Lý thuyết sóng của Huygens Light

các thuyết sóng ánh sáng Huygens định nghĩa ánh sáng là sóng, tương tự như sóng âm hoặc sóng cơ xảy ra trong nước. Mặt khác, Newton khẳng định rằng ánh sáng được hình thành bởi 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 là tiết lộ những bí ẩn của ánh sáng.

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

Tuy nhiên, mãi đến cuối thế kỷ 17 và đầu thế kỷ 18, với lý thuyết của Isaac Newton và Christiaan Huygens, các cơ sở cho kiến ​​thức sâu hơn về ánh sáng đã bắt đầu được đặt ra.

Nguyên lý sóng ánh sáng của Huygens

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

Nhà vật lý người Hà Lan đề xuất rằng ánh sáng được phát ra theo mọi hướng khi một tập hợp sóng di chuyển qua một môi trường mà ông gọi là ether. Vì sóng không bị ảnh hưởng bởi trọng lực, nên nó cho rằng tốc độ của sóng bị giảm khi chúng đi vào môi trường dày đặc hơn.

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

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

a) Các 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 mới của sóng thứ cấp, được phát ra với cùng tần số và tốc độ đặc trưng cho các sóng chính. Không thể nhận thấy sự vô hạn của sóng thứ cấp, do đó sóng phát sinh từ các sóng thứ cấp này là đường bao của nó.

Tuy nhiên, lý thuyết sóng của Huygens không được các nhà khoa học thời đó chấp nhận, ngoại trừ một vài trường hợp ngoại lệ như của Robert Hooke.

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

Suy tư

Sự phản xạ là một hiện tượng quang học xảy ra khi một sóng đập xiên vào một bề mặt tách biệt giữa hai môi trường và trải qua một sự thay đổi hướng, được đưa trở lại môi trường đầu tiên cùng với một phần năng lượng của chuyển động.

Các định luật phản ánh như sau:

Luật đầu tiên

Tia phản xạ, sự cố và bình thường (hoặc vuông góc), nằm trong cùng một mặt phẳng.

Luật thứ hai

Giá trị của góc tới hoàn toàn giống với góc phản xạ.

Nguyên tắc của Huygens cho phép chứng minh các định luật phản ánh. Nó được xác minh rằng khi một sóng đạt đến sự phân tách của phương tiện, mỗi điểm sẽ trở thành một nguồn phát mới phát ra sóng thứ cấp. Mặt trước sóng phản xạ là đường bao của sóng thứ cấp. Góc của mặt sóng thứ cấp phản xạ này hoàn toàn giống với góc tới.

Khúc xạ

Tuy nhiên, khúc xạ là hiện tượng xảy ra khi sóng tấn công xiên vào khoảng cách giữa hai môi trường, có chỉ số khúc xạ khác nhau.

Khi điều này xảy ra, sóng xâm nhập và được truyền bởi thứ hai của môi trường cùng với một phần năng lượng của chuyển động. Khúc xạ xảy ra do hậu quả của tốc độ khác nhau mà sóng truyền trong các môi trường khác nhau.

Nguyên lý của Huygens đã đưa ra một lời giải thích thuyết phục về khúc xạ. Các điểm trên mặt 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 trong tất cả các loại sóng) bao gồm độ lệch của sóng khi chúng tìm thấy chướng ngại vật trên đường đi hoặc đi qua một khe.

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

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

Những câu hỏi chưa được trả lời về lý thuyết của Huygens

Nguyên tắc Huygens để lại một loạt câu hỏi chưa được trả lời. Ông tuyên bố rằng mỗi điểm của mặt sóng lần lượt là một nguồn của sóng mới, không giải thích được tại sao ánh sáng truyền cả ngược và xuôi.

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

Phục hồi mô hình sóng

Mãi đến thế kỷ 19, mô hình sóng đã được phục hồi. Điều này chủ yếu nhờ vào sự đóng góp của Thomas Young, người đã có thể giải thích tất cả các hiện tượng của ánh sáng trên cơ sở rằng ánh sáng là một làn sóng dọc.

Đặc biệt, vào năm 1801, ông đã thực hiện thí nghiệm khe đôi nổi tiếng của mình. Với thí nghiệm này, Young đã thử nghiệm mô hình giao thoa ánh sáng từ nguồn sáng xa khi nó bị nhiễu xạ sau khi đi qua hai khe.

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

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

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

Tài liệu tham khảo

1. Burke, John Robert (1999). Vật lý: bản chất của sự vật. Thành phố Mexico: Biên tập viên Thomson quốc tế. 
2. "Christiaan Huygens." Từ điển bách khoa về tiểu sử thế giới. 2004. Bách khoa toàn thư.com. (14 tháng 12 năm 2012).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Vật lý Phiên bản thứ 3. Barcelona: Hoàn nguyên.
4. Nguyên tắc truyền sóng của David A. B. Miller Huygens đã được sửa, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Nguyên tắc Huygens-Fresnel (n.d.). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 1 tháng 4 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
6. Ánh sáng (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 1 tháng 4 năm 2018, từ en.wikipedia.org.

7. Thí nghiệm của Young (n.d.). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 1 tháng 4 năm 2018, từ es.wikipedia.org.