Sách kỹ sư/Ánh sáng

Ánh sáng tạo ra từ nguồn nhiệt có màu sắc thấy được bằng mắt người . Ánh sáng được dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường của con người (tức là từ khoảng 380 nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt Sóng của các Lượng tử quang hay Quang tử (Photon)

Thí dụ

Ánh Sáng phát sinh từ nhiều nguồn

Ánh Sáng từ các Hành Tinh. Ánh Sáng Mặt Trời , Mặt Trăng, Cầu vòng 6 màu
Ánh Sáng Điện. Ánh Sáng Đèn Điện tròn, dài và LED
Ánh Sáng Đèn . Ánh Sáng Đèn Cầy , Ánh Sáng Đèn Dầu , Ánh Sáng Đèn Măng song
Ánh Sáng Lửa.
Ánh Sáng từ Đá. Ánh Sáng từ Đá Lân Tinh
Ánh Sáng từ Động Vật. Ánh Sáng từ Đom Đóm

Tính chất ánh sáng

Mọi Ánh sáng đều mang theo một Năng lượng nhiệt
Mọi Ánh sáng đều có màu sắc (Trắng, Vàng, Xanh dương, Tím, Đỏ ...)
Mọi Ánh sáng di chuyển với vận tốc không đổi trong không khí và trong chân không đo được bằng

v=C=\lambda f=299.792.458=3\times 10^{8}

m/s

Ánh sáng thấy được có bước sóng

\lambda _{o}=400-700nm

Tần số ngưởng phát ra ánh sáng thấy được của mọi vật khi tương tác với nhiệt được tính bằng

v=C=\lambda _{o}f_{o}

f_{o}={\frac {C}{\lambda _{o}}}={\frac {3\times 10^{8}m/s}{400-700nm}}

Ánh sáng và vật

Ánh sáng và vật tương tác tạo ra các hiện tượng nhiệt truyền, tạo ra bóng hình vật , tạo ra ánh sáng màu , tạo ra vạch sáng và vạch tối,

Ánh sáng và nước

Cầu vòng ánh sáng màu

Ánh sáng màu được tìm thấy từ cầu vồng 6 màu hiện trên bầu trời sau cơn mưa. Hiện tưo=.ng này được giải thích như sau . Ánh sáng di chuyển qua các tinh thể nước mưa tạo ra ánh sáng đơn sắc của 6 màu đỏ, cam, vàng,tím , xanh lá, xanh dương

Khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng ánh sáng di chuyển qua 2 môi trường không đồng nhứt làm thay đổi hướng di chuyển của ánh áng tạo ra bóng hình ảo của vật . thí dụ như bóng hình ảo của ống hút trong nước như ở dưới đây

Định luật Snell hay định luật khúc xạ ánh sáng .: Khi ánh sáng đổi hướng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau được tính theo công thức đặc trưng của hiện tượng khúc xạ, còn gọi là Định luật Snell hay định luật khúc xạ ánh sáng có dạng:; ${\frac {\sin \theta _{1}}{\sin \theta _{2}}}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}={\sqrt {\left({\frac {\epsilon _{2}\mu _{2}}{\epsilon _{1}\mu _{1}}}\right)}}$

Với:

i là góc giữa tia sáng đi từ môi trường 1 tới mặt phẳng phân cách và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường.
r là góc giữa tia sáng đi từ mặt phân cách ra môi trường 2 và pháp tuyến của mặt phẳng phân cách hai môi trường.
n₁ là chiết suất môi trường 1.
n₂ là chiết suất môi trường 2.

Ánh sáng và gương

Quan sát cho thấy ánh sáng di chuyển qua gương để lại bóng hình vật như ở dưới đây

Gương phẳng
Gương lỏm
Gương lồi

Ánh sáng và lăng kín

Thí nghiệm cho thấy khi ánh sáng di chuyển qua tinh thể trong suốt như Lăng Kín sẻ tạo ra Ánh sáng màu của các màu - Đỏ, Cam, Vàng, Xanh lá, Xanh dương, Tím đây là hiện tượng Tán xạ hay Chiết xạ của ánh sáng. Khi quang tuyến nhiệt quang tương tác với lăng kín sẻ tạo ra ánh sáng màu của 6 màu Đỏ, Cam, Vàng, Xanh lá, Xanh dương, Tím. Cho thấy ánh sáng thấy được tạo ra từ ánh sáng của 6 màu.

Màu	Góc khúc xạ	Bước sóng
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh la
Xanh dương
Tím

Ánh sáng và nhiệt Truyền qua vật

Ánh sáng đi qua vật tạo ra NHiệt truyền qua ba giai đoạn

Nhiệt Cảm

\Delta T=T_{2}-T_{2}

E=mC\Delta T=mC(T_{2}-T_{1})

Nhiệt Dẩn

W=\Phi +KE=hf

\Phi =hf_{o}

(f=f_{o},KE=0)

Nhiệt Phóng Xạ

E=E_{o}+E_{e}

hf=hf_{o}+{\frac {1}{2}}mv^{2}

v={\sqrt {\frac {2h\Delta f}{m}}}

Loại ánh sáng

Ánh sáng thấy được

Mọi loại Ánh sáng từ các nguồn phát sáng mắt thường thấy đươc di chuyển Dưới dạng Sóng điện từ

Ở vận tốc cực nhanh là một hằng số không đổi đo được bằng

C=\lambda f=3\times 10^{8}m/s

Có bước sóng ánh sáng thấy được bằng mắt thường nằm trong khoảng nano mét . Tuy nhiên vì độ dẫn từ trường của không gian là miu thời tốc độ ánh sáng là giới hạn nhưng không phải là cố định vì mật độ từ trường B không đồng nhất trong không gian bằng chứng là tia sáng bị lòe ra sau khi trời nguồn sáng là hiện tượng biến dạng của quang lực đối diện với trường điện và trường từ. Cái tổng thể của không gian không thay đổi nên epsilon / miu = 1 do quy luật bảo tồn của vũ trụ. Âm thịnh thời dương phải suy và ngược lại chứ hiếm khi cả hai cùng thịnh hay cùng suy chỉ khi góp nhặt cộng hưởng với vũ trụ khác bên ngoài giới hạn của vùng đặc trưng.

\lambda =400-700nm

Từ trên,

C=\lambda _{o}f_{o}

Ta có

f_{o}={\frac {C}{\lambda _{o}}}={\frac {3\times 10^{8}m/s}{400-700nm}}

Năng lượng Ánh sáng thấy được

W=hf_{o}=h{\frac {C}{\lambda _{o}}}

Cũng nên đặc giã thuyết sấm sét hay hiện tượng Vân Quang Long là do công thức sau E = e×fo×(fo×(t))h Fo = tầng số nền ( màu sắc nền ) Fn = fo(t) tức là frequency o nền tăng theo thời gian để bắt kịp freq o và tạo cộng hưởng thành tình trạng có thể 💥 Ánh sáng ảnh hưởng thời giờ nếu góc độ của m thanh và góc độ của quang nhiệt thay đổi.

Ánh sáng màu

Thí nghiệm cho thấy khi ánh sáng di chuyển qua tinh thể trong suốt như Lăng Kín sẻ tạo ra Ánh sáng màu của các màu - Đỏ, Cam, Vàng, Xanh lá, Xanh dương, Tím đây là hiện tượng Tán xạ hay Chiết xạ của ánh sáng. Khi quang tuyến nhiệt quang tương tác với lăng kín sẻ tạo ra ánh sáng màu của 6 màu Đỏ, Cam, Vàng, Xanh lá, Xanh dương, Tím. Cho thấy ánh sáng thấy được tạo ra từ ánh sáng của 6 màu.

Màu	Góc khúc xạ	Bước sóng
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh la
Xanh dương
Tím

Sóng ánh sáng

Dạng sóng

Huygen sóng dọc

Theo Huygen, sóng ánh sáng có dạng sóng dọc di chuyển ở vận tốc tính bằng

|||||

v=\lambda f=C

Maxwell sóng điện từ

Theo Maxwell, sóng ánh sáng di chuyển dưới dạng sóng điện từ di chuyển ở vận tốc tính bằng

v=\omega _{o}={\sqrt {\frac {1}{\mu _{o}\epsilon _{o}}}}=C=\lambda _{o}f_{o}

W=pv=pC=p\lambda _{o}f_{o}=hf_{o}

h=p\lambda _{o}

p={\frac {h}{\lambda _{o}}}

\lambda _{o}={\frac {h}{p}}={\frac {C}{f_{o}}}

Sóng ánh sáng thấy được có bước sóng đo dược

\lambda _{o}=400-700nm

Vận tốc ánh sáng

Trong không khí

Thí nghiệm đo dạt của người trung hoa khi quan sát ánh sáng di chuyển trong không khí đi qua cột đứng cho thấy vận tốc di chuyển của ánh sáng trong không khí đo được bằng

v=C=\lambda f=3\times 10^{8}m/s

là một hằng số không đổi

Trong chân không

Thí nghiệm đo dạt của người anh Michel morison khi quan sát ánh sáng từ light bulb di chuyển qua gương cho thấy vận tốc di chuyển của ánh sáng trong không khí đo được bằng

v=C=\lambda f=3\times 10^{8}m/s

là một hằng số không đổi

Einstein thuyết tương đối hẹp

Vận tốc di chuyển của ánh sáng trong chân không và trong không khí là một hằng số không đổi

v=C=\lambda f=3\times 10^{8}m/s

Phản ứng sóng ánh sáng

Sóng ánh Sáng di chuyển đụng vật cản có các Phản ứng sau

Phản xạ

Sóng bị vật cản trên đưong di chuyển phản hồi trở về

Khúc xạ

Sóng bị lệch khi di chuyển qua vật cản

Định luật Snell

{\frac {\sin \theta _{1}}{\sin \theta _{2}}}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}={\sqrt {\left({\frac {\epsilon _{2}\mu _{2}}{\epsilon _{1}\mu _{1}}}\right)}}

Chiết xạ

Sóng bị tách ra Nhiều Sóng Tần Số khi di chuyển qua vật trong suốt . Thí nghiệm cho thấy khi ánh sáng di chuyển qua tinh thể trong suốt như Lăng Kín sẻ tạo ra Ánh sáng màu của các màu - Đỏ, Cam, Vàng, Xanh lá, Xanh dương, Tím

Màu	Góc khúc xạ	Bước sóng
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh la
Xanh dương
Tím

Khuếch xạ

Sóng di chuyển qua khe hẹp tạo Sóng Khuếch đại . Khuếch xạ (tiếng Anh: Diffraction) là hiện tượng quan sát được khi sóng lan truyền qua khe nhỏ hoặc mép vật cản (rõ nhất với các vật cản có kích thước tương đương với bước sóng), trong đó sóng bị lệch hướng lan truyền, lan toả về mọi phía từ vị trí vật cản, và tự giao thoa với các sóng khác lan ra từ vật cản. Hiện tượng khuếch xạ đã được quan sát với mọi loại sóng, như âm thanh, sóng nước, sóng điện từ (như ánh sáng hay sóng radio), hay các hạt thể hiện tính chất sóng thông qua lưỡng tính sóng hạt.

Hiệu ứng Young

Đây là hình ảnh ghi nhận được trong thí nghiệm của Young. Hình ảnh giao thoa thu dược trên màn ảnh đặt song song và sau hai khe hẹp sát gần nhau. Ảnh giao thoa thu được là các vân sáng tối xen kẽ song song nhau.

Mô hình giao thoa hệ 2 khe trong thí nghiệm Young và hình ảnh giao thoa thu được.

Các vạch sáng tương ứng với cực đại giao thoa (hai sóng tăng cường) là nơi thỏa mãn điều kiện:

\!d\sin \theta _{n}=n\lambda

Còn các vạch tối là nơi mà 2 sóng dập tắt lẫn nhau và phải thỏa mãn điều kiện:

\!d\sin \theta _{n}=\left(n+{\frac {1}{2}}\right)\lambda

Nếu tính theo điều kiện xấp xỉ góc nhỏ thì điều kiện của vân sáng sẽ là:

{\frac {n\lambda }{d}}={\frac {x}{L}}\quad \Leftrightarrow \quad {n}{\lambda }={\frac {xd}{L}}\;,

Ở đây:

λ là bước sóng ánh sáng,

d khoảng cách giữa hai khe,

n bậc giao thoa (n = 0 khi ở vân sáng trung tâm),

x khoảng cách từ vị trí vân sáng đến vân trung tâm,

L khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát,

θ_n tọa độ góc của điểm khảo sát.

Nhiểu xạ

Nguyên lý chồng chập sóng Huygens-Fresnel

Nguyên lý Huygens-Fresnel (đặt theo tên của nhà vật lý người Hà Lan Christiaan Huygens, và người Pháp Augustin-Jean Fresnel), ban đầu được đưa ra trong lý thuyết sóng ánh sáng Huygens, giải thích sự lan truyền của ánh sáng như các sóng, nay được ứng dụng trong tính toán về lan truyền của sóng nói chung.

Về cơ bản, nguyên lý này cho rằng mỗi điểm nằm trên đầu sóng là nguồn cho các sóng thứ cấp mới; và sự lan truyền của toàn bộ là tổng của các sóng thứ cấp đến từ mọi điểm trong môi trường mà sóng đã đi qua. Cách tiếp cận này cho phép giải thích nhiều hiện tượng quang học và hiện tượng sóng nói chung, như hiện tượng nhiễu xạ. Khi không có hiệu ứng phi tuyến, nguyên lý chồng chập được sử dụng để tiên đoán hình dạng của sóng thông qua cách cộng sóng. Tương tác giữa các sóng tạo ra các phần "giao thoa", như giao thoa tăng cường hoặc giao thoa triệt tiêu.

Giao thoa sóng

Giao thoa sóng là một hiện tượng vật lý chỉ sự chồng chập của hai hoặc nhiều sóng mà tạo ra một sóng mới Sóng giao thoa . Sự giao thoa của các sóng trên thực chất tuân theo Nguyên lý chồng chập sóng mà ở đây chính là sự cộng gộp của các dao động. Tại mỗi điểm trong không gian nơi có sự gặp nhau của các sóng, dao động của môi trường sẽ chính là dao động tổng hợp của các dao động thành phần từ các sóng tới riêng biệt, mà nói theo ngôn ngữ của vật lý sóng sẽ là tổng của các véctơ sóng.

Nếu hai sóng có cùng bước sóng và tần số trong trạng thái cùng pha, cả đỉnh sóng và bụng sóng của mỗi sóng sẽ khớp với nhau. Kết quả này dẫn tới Giao thoa tăng cừơng làm tăng biên độ của sóng, mà đối với ánh sáng sẽ là sự sáng lên của cường độ tại vị trí đó.

Nếu hai sóng có cùng bước sóng và tần số những ngược pha nhau, thì đỉnh sóng của sóng này khớp với bụng sóng của sóng kia và ngược lại. Kết quả là Giao thoa triệt tiêu và giảm biên độ sóng, mà đối với ánh sáng sẽ là sự mờ đi của cường độ tại vị trí

Lý thuyết ánh sáng

Lý thuyết hạt ánh sáng

Pierre Gassendi (1592–1655), một nhà nguyên tử học, đã đề xuất một lý thuyết về hạt của ánh sáng được công bố sau những năm 1660.
Isaac Newton đã nghiên cứu công trình của Gassendi ngay từ khi còn nhỏ, và thích quan điểm của ông hơn lý thuyết của Descartes về plenum. Ông tuyên bố trong Giả thuyết về ánh sáng năm 1675 của mình rằng ánh sáng bao gồm các tiểu thể (các hạt vật chất) được phát ra theo mọi hướng từ một nguồn.
Lý thuyết hạt của ánh sáng khiến Laplace lập luận rằng một vật thể có khối lượng lớn đến mức ánh sáng không thể thoát ra khỏi nó. Nói cách khác, nó sẽ trở thành cái mà bây giờ được gọi là lỗ đen. Laplace đã rút lại đề xuất của mình sau đó, sau khi lý thuyết sóng của ánh sáng đã được thiết lập vững chắc như là mô hình cho ánh sáng (như đã được giải thích, cả lý thuyết hạt hay sóng đều không hoàn toàn đúng). Bản dịch bài luận của Newton về ánh sáng xuất hiện trong Cấu trúc quy mô lớn của không-thời gian, của Stephen Hawking và George F. R. Ellis.

Một trong những lập luận của Newton chống lại bản chất sóng của ánh sáng là sóng được biết là có thể uốn cong quanh các chướng ngại vật, trong khi ánh sáng chỉ truyền theo đường thẳng. Tuy nhiên, ông đã giải thích được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng (đã được Francesco Grimaldi quan sát thấy) bằng cách cho phép một hạt ánh sáng có thể tạo ra một làn sóng cục bộ trong aether.Lý thuyết của Newton có thể được sử dụng để dự đoán sự phản xạ của ánh sáng, nhưng chỉ có thể giải thích sự khúc xạ bằng cách giả định không chính xác rằng ánh sáng được gia tốc khi đi vào một môi trường đặc hơn vì lực hấp dẫn lớn hơn. Newton đã xuất bản phiên bản cuối cùng của lý thuyết của mình trong tác phẩm Opticks năm 1704. Danh tiếng của ông đã giúp lý thuyết hạt ánh sáng tiếp tục giữ uy tín trong thế kỷ 18.

Thực tế là ánh sáng có thể bị phân cực lần đầu tiên được Newton giải thích một cách định tính bằng lý thuyết hạt. Étienne-Louis Malus năm 1810 đã tạo ra một lý thuyết hạt toán học về sự phân cực. Jean-Baptiste Biot năm 1812 đã chỉ ra rằng lý thuyết này giải thích tất cả các hiện tượng phân cực ánh sáng đã biết. Lúc đó sự phân cực được coi là bằng chứng của lý thuyết hạt.

Lý thuyết sóng ánh sáng

Để giải thích nguồn gốc của màu sắc, Robert Hooke (1635–1703) đã phát triển một "lý thuyết xung" và so sánh sự lan truyền của ánh sáng với sự lan truyền của sóng trong nước trong tác phẩm năm 1665 của ông là Micrographia ("Quan sát IX").
Năm 1672, Hooke cho rằng dao động của ánh sáng có thể vuông góc với hướng truyền.
Christiaan Huygens (1629–1695) đã đưa ra lý thuyết sóng toán học của ánh sáng vào năm 1678, và xuất bản nó trong cuốn luận thuyết về ánh sáng vào năm 1690. Ông đề xuất rằng ánh sáng được phát ra theo mọi hướng dưới dạng một chuỗi sóng trong một môi trường được gọi là Luminiferous ether. Vì sóng không bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn, nên người ta cho rằng chúng chậm lại khi đi vào một môi trường dày đặc hơn.
Năm 1816, André-Marie Ampère đã đưa ra ý tưởng cho Augustin-Jean Fresnel rằng sự phân cực của ánh sáng có thể được giải thích bằng lý thuyết sóng nếu ánh sáng là sóng ngang.
Đến năm 1821, Fresnel đã có thể chỉ ra bằng các phương pháp toán học rằng sự phân cực có thể được giải thích bằng lý thuyết sóng của ánh sáng nếu và chỉ khi ánh sáng hoàn toàn là phương ngang, không có dao động dọc nào.

Sau đó, Fresnel đã độc lập nghiên cứu lý thuyết sóng ánh sáng của riêng mình, và trình bày nó cho Académie des Sciences năm 1817. Siméon Denis Poisson đã bổ sung vào công trình toán học của Fresnel để đưa ra một lập luận thuyết phục ủng hộ lý thuyết sóng, giúp lật ngược lý thuyết phân tử của Newton. Lý thuyết sóng dự đoán rằng sóng ánh sáng có thể giao thoa với nhau giống như sóng âm thanh (như được ghi nhận vào khoảng năm 1800 bởi Thomas Young). Young đã chỉ ra bằng một thí nghiệm nhiễu xạ rằng ánh sáng hoạt động như sóng. Ông cũng đề xuất rằng các màu sắc khác nhau là do các bước sóng ánh sáng khác nhau tạo ra và giải thích khả năng nhìn màu về các thụ thể ba màu trong mắt. Một người ủng hộ lý thuyết sóng là Leonhard Euler. Ông lập luận trong Nova theoria lucis et colorum (1746) rằng nhiễu xạ có thể dễ dàng giải thích hơn bằng lý thuyết sóng. Điểm yếu của lý thuyết sóng là sóng ánh sáng, giống như sóng âm thanh, sẽ cần một môi trường để truyền. Sự tồn tại của chất giả thuyết aether phát sáng do Huygens đề xuất năm 1678 đã bị nghi ngờ mạnh mẽ vào cuối thế kỷ XIX bởi thí nghiệm Michelson – Morley.

Lý thuyết phân tử của Newton ngụ ý rằng ánh sáng sẽ truyền đi nhanh hơn trong môi trường dày đặc hơn, trong khi lý thuyết sóng của Huygens và những người khác ngụ ý ngược lại. Vào thời điểm đó, tốc độ ánh sáng không thể được đo đủ chính xác để quyết định lý thuyết nào là đúng. Người đầu tiên thực hiện một phép đo đủ chính xác là Léon Foucault, vào năm 1850. Kết quả của ông đã ủng hộ lý thuyết sóng, và lý thuyết hạt cổ điển cuối cùng đã bị loại bỏ, chỉ một phần xuất hiện trở lại vào thế kỷ 20.

Lý thuyết ánh sáng điện từ

Bản vẽ 3 chiều của sóng ánh sáng phân cực tuyến tính bị đóng băng theo thời gian và hiển thị hai thành phần dao động của ánh sáng; một điện trường và một từ trường vuông góc với nhau và hướng của chuyển động (sóng ngang).

Năm 1845, Michael Faraday phát hiện ra rằng mặt phẳng phân cực của ánh sáng phân cực tuyến tính quay khi các tia sáng truyền dọc theo hướng từ trường với sự có mặt của chất điện môi trong suốt, một hiệu ứng ngày nay được gọi là quay Faraday. Đây là bằng chứng đầu tiên cho thấy ánh sáng có liên quan đến điện từ. Năm 1846, ông suy đoán rằng ánh sáng có thể là một dạng nhiễu loạn nào đó lan truyền dọc theo các đường sức từ. Năm 1847, Faraday đề xuất rằng ánh sáng là một dao động điện từ tần số cao, có thể lan truyền ngay cả khi không có môi trường như ête.

Công việc của Faraday đã truyền cảm hứng cho James Clerk Maxwell nghiên cứu bức xạ điện từ và ánh sáng. Maxwell phát hiện ra rằng sóng điện từ tự lan truyền sẽ truyền trong không gian với một tốc độ không đổi, tương đương với tốc độ ánh sáng đã đo được trước đó. Từ đó, Maxwell kết luận rằng ánh sáng là một dạng bức xạ điện từ: lần đầu tiên ông phát biểu kết quả này vào năm 1862 trên tạp chí On Physical Lines of Force. Năm 1873, ông xuất bản một luận thuyết về điện và từ, trong đó có một mô tả toán học đầy đủ về hoạt động của điện trường và từ trường, vẫn được gọi là phương trình Maxwell. Ngay sau đó, Heinrich Hertz đã xác nhận lý thuyết của Maxwell bằng thực nghiệm bằng cách tạo và phát hiện các sóng vô tuyến trong phòng thí nghiệm, và chứng minh rằng những sóng này hoạt động chính xác như ánh sáng nhìn thấy, thể hiện các đặc tính như phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ và giao thoa. Lý thuyết của Maxwell và các thí nghiệm của Hertz đã trực tiếp dẫn đến sự phát triển của vô tuyến, radar, truyền hình, hình ảnh điện từ và truyền thông không dây hiện đại.

Trong lý thuyết lượng tử, các photon được xem như các gói sóng của các sóng được mô tả trong lý thuyết cổ điển của Maxwell. Lý thuyết lượng tử cần thiết để giải thích các hiệu ứng ngay cả với ánh sáng thị giác mà lý thuyết cổ điển của Maxwell không thể giải thích được (chẳng hạn như các vạch quang phổ).

Lý thuyết lượng tử ánh sáng

Năm 1900, Max Planck, cố gắng giải thích bức xạ vật đen, cho rằng mặc dù ánh sáng là một sóng, nhưng những sóng này chỉ có thể thu được hoặc mất năng lượng với một lượng hữu hạn liên quan đến tần số của chúng. Planck gọi những "cục" năng lượng ánh sáng này là " lượng tử " (từ một từ tiếng Latinh có nghĩa là "bao nhiêu").
Năm 1905, Albert Einstein sử dụng ý tưởng về lượng tử ánh sáng để giải thích hiệu ứng quang điện, và cho rằng những lượng tử ánh sáng này có sự tồn tại "thực".
Năm 1923, Arthur Holly Compton đã chỉ ra rằng sự dịch chuyển bước sóng khi tia X cường độ thấp tán xạ từ các electron (gọi là tán xạ Compton) có thể được giải thích bằng lý thuyết hạt của tia X, nhưng không phải là lý thuyết sóng.
Năm 1926, Gilbert N. Lewis đặt tên cho các hạt lượng tử ánh sáng này là photon.
Vào tháng 2 năm 2018, các nhà khoa học thông báo, lần đầu tiên, việc phát hiện ra một hình thức mới của ánh sáng, có thể liên quan đến polariton, đó có thể hữu ích trong việc phát triển các máy tính lượng tử

Cuối cùng lý thuyết hiện đại của cơ học lượng tử đã hình dung ánh sáng (theo một nghĩa nào đó) vừa là hạt vừa là sóng, và (theo một nghĩa khác), như một hiện tượng không phải là hạt cũng không phải là sóng (thực chất là các hiện tượng vĩ mô, chẳng hạn như bóng chày hoặc sóng biển). Thay vào đó, vật lý hiện đại coi ánh sáng là thứ có thể được mô tả đôi khi bằng toán học thích hợp với một kiểu ẩn dụ vĩ mô (hạt), và đôi khi là một phép ẩn dụ vĩ mô khác (sóng nước), nhưng thực sự là một thứ không thể hình dung hết được. Như trong trường hợp đối với sóng vô tuyến và tia X liên quan đến tán xạ Compton, các nhà vật lý đã lưu ý rằng bức xạ điện từ có xu hướng hoạt động giống như sóng cổ điển ở tần số thấp hơn, nhưng giống hạt cổ điển hơn ở tần số cao hơn, nhưng không bao giờ mất đi hoàn toàn. phẩm chất của cái này hay cái khác. Ánh sáng nhìn thấy, chiếm tần số trung bình, có thể dễ dàng hiển thị trong các thí nghiệm để mô tả được bằng cách sử dụng mô hình sóng hoặc hạt, hoặc đôi khi cả hai.