cũng giống như sáp tiếp nhận dấu

ấn của chiếc nhẫn nhưng không tước mất của nó cái chất, sắt hay vàng, đã tạo nênchiếc nhẫn đó Như vậy mắt tiếp nhận các ấn tượng về màu sắc, hình dạng, chuyểnđộng,… Aristolte cho rằng tồn tại hai màu cơ bản: đen và trắng Tất cả các màu khácbắt nguồn từ sự hòa trộn hai màu cơ bản này và biểu hiện các “phẩm chất trunggian”, ở đây, ông giải thích sự hòa trộn 2 màu cơ bản tạo thành các màu khác có sựđóng góp của “nhiệt” Các màu khác cũng có thể bắt nguồn từ sự hòa trộn giữa đen

và trắng trong một môi trường bán trong suốt: Đó là trường hợp các màu nâu đỏ hoặc

da cam của cảnh hoàng hôn

Euclide (khoảng 300 TCN): ông đã dùng toán học để áp dụng cho các hiện

tượng tự nhiên, Euclide đưa ra tiên đề về tập hợp các “tia thị giác” chứa trong mộthình nón mà đỉnh của nó là tâm của mắt và đáy là phạm vi nhìn thấy của mắt Nhờ cótiên đề mặt nón thị giác này và nhờ các tính toán hình học, ông đã giải thích được tạisao cây ở xa trông lại nhỏ hơn cây ở gần

Hình 8: Euclide

Claude Ptolemee (khoảng 100 – 178): Ptolemee cho rằng mắt đồng thời vừa là

máy phát vừa là máy thu: mắt phát ra các “tia thị giác” có cùng bản chất với ánh sáng

và màu sắc Ptolemee cũng đưa ra tiên đề về “mặt nón thị giác”, nhưng khác vớiEuclide, ông cho rằng mặt nón này không chứa một tập hợp các “tia thị giác” táchbiệt, mà chứa các tia có mật độ lớn nhất ở trung tâm, tại đó mắt nhìn thấy rõ nhấtnhưng giảm dần ở rìa mép nơi các chi tiết nhòe mờ hơn Theo ông, “mặt nón thị giác”bản thân nó không đủ; còn cần phải có thêm ánh sáng bên ngoài để được khởi phát sựhoạt động của nó Chẳng hạn, khi “mặt nón thị giác” quét lên bề mặt của một vật, nóchỉ tương tác với vật ấy nếu có ánh sáng xung quanh Ánh sáng bên ngoài này càngmạnh thì tương tác càng mạnh Điều này giải thích tại sao chúng ta không nhìn đượctrong bóng tối

Ptolemee cũng suy nghĩ về hành trang của ánh sáng khi nó phản xạ trên một bềmặt (định luật phản xạ) hay đổi hướng khi đi từ môi trường này sang môi trường khác(định luật khúc xạ) Ông cũng là người đầu tiên miêu tả các màu hòa trộn với nhaunhư thế nào trong mắt con người Ông đã vẽ các màu khác nhau trên một bánh xe sau

đó quay bánh xe thật nhanh Mắt không có đủ thời gian để phân biệt từng màu một,

mà chỉ thấy các màu này bị trộn vào nhau Ngoài ra, ông còn nhận thấy sự hòa trộncác màu còn có thể là kết quả của khoảng cách: một bức tranh ghép các màu sángnhìn từ xa có thể cho ấn tượng về màu xám

Hình 9: Claude Ptolemee

Claude Galien (130 – 200) cùng với Hippocrate là hai bác sỹ vĩ đại nhất thời

cổ đại Ông là gương mặt lớn góp phần phát triển các ý tưởng về ánh sáng Galien đãlấy lại một số quan niệm của Aristolte: dưới ảnh hưởng kết hợp của linh khí thị giác

và ánh sáng, không khí bao quanh ta chịu một biến đổi làm cho mắt nhìn thấy được.Các màu sắc cũng làm cho không khí biến đổi Theo Galien, trung tâm của thị giác làthủy tinh thể

Alhazen (965 – 1040): Alhazen đồng ý với quan điểm của Aristolte rằng ánh

sáng đến từ bên ngoài đi vào mắt, chứ không phải ngược lại Theo ông, các tia sángthật sự tồn tại Chúng lan truyền theo đường thẳng Khi ánh sáng xung quang chạm

Hình 10: Claude Galien

Hình 11: Alhazen

văo một vật liền tỏa theo tất cả câc hướng vă chỉ một tỉ lệ nhỏ của chúng đi văo mắtchúng ta Ở đđy Alhazen đê đưa ra ý tưởng về sự tân xạ ânh sâng.

Rober Bacon (1214 – 1292), người Anh Trong câc sâch chuyện băn về ânh

sâng vă mău sắc, ông đê cố gắng tổng hợp câc quan niệm của Aristolte về ânh sâng

vă mău sắc (vốn lă câc “dạng thức” phi vật chất) vă câc quan niệm của Alhazen (măusắc được truyền bởi câc tia phât ra từ tất cả câc điểm của vật) Theo Bacon, mọi vậtphóng theo đường thẳng về tất cả câc hướng một câi gì đó thuộc tinh chất của nó mẵng gọi lă “loăi” Chẳng hạn, Mặt trời phât ra câc “loăi” sâng

Hình 12: Rober Bacon

Hình 13: Francesco Mario Grimaldi

Francesco Mario Grimaldi (1618 – 1663): Ông đã tìm ra phương thức truyền

ánh sáng thứ 4 ngoài 3 phương thức trước đó đã tìm thấy là theo đường thẳng, bằngphản xạ trên một mặt phẳng như gương chẳng hạn và bằng khúc xạ khi thay đổi môitrường Phương thức thứ 4 đó là nhiễu xạ ánh sáng Nghiên cứu này của ông đượccông bố vào năm 1665

II Sự hình thành và phát triển của quang học sóng

1 Bối cảnh lịch sử

Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất thắng lợi đã loại trừ được ảnh hưởng tưtưởng của Aristitle và vai trò thống trị của tôn giáo trong khoa học Phương pháp kinhviện, giáo điều được thay thế bằng phương pháp thực nghiệm, lấy quan sát và thínghiệm làm xuất phát điểm cho mọi lý thuyết khoa học, đem khoa học phục vụ sảnxuất, phục vụ đời sống con người

Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất diễn ra trong lúc xã hội châu Âu đangsôi sục chuyển từ chế độ phong kiến lên chủ nghĩa tư bản Song song với cuộc cáchmạng chính trị này, ở thế kỷ XVIII cũng diễn ra một cuộc cách mạng công nghiệp,đầu tiên là ở nước Anh, tiếp theo là ở nước Pháp nhằm thay thế phương thức sản xuấtthủ công bằng phương thức sản xuất bằng máy móc

Trong thế kỷ XVIII, các nhà khoa học tiếp tục đề cao vai trò của trí tuệ trongkhoa học nên thế kỷ XVIII được gọi là thế kỷ của trí tuệ và cũng từ thế kỷ này khoahọc tự nhiên bắt đầu được tách khỏi triết học Vật lý học cổ điển bước đầu được hìnhthành với các môn: cơ, nhiệt, điện, quang

2 Sự phát triển của sóng ánh sáng

2.1 Bước phát triển mới của quang học sóng

Những thành tựu nghiên cứu quang học của thế kỉ XVIII còn nghèo nàn.Thuyết sóng ánh sáng đã ra đời, nhưng chưa có đủ sức giải thích được sự nhiễu xạ vàgiao thoa ánh sáng được phát hiện từ thế kỉ XVII Vì vậy, cho đến cuối thế kỉ XVIIIthuyết hạt ánh sáng chiếm ưu thế và lý thuyết của Huygens đã bị lãng quên, mặc dùđược Euler và Lomonoxop ủng hộ

Tới đầu thế kỉ XIX, những hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánhsáng được nghiên cứu tỉ mỉ và làm hồi sinh những tư tưởng của quang học sóng,quang học sóng đã được xây dựng từng bước và đã từng bước phải đấu tranh gay gochống lại những tư tưởng cổ truyền của quang học hạt Trong lĩnh vực quang học đã

diễn ra một cuộc cách mạng tương tự như cuộc cách mạng của Copernicus và Galiletrước đó gần ba thế kỉ Người mở đầu cho cuộc cách mạng đó là Young.

2.2 Những nghiên cứu quang học của Huygens Huygens: cha đẻ lý thuyết sóng ánh sáng

Christiaan Huygens (1629-1695) trong một gia đình ưu tú ở Hà Lan, đượccoi là nhà toán học và vật lý học lớn nhất thời kì giữa Galile và Newton

Theo Huygens, ánh sáng không thể bắt nguồn từ sự dịch chuyển các hạt của vậtsáng tới mắt Nhà vật lý học người Hà Lan này cũng bác bỏ quan điểm của Descartes

cho rằng ánh sáng như một xung động lan truyền tức thời Theo ông, ánh sáng lan

truyền trong không gian cũng giống như sóng được sinh ra khi ta ném một viên đá

xuống ao, nó sẽ truyền trên khắp mặt nước

Ánh sáng theo quan điểm của Huygens

 Huygens dựa trên khái niệm ánh sáng là sóng: Sóng ánh sáng truyền

trong không gian qua trung gian ête, một chất bí ẩn không trọng lượng, tồn tại nhưmột thực thể vô hình trong không khí và không gian Nhờ vậy mà sóng ánh sáng cóthể truyền chuyển động cho tất cả những hạt tiếp xúc với nó và cho tất cả những hạtcản trở chuyển động của nó

Hình 14: Christaan Huygens

 Cơ chế truyền sóng: Theo Huygens, một nguồn sáng bao gồm vô số các

hạt rung động Các hạt này truyền rung động của chúng tới các hạt ête bên cạnh dướidạng của sóng cầu có tâm tại mỗi hạt rung này Vô số các sóng cầu này được truyền

đi và bán kính tác dụng của chúng tăng dần theo thời gian Chúng chồng chập lênnhau và biểu hiện hỗn độn của chúng ở gần nguồn sáng giảm dần khi các sóng truyền

ra xa nguồn sáng Càng xa nguồn sáng, sóng càng trở nên trơn và đều đặn hơn

 Tính chất của sóng ánh sáng: Ánh sáng truyền nhanh hơn rất nhiều so

với âm thanh, điều mà mọi người có thể nhận thấy khi trời có giông, ta nhìn thấychớp sớm hơn nhiều khi nghe thấy tiếng sấm Huygens giải thích sự chênh lệch lớn

về vận tốc này là do có độ chênh lệch lớn về độ cứng giữa không khí và ête Vận tốclan truyền của một sóng tăng theo độ cứng của môi trường trong suốt Huygens thừanhận rằng các hạt ête cứng và rắn đến mức chúng truyền mọi nhiễu động hầu như tứcthời Chỉ cần một sự rung nhẹ ở đầu bên này của một hạt ête là ngay lập tức nó sẽđược truyền sang đầu bên kia Ngược lại, các hạt không khí mềm hơn và truyền cácrung động chậm hơn rất nhiều

Từ đó, ông giải thích các hiện tượng như sau:

Hiện tượng phản xạ: Thuyết sóng xem nguồn sáng phát ra các sóng ánh

sáng trải ra theo mọi hướng Khi chạm lên gương, các sóng bị phản xạ theo góc tới,nhưng với mỗi sóng phản hồi trở lại tạo ra một ảnh đảo ngược

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Huygens cho rằng vận tốc ánh sáng cho

một chất bất kì tỉ lệ nghịch với chiết suất của nó Như vậy, vận tốc của ánh sáng trongkhông khí lớn hơn vận tốc ánh sáng trong nước

Hình 15: Sự phản xạ của sóng

Khi một chùm ánh sáng truyền giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau thìchùm tia bị khúc xạ (đổi hướng) Một phần nhỏ của mỗi đầu sóng phải chạm đến môitrường thứ hai trước khi phần còn lại của đầu sóng tiến đến mặt phân giới Phần này

sẽ bắt đầu đi qua môi trường thứ hai sẽ chuyển động chậm hơn do chiết suất của môitrường thứ hai cao hơn, trong khi phần còn lại của sóng vẫn còn truyền trong môitrường thứ nhất Do mặt sóng lúc này truyền ở hai tốc độ khác nhau, nên nó sẽ uốncong vào môi trường thứ hai, do đó làm thay đổi hướng truyền

Hiện tượng nhiễu xạ: Thuyết sóng của Huygens chưa giải thích được hiện

tượng này Và để nói lên quan điểm của mình, năm 1660, Huygens công bố “ GIÁO TRÌNH QUANG HỌC”, đây là công trình đầu tiên về lý thuyết sóng ánh sáng.

2.3 Những nghiên cứu quang học của Leonhard Euler

Hình 16: Sự phản xạ của sóng

Leonhard Euler (1707 -1783) là nhà toán học và nhà vật lý học Thụy Sĩ, sinh

ở Basel Năm 1746, Euler xuất bản tác phẩm “ Một lý thuyết mới về ánh sáng và màusắc” Qua cuốn sách này, Euler đã phát triển quan niệm cho rằng ánh sáng là sóngbằng cách dựa vào sự tương tự giữa ánh sáng và âm thanh, đặc biệt về phương thứclan truyền của chúng Qua đó, ông đã tiến đến việc tương tự hóa giữa ánh sáng và âmthanh “có một sự hài hòa tương tự giữa các nguyên nhân và các tính chất khác của âmthanh và ánh sáng, và như vậy lý thuyết âm thanh chắc chắn sẽ làm sáng tỏ rất nhiều

lý thuyết ánh sáng”

Một trong những điểm tiến bộ trong quan niệm sóng của Euler là ông cho rằng:mỗi một màu của ánh sáng được đặc trưng bởi một bước sóng nhất định, tức làkhoảng cách giữa hai đỉnh hoặc hai lõm liên tiếp của sóng hình sin và bởi một tần sốnhất định Như vậy, Euler là người đầu tiên gắn kết các khái niệm bước sóng và tần

số với màu sắc

Thế kỉ XVIII khép lại, quan niệm ánh sáng là sóng vẫn chìm nổi với chỉ mộttiếng nói bảo vệ thuyết sóng ánh sáng của Euler Tuy chưa đầy đủ nhưng luận điểmcủa Euler đã thể hiện sự tiến bộ so với các tiền bối bởi ông đã đưa ra một cách giảithích chấp nhận được về nguồn gốc các màu sắc mà trước đó cả Newton và Huygensđều không thể có một cách giải thích đúng đắn

Hình 17: Leonhard Euler

2.4 Lý thuyết của Lomonoxop

Nhà bác học vĩ đại M.V Lomonoxop (1711-1765), một trong những đại diện

xuất sắc nhất của nền khoa học Nga thế kỷ XVIII Mikhain Vaxilievic Lomonoxop sinh năm 1711 thuộc tỉnh Ackhăngen, con trai một người nông dân ven

biển vừa làm ruộng, vừa đánh cá Vùng biển phía Bắc nước Nga lúc đó không có áchchiếm hữu ruộng đất của địa chủ nên trở thành một vùng trù phú có trình độ văn hóaphát triển cao, đó là quê hương của những người dũng cảm và những nhà sáng chế.Tháng 12 năm 1730 được sự đồng ý của cha, Lomonoxop được lên Moskva để họctập Ông được nhận vào Viện hàn lâm Slavo - Hy Lạp Năm 1736, Ông được gửi đếntrường đại học của Viện Hàn lâm khoa học Petecbua và sau vài tháng được cử sangĐức học tập Sau 5 năm trở về nước, năm 1745 Ông được cử làm giáo sư (viện sĩ)Hóa học Năm 1748 phòng thí nghiệm hóa học ở Viện hàn lâm khoa học được xâydựng xong và suốt 10 năm (1748-1757) hoạt động chủ yếu của Lomonoxop là nghiêncứu khoa học lý thuyết và thực nghiệm

Lomonoxop là nhà bác học bách khoa, Ông vừa là nhà hóa học xuất sắc lại vừanổi tiếng như một nhà vật lý học, khoáng vật học và tinh thể học, địa lý, thiên vănhọc, luyện kim, quang học, lịch sử, thi sĩ, nghệ sĩ,…Nhà thơ Nga thiên tài Puskin đãviết về Ông: “Lomonoxop xây dựng trường đại học đầu tiên của nước Nga và nói chođúng hơn ông chính là trường Đại học đầu tiên của nước Nga.”

Hình 18: Lomonoxop

Những công trình đầu tiên của Lomonoxo là về hóa học Các nhà giả kim thuậtthời đó cố tìm cách chế ra “hoàn đá triết học” để biến đá thành vàng Thất bại củamôn giả kim thuật khiến các nhà hoá học thế kỉ XVII vạch ra cho mình một mục tiêuthực tế hơn: tìm cách pha chế các loại thuốc chữa bệnh và các chất cần thiết trongthực tế Hoá học được gọi là một nghệ thuật và mang nặng tính kinh nghiệm chủnghĩa, không dựa trên một cơ sở lí luận nào Lomonoxop nhận xét rằng hóa học vẫncòn bị bao phủ trong bóng tối dày đặc và những nguyên nhân thực sự của các hiệntượng kì lạ đối với ta vẫn còn là điều bí ẩn Đó là thiếu sót lớn của hóa học thời đó.Lomonoxop nói: “Nhà hóa học chân chính phải vừa là nhà lí thuyết, vừa là nhà thựchành” và “trong cùng một con người, phải có một nhà hoá học khéo léo và một nhàtoán học sâu sắc”.

Lomonoxop cho rằng chuyển động của các hạt nhỏ là cơ sở của mọi hiện tượnghóa học, vì vậy “ai muốn nắm sâu các chân lí hóa học thì phải nghiên cứu cơ học vàmuốn nghiên cứu cơ học thì phải am hiểu toán học” Trong các công trình nghiên cứucủa mình, Lomonoxop giải thích nguyên nhân của nhiệt và của tính đàn hồi của cácchất khí là sự chuyển động của các hạt nhỏ li ti mà giác quan của ta không cảm giácđược Ông là một trong những người sáng lập ra thuyết cơ học về nhiệt và thuyếtđộng học chất khí

Trong hệ thống khoa học của Lomonoxop, “định luật phổ biến” về sự bảo toàngiữa một vị trí quan trọng Ông phát biểu định luật đó lần đầu tiên trong một bức thưgửi Euler năm 1748 Ông viết: “Mọi sự biến đổi trong thiên nhiên đều diễn ra sao chonếu thêm một cái gì vào một cái gì đó, thì phải bớt cái ấy đi ở một cái gì khác Thí dụnhư nếu thêm bao nhiêu vật chất vào một vật nào đó thì có bấy nhiêu vật chất phải bịbớt đi ở một vật khác, tôi dùng bao nhiêu giờ để ngủ thì phải bớt đi bấy nhiêu giờ đểthức v.v… Vì đó là một định luật phổ biến của thiên nhiên, nên nó cũng áp dụng cảcho các quy tắc chuyển động: một vật do va chạm mà làm một vật khác chuyển động,

nó mất đi bao nhiêu chuyển động của nó thì lại truyền bấy nhiêu chuyển động cho vậtkia” Mười hai năm sau, năm 1760, Lomonoxop mới chính thức công bố định luật đó,nhưng nó cũng vẫn mới chỉ là một phát biểu định tính, chưa phải là một định luậtđịnh lượng chặt chẽ Điều đó tất nhiên, vì thời Lomonoxop trong cơ học chưa xácđịnh được cái gì là số đo của chuyển động (đó là động lượng và động năng), trongđiện học và từ học cũng chưa có các nghiên cứu định lượng

Lomonoxop đã dùng cân để nghiên cứu các phản ứng hóa học về mặt định tính.Năm 1756, ông đã thực hiện nhiều thí nghiệm và công bố kết quả như sau Ông cho

nhiều loại kim loại vào những bình gắn kín và đốt nóng lên cho kim loại phản ứngvới không khí trong bình Ông cân cái bình trước và sau phản ứng Kết quả là nếukhông cho không khí bên ngoài lọt vào bình thì trọng lượng của bình không đổi Đó

là thí nghiệm đầu tiên trong lịch sử khoa học Dùng cân để kiểm tra định luật bảotoàn trọng lượng trong các phản ứng hóa học Nhưng Lomonoxop không tán thànhquan điểm của Newton cho trọng lượng là số đo lượng vật chất Vì vậy ông khôngcoi định luật bảo toàn trọng lượng là định luật bảo toàn vật chất Ông phân vân,không tìm ra được cách giải thích sự bảo toàn trọng lượng trong các phản ứng hóahọc Vì vậy ông chỉ mô tả các thí nghiệm, nhưng không từ đó mà phát biểu thànhđịnh luật bảo toàn trọng lượng Định luật này về sau được Lavoadie phát biểu khi ôngnghiên cứu lí thuyết về sự cháy

Năm 1756 Lomonoxop công bố công trình nghiên cứu về nguồn gốc của ánhsáng và về lí thuyết màu sắc Ông cho rằng ánh sáng là chuyển động của sóng ête Có

ba loại hạt ête, ứng với ba loại chất hóa học: ête loại muối sinh ra màu đỏ, ête loại lưuhuỳnh sinh ra màu vàng, ête loại thủy ngân sinh ra màu lam Các màu khác là sự phatrộn của ba màu nói trên Đó là một ý đồ nhằm giải thích các màu sắc của tia sángbằng cách gắn màu sắc của các vật với cấu trúc hóa học của chúng Tuy vậy, thế kỉXVIII, thế kỉ của các “chất không trọng lượng”, không công nhận thuyết sóng ánhsáng

2.5 Những nghiên cứu quang học của Young

* Tiểu sử

Thomas Young (1773 - 1829) là một nhà bác học người Anh người có trí tuệphát triển đặc biệt, hai tuổi đã biết đọc, mười hai tuổi đã nắm vững mười ngoại ngữ

Hình 19: Thomas Young

lại Cambridge Ông học y khoa ở London, Edinburgh, Gottingen và thực hành y khoa

ở London

* Thành tựu

Young đã có nhiều đóng góp khoa học quý báu trong nhiều lĩnh vực khoa họcnhư thị giác, cơ học, âm học, quang học, nhiệt học, công nghệ học, hàng hải, thiênvăn học, y học, động vật học

Năm 1779, ông bắt đầu bước lên sân khấu của câu chuyện truyền kỳ về ánhsáng Trong quá trình đi giải quyết hiện tượng nhiễu xạ ông đã tìm ra hiện tượng giaothoa ánh sáng, và cũng chính ông là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ “giao thoa”trong khoa học

Năm 1801, ông đã giới thiệu một thí nghiệm cơ bản về ánh sáng thường đượcgọi là thí nghiệm hai khe Thí nghiệm này của ông đã gây một sự ngạc nhiên lớn bởilần đầu tiên người ta nhận thấy khi thêm ánh sáng vào ánh sáng thì sẽ cho ra bóng tối,đây chính là hiện tượng giao thoa ánh sáng

Ông nêu lên thuyết sóng ánh sáng dựa trên những giả thuyết như sau: "Ether là một chất rất loãng, chứa đầy trong vũ trụ Khi một vật phát sáng, chúng gây ra trong ether một chuyển động sóng Cảm giác về những màu sắc khác nhau phụ thuộc vào những tần số dao động khác nhau mà ánh sáng gây ra trên võng mạc."

Năm 1802, ông đã tìm ra một định luật đơn giản và tổng quát của hiện tượnggiao thoa là: Khi ánh sáng của cùng một nguồn sáng truyền đến mắt ta bằng hai conđường khác nhau, ánh sáng sẽ mạnh nhất tại những điểm mà hiệu đường đường đibằng bội số nguyên của một “độ dài nào đó” Độ dài đó khác nhau đối với những ánhsáng có màu sắc khác nhau

Năm 1803, ông đã phản bác quan điểm sai lầm của Newton cho rằng ánh sángđược cấu thành từ hạt chứ không phải sóng bằng thí nghiệm sau: Young khoét một lỗ

ở cửa kính, rồi che lại bằng một miếng giấy dày, có châm một lỗ nhỏ như đầu kim

Sau đó, Young dùng một tấm gương để làm chệch hướng đi của tia sáng mảnhrọi qua lỗ nhỏ của miếng giấy Tiếp theo, ông dùng một mảnh bìa cực mảnh cỡ0,1mm đặt vào giữa tia sáng tia sáng để tách nó ra làm hai Khi hai tia sáng này chiếulên tường, Young nhận thấy có các điểm sáng và điểm tối đan xen nhau Đây rõ ràng

là hiện tượng giao thoa ánh sáng Như vậy, ánh sáng có tính sóng Ông đã khẳng địnhđịnh luật đó bằng thực nghiệm, sau này được thay bằng hai khe hẹp (khe Young) Thínghiệm này đã trở thành kinh điển và được mô tả trong các sách giáo khoa Bằngcách đo bề rộng của một vân giao thoa, ông đã xác định được giá trị của cái gọi là "độdài nào đó" Đó là lần đầu tiên trong lịch sử vật lý, nhà khoa học đã xác định đượcbước sóng của ánh sáng đỏ λđỏ = 0,7 μm, ánh sáng tím λtím = 0,42 μm và vài ánh sángkhác

Thí nghiệm này được xếp thứ 5 trong top 10 thí nghiệm đẹp nhất trong lịch sử

2.6 Những nghiên cứu quang học của Fresnel

a) Xã hội thời Fresnel Hình 20: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young

Jacques Fresnel là một kiến trúc sư người đảm nhiệm công trình xây dựng lớn.Năm 1785 ông được làm việc cho lâu đài của Victor-Francois De Broglie, Công tướcthứ hai và Nguyên soái của Pháp dưới Louis XV và Louis XVI, để thực hiện cải tiếnlớn về lâu đài của ông

Ở tuổi mười hai Fresnel đã bắt đầu nghiên cứu của mình tại École Centrale ởCaen Tại đây ông lần đầu tiên được giới thiệu với khoa học và ông bắt đầu thấy rấtthích toán học, đặc biệt là kết quả của một số giảng dạy tốt Có một chút nghi ngờtrong tâm trí của Fresnel tại thời điểm này liên quan đến sự nghiệp tương lai củamình cho ông được thiết lập vững chắc về kỹ thuật Ông có quyền lợi, kỹ năng và nềntảng cho sự nghiệp như vậy và nó đã được với điều này trong tâm trí rằng ông bướcvào École Polytechnique ở Paris năm 1804 Sau hai năm đó ông đã bước vàoÉcoledes Ponts et Chaussées, hoàn thành khóa học ở đó trong ba năm sau đó ông đãhội đủ điều kiện như là một kỹ sư dân sự Sau đó ông làm việc của Quân đoàn desPonts et Chaussées rồi được gửi tới Vendée Năm 1804 Napoléon đã thành lập thị trấnquân sự và hành chính của La Roche-sur-Yon ở trung tâm của vùng Vendée Thị xãđược xây dựng với đường phố rộng hình chữ nhật, doanh trại và một cuộc diễu hànhmặt đất lớn Fresnel đã làm việc trên một chương trình xây dựng đường được thiết kế

để liên kết này thành phố với phần còn lại của Vendée

Một chính Pháp kỹ thuật dự án là xây dựng một con đường chính thông quaPháp nối Tây Ban Nha với miền Bắc Italia Fresnel đã bắt đầu làm việc trên dự án

Hình 21: Jacques Fresnel

này vào năm 1812 khi ông được đặt tại Nyon nhưng đã được ông thực hiện công táckhoa học trong thời gian rảnh rỗi Một trong những chủ đề mà quyến rũ Fresnel làánh sáng và ông bắt đầu tiến hành việc thử nghiệm vào giữa 1814 Ngày 01 Tháng 3Năm 1815 Napoleon, người đã bị đày trên Elba, hạ cánh tại Cannes với một số vệ sĩcủa ông Fresnel rất khó chịu bởi điều này lần lượt các sự kiện mà ông rời công việc

kỹ thuật của mình và được cung cấp để đấu tranh cho vua chống lại Napoleon 20binh lính nhiều tháng đã gia nhập Napoleon và ông đã đạt đến Paris Tất nhiên điềunày có nghĩa rằng Fresnel đã đặt mình ở vị trí khó khăn và kết quả là ông bị mất bài

kỹ thuật của mình và đã được đặt dưới sự giám sát của cảnh sát Fresnel đã có vài lựachọn trái, nhưng để trở về nhà của ông ở Mathieu và điều này ông đã làm

Trong hoàn cảnh thực tế đã có âm mưu để cho Fresnel những thời gian rảnhanh cần phải tập trung vào các thí nghiệm của ông với ánh sáng Trong suốt thời gianlàm việc của ông về quang học thuyết phục ông về tính hợp lệ của lý thuyết làn sóngcủa ánh sáng được vào thời gian đó bị loại bỏ hoàn toàn ủng hộ lý thuyết phân tử Saukhi Napoleon bị đánh bại tại Waterloo, Fresnel đã được phục hồi vào buổi hẹn kỹthuật cũ của mình Sau này ông có ít thời gian hơn cho nghiên cứu của ông về ánhsáng mà ông đã chỉ có thể thực hiện trong các kỳ nghỉ của mình Ông được chuyểngiao cho một bài kỹ thuật tại Rennes nhưng liên tục yêu cầu để lại để ông có thể điđến Paris để tiếp tục điều tra khoa học của mình

Bằng cách áp dụng phân tích toán học để Fresnel công việc của mình bị loại bỏnhiều đối với lý thuyết sóng của ánh sáng Nhiều công việc đầu tiên của ông đượcthực hiện mà không có kiến thức về các khoản đóng góp mới nhất của các nhà khoahọc khác Ông không biết của lý thuyết làn sóng đã được công nhận bởi Huygens,Euler và trẻ và cũng không biết của ông đã phát triển mới nhất trong lý thuyết phân tử

hỗ trợ bởi phần lớn các nhà khoa học Fresnel bắt đầu bằng cách thực hiện các thínghiệm với nhiễu xạ và tạo ra một bước đột phá khi ông kèm một mảnh giấy màu đenvới một cạnh của một diffracter và quan sát thấy rằng sau đó các ban nhạc sáng trongbóng tối biến mất Từ này ông suy luận rằng chính xác những ban nhạc này đã đượcsản xuất tươi sáng bởi ánh sáng đến từ cả hai cạnh của diffracter nhưng kể từ khi bannhạc sáng bên ngoài bóng tối, ông vẫn suy luận rằng họ phải xuất phát từ ánh sángphản chiếu từ chỉ có một cạnh của diffracter này

Ông đã có thể tính toán công thức đó đã cho vị trí của các đường sáng và bóngtối dựa vào nơi mà rung động được trong giai đoạn và nơi họ đã ra khỏi giai đoạn.Ông đã xuất bản giấy đầu tiên của mình trong tháng 10 năm 1815 của ông về lý

thuyết làn sóng của ánh sáng và tạo ra một nỗ lực đầu tiên để giải thích hiện tượngnhiễu xạ Ông sau đó được sử dụng cùng một công thức toán học của mình mà làmviệc cho các thí nghiệm nhiễu xạ của mình để cho kết quả lý thuyết về mô hình canthiệp thu được bằng cách phản ánh một nguồn ánh sáng với hai gương Ông đã xácminh các kết quả lý thuyết của thử nghiệm Ở giai đoạn này ông đã tiến hành điều tratương đối giống nhau rằng Thomas Young đã thực hiện giữa 1797 và 1799 ởCambridge, nhưng Fresnel kế tiếp di chuyển tiếp đến một sự hiểu biết mới bằng cáchphát triển một lý thuyết dựa trên một công thức toán học mới.

b) Các thành tựu của Fresnel về quang học sóng

Từ 1815, Fresnel (1788 - 1827) bắt đầu xuất hiện trên võ đài đấu tranh chốnglại thuyết hạt ánh sáng Fresnel ốm yếu từ nhỏ và học hành khó khăn Ông là sinhviên trường Đại học Bách khoa Paris, sau khi học xong trường Bách khoa, Fresnelchuyển sang học trường kỹ sư Cầu đường Mặc dù vậy, ánh sáng mới là niềm đam mêthực sự của Fresnel, ông đã dùng những lúc rảnh rỗi để giải mã các bí mật của ánhsáng Sau khi tốt nghiệp trường cầu đường, năm 1809 ông được cử đi các tỉnh lẻ phụtrách việc lát đường và sửa đường Ông không thích thú gì với công việc này, nên lúcrỗi rãi làm công tác khoa học để tiêu khiển và dần dần có quan tâm đến các vấn đềquang học, nhưng không có sách báo khoa học, không có dụng cụ thí nghiệm Năm

1814, ông nghe nói đến việc phát minh ra sự phân cực ánh sáng, nhưng không hiểu

đó là cái gì Đầu năm 1815 Napoleon trốn từ đảo Enbơ về Pháp mưu toan giành lạiquyền binh Fresnel là người bảo hoàng nên bị thải hồi, cho tới giữa năm khiNapoleon thua trận bị bắt lại mới được phục hồi Trong thời gian mất việc, ông làmquen được với Arago và được Arago thông báo cho biết những nghiên cứu mới nhấttrong lĩnh vực khoa học Fresnel miệt mài tập trung vào nghiên cứu và tháng 11 năm

đó gửi tới viện hàn lâm Pháp công trình đầu tiên về nhiễu xạ ánh sáng Năm 1816,ông được Arago tạo điều kiện cho tới Pari trong mười tháng để nghiên cứu trongphòng thí nghiệm của Viện hàn lâm Từ đó về sau, ông tiếp tục công bố nhiều côngtrình xuất sắc về quang học, khiến ông nổi danh khắp thế giới và năm 1823 được bầulàm viện sĩ Viện hàn lâm khoa học Pháp

Trong công trình đầu tiên, ông nghiên cứu hiện tượng nhiễu xạ theo quan điểmthuyết sóng Ông chỉ trích thuyết hạt, vì để giải thích các hiện tượng, thuyết hạt đãphải đặt ra quá nhiều giả thuyết giả tạo Ông kết luận rằng thuyết sóng thích hợp hơn,

vì nó giải thích hiện tượng đó tốt hơn thuyết hạt Trong các công trình tiếp theo sau,ông đã nghiên cứu các vành Newton, sự nhiễu xạ do các dây nhỏ, sự giao thoa trong