NộI Dung
- Bản chất kép của ánh sáng
- Thảm họa tia cực tím
- Hiệu ứng quang điện
- Lý thuyết Einsteins đã được xác minh
Albert Einstein được nhớ đến với lý thuyết tương đối và phương trình cân bằng khối lượng và năng lượng, nhưng không thành tựu nào mang lại cho ông giải thưởng Nobel. Ông đã nhận được vinh dự đó cho công trình lý thuyết của mình trong vật lý lượng tử. Phát triển ý tưởng tiên tiến của nhà vật lý người Đức Max Planck, Einstein đề xuất rằng ánh sáng bao gồm các hạt rời rạc. Ông dự đoán rằng ánh sáng chiếu vào bề mặt kim loại dẫn điện sẽ tạo ra dòng điện và dự đoán này đã được chứng minh trong phòng thí nghiệm.
Bản chất kép của ánh sáng
Ngài Isaac Newton, mô tả hành vi của ánh sáng bị nhiễu xạ bởi một lăng kính, đề xuất rằng ánh sáng bao gồm các hạt. Ông nghĩ rằng nhiễu xạ là do các hạt chậm lại khi đi qua các phương tiện dày đặc.Các nhà vật lý sau này có xu hướng về quan điểm rằng ánh sáng là một sóng. Một lý do cho điều này là việc chiếu ánh sáng qua hai khe cùng một lúc tạo ra kiểu giao thoa, điều này chỉ có thể xảy ra với sóng. Khi James Clerk Maxwell công bố lý thuyết điện từ của mình vào năm 1873, ông đã dựa trên các phương trình về bản chất giống như sóng của điện, từ và ánh sáng - một hiện tượng liên quan.
Thảm họa tia cực tím
Sự thanh lịch của các phương trình Maxwell là bằng chứng mạnh mẽ cho lý thuyết sóng truyền ánh sáng, nhưng Max Planck được truyền cảm hứng để bác bỏ lý thuyết đó để giải thích hành vi quan sát được khi làm nóng "hộp đen", thứ mà không ánh sáng nào có thể thoát ra. Theo những hiểu biết về động lực học sóng, hộp phải phát ra một lượng bức xạ cực tím vô hạn khi được nung nóng. Thay vào đó, nó tỏa ra ở các tần số riêng biệt - không ai trong số chúng là vô hạn. Năm 1900, Planck đã đưa ra ý tưởng rằng năng lượng sự cố được "lượng tử hóa" trong các gói riêng biệt để giải thích hiện tượng này, được gọi là thảm họa tia cực tím.
Hiệu ứng quang điện
Albert Einstein đã lấy ý tưởng của Plancks, và vào năm 1905, ông đã xuất bản một bài báo có tựa đề "Về quan điểm heuristic liên quan đến việc sản xuất và biến đổi ánh sáng", trong đó ông đã sử dụng chúng để giải thích hiệu ứng quang điện, lần đầu tiên được quan sát bởi Heinrich Hertz vào năm 1887. Theo Einstein, sự cố ánh sáng trên bề mặt kim loại tạo ra dòng điện vì các hạt ánh sáng đánh bật các electron ra khỏi các nguyên tử cấu thành kim loại. Năng lượng của dòng điện nên thay đổi theo tần số - hoặc màu sắc - của ánh sáng tới, không theo cường độ của ánh sáng. Ý tưởng này mang tính cách mạng trong một cộng đồng khoa học trong đó phương trình Maxwell được thiết lập tốt.
Lý thuyết Einsteins đã được xác minh
Nhà vật lý người Mỹ Robert Millikan ban đầu không bị thuyết phục về lý thuyết Einsteins, và ông đã nghĩ ra những thí nghiệm cẩn thận để kiểm tra chúng. Anh ta đặt một tấm kim loại bên trong một bóng đèn thủy tinh di tản, chiếu ánh sáng có tần số khác nhau lên tấm và ghi lại dòng điện kết quả. Mặc dù Millikan đã hoài nghi, nhưng những quan sát của anh ta đồng ý với dự đoán của Einsteins. Einstein đã nhận được giải thưởng Nobel năm 1921 và Millikan nhận được nó vào năm 1923. Cả Einstein, Planck và Millikan đều không gọi các hạt là "photon". Thuật ngữ đó đã không được sử dụng cho đến khi nó được đặt ra bởi nhà vật lý Berkeley Gilbert Lewis vào năm 1929.