Sóng - hạt ... ơ hơ !!! Chả hiểu gì cả.

Quả thật tôi cũng không hiểu bạn cần giải thích đến mức độ nào, và cũng không hiểu lắm câu

Hiện tượng nhiễu xạ của ánh sáng không phải là một giả thuyết, mà là một hiện tượng khách quan được quan sát thấy.
Trước khi bàn về sóng ánh sáng, hãy nói chút về sóng cổ điển. Các phương trình sóng cổ điển đã được tìm ra từ rất lâu đời, từ các phương trình này, bằng các tính toán toán học, người ta chỉ ra rằng ở đâu có sóng, ở đó có giao thoa và nhiễu xạ. Một vấn đề được đặt ngược lại có phải ở đâu có giao thoa và nhiễu xạ thì ở đó có sóng không ? Trong cơ học cổ điển thì câu trả lời là Đúng vậy!
Trước đây có nhiều tranh cãi về bản chất ánh sáng, sau một thời gian thì thuyết hạt của Newton thắng thế, thuyết này giải thích được rất nhiều hiện tượng trong tự nhiên, nhưng về sau có những hiện tượng mà nó không giải thích được, trong đó có hiện tượng tạo thành các vạch khi ánh sáng đi qua hai khe và tạo vạch khi ánh sáng đi qua một gờ mỏng. Ngừơi ta mới thấy rằng, các hiện tượng này sẽ được giải thích nếu như coi ánh sáng là sóng. Từ đó thuyết sóng ánh sáng ra đời và cũng giải thích được rất nhiều hiện tượng trong tự nhiên, cho đến khi người ta tìm ra hiện tượng quang điện, vấn đề một lần nữa được đặt lại.
Vậy, người ta coi ánh sáng là một sóng bở vì nó cư xử như một sóng. Cách lý luận này rất phổ biến trong Vật Lý, bạn phải làm quen với nó nếu muốn học Vật Lý hiện đại. Nếu không chấp nhận điều này, bạn sẽ rất khó hiểu một số lý thuyết, như thuyết sóng de Broglie chẳng hạn.
Cũng từ cách lý luận như vậy mà người ta đưa đến thuyết "lưỡng tính sóng hạt". Nếu lập luận rằng ánh sáng vừa là sóng vừa là hạt thì khó nghe, nhưng nếu nói rằng nó cư xử vừa giống sóng vừa giống hạt thì lại rất rõ ràng. Vì hành vi của ánh sáng đã được tìm thấy bằng thực nghiệm.
Bạn có thể không chấp nhận thuyết sóng, có thể nói rằng bản chất của nó là một cái gì đó chưa biết, chẳng qua nó cư xử giống sóng mà thôi. Thuyết của bạn có thể vì thế mà chặt chẽ hơn, nhưng nó lại không hữu dụng tí nào. Trong khi một thuyết không chặt chẽ bằng là thuyết sóng lại có thể giải thích được rất nhiều hiện tượng, giúp tiên đoán nhiều hiện tượng mới và giúp phát triển kỹ thuật. Đó là lý do vì sao người ta chọn thuyết sóng ánh sáng.
Nếu đã coi ánh sáng là một sóng, thì việc giải thích hiện tượng nhiễu xạ chỉ thuần là vấn đề tính toán.
Nếu không chấp nhận, thì câu hỏi về hiện tượng nhiễu xạ vẫn còn treo đó, nhưng tội tình gì phải làm vậy? Và trên thế giới chẳng ai làm cái việc vô ích ấy cả.
Xin nói thêm một chút, Hoá học không giải thích được hiện tượng nhiễu xạ là đúng, nhưng, như bạn hanman đã nói, câu phát biểu rằng "Vật lý vẫn chưa giải thích được" đúng là quá khinh suất. Tôi không nói bạn, mà là bản thân câu phát biểu ấy không đúng với thực tế.
F./
Thế giới thật rộng lớn

Xin lỗi bạn famer và montercrixo nhé. Hình như hai người tranh luận không cùng một vấn đề thì phải. Đúng là câu "giả thiết nếu không công nhận sự nhiễu xạ thì có cách nào chứng minh tính chất sóng của ánh sáng không?" đã được famer giải quyết cặn kẽ nhưng theo tôi hiểu thì mục đích ban đầu của montercrixo là tìm hiểu bản chất của hiện tượng nhiễu xạ chứ không phải thắc mắc : " nhiễu xạ là gì và tại sao hiện tượng nhiễu xạ của ánh sáng lại dẫn tới kết luận về đặc trưng sóng của ánh sáng ?". Vâng cái ban đầu đặt ra là làm sao lý giải được bản chất của hiện tượng nhiễu xạ, mà đứng trên phương diện đặc trưng hạt của ánh sáng tôi đã thử đưa ra một đề xuất đó là sự tán xạ của các hạt photon (tất nhiên "tán xạ" cũng chỉ là một hiện tượng khác chưa phải là bản chất sâu xa nhất nhưng chắc rằng chúng ta hiểu hiện tượng này hơn), và bây giờ câu hỏi là bản chất của hiện tượng nhiễu xạ sóng là gì ? Có nghĩa rằng tôi đã thừa nhận đặc trưng sóng của ánh sáng.
Tóm lại tất cả các tính chất sóng và hạt thì cuối cùng cũng quy về các tương tác giữa các trường với nhau mà thôi, nhưng câu trả lời này tôi thực sự không thoả mãn lắm vì nó có vẻ chung chung quá. Tôi muốn ai đó có thể trình bày rõ ràng rằng các trường đó tương tác ra sao, đã xảy ra tương tác giữa các dại lượng đặc trưng gì để tạo nên hiện tượng mà chúng ta quan sát thấy ?
Rất mong mọi người cho ý kiến !
Người có vô số những thắc mắc về thế giới, mong được sự giúp đỡ !

Bây giờ hãy thử giải thích hiện tượng nhiễu xạ dựa trên lý thuyết sóng. Chúng ta thừa nhận những cơ sở sau đây:
.Bản chất của ánh sáng là sóng điện từ, mỗi tần số sóng ứng với một màu nhất định.
.Cường độ của ánh sáng tỷ lệ với bình phương biên độ của sóng
.Ở mỗi điểm mà ánh sáng truyền tới sẽ đóng vai trò như một nguồn thứ cấp phát ra sóng cầu
Bây giờ hãy khảo sát hiện tượng nhiễu xạ qua một khe. Cho một sóng phẳng công suất P đi đến khe, chia khe ra làm N nguồn thứ cấp, mỗi nguồn phát sóng cầu với công suất P/N. Cho ánh sáng này một tần số f rồi viết biểu thức của sóng điện từ
E=Eo Sin (wt - kx)
I ~ E2 -> I là cường độ ánh sáng
P=I*A -> A là diện tích mà công suất P truyền qua
Ta có thể tính được biểu thức sóng cho từng nguồn nhỏ.
Sóng điện từ ở mỗi điểm là tổng các giá trị sóng từ các tất cả các nguồn .
Biết được biểu thức của trường điện từ ở mỗi điểm, ta có thể tính được cường độ sáng ở điểm đó (bình phương lên rồi nhân hệ số tỷ lệ)
Lấy giới hạn khi N -> vô cùng ta có cường độ sáng tại mỗi điểm gây ra do sóng ánh sáng.
Khảo sát biểu thức của cường độ sáng theo vị trí trên màn, ta thấy ánh sáng được phân bố thành các vân sáng tối, đó là hiện tượng nhiễu xạ qua 1 khe.
Bản chất của hiện tượng nhiễu xạ là tính cộng sóng (sự giao thoa) từ vô số nguồn nhỏ.
F./
Thế giới thật rộng lớn

Các bác bấm vào đây để xem 1 cách giải thích nhiễu xạ của photon qua khe hẹp này
http://www.physicsvn.org/forum/showthread.php?p=5017
(Xin lỗi vì không gõ được công thức nên tớ phải post bài trả lời ở chỗ khác)

Tôi còn một chỗ chưa được rõ, nếu giải thích như thế này, thì làm sao giải thích được sự hiện diện của các vân nhiễu xạ bậc 2 trở lên?
Hơn nữa, vế phải của hệ thức bất định không phải là h mà là h/4 pi. Nếu dùng trị số này ta sẽ cho ra một bề rộng vân hoàn toàn khác.
Cuối cùng, dấu của hệ thức bất định không phải là dấu "=" mà là dấu ">=" >nếu dùng dấu này ta sẽ có sin(a) >= sin(a(f)). Từ kết quả cuối cùng này không suy ra được gì cả.
Hệ thức bất định chỉ là một biểu hiện của tính chất sóng ánh sáng. Theo tôi, muốn chứng minh rõ ràng, tốt hơn hãy giải các phương trình sóng Shrodinger (mà kết quả ra hàm sóng là sóng... điện từ, bài toán lại quay về bài toán cổ điển)
F./
Thế giới thật rộng lớn
Được farmer sửa chữa / chuyển vào 02:14 ngày 09/03/2004

Hiện tượng nhiễu xạ là hiện tượng lệch phương của tia sáng khi đi qua khe hẹp. Hiệu ứng này có bản chất lượng tử. Do các tia sáng bị lệch phương nên chúng mới cắt nhau và giao thoa với nhau để tạo thành các vân nhiễu xạ (thực chất là vân giao thoa).
Hệ thức bất định chính xác là dấu bằng (=). Dấu (&gt hàm ý giới hạn hiểu biết của chúng ta vào thế giới kém tinh tế hơn hệ thức bất định đó.
Tuy nhiên ở đây bác có thể dùng dấu (&gt cũng chẳng sao. Khi đó sẽ thấy góc lệch kia chính là góc lệch nhỏ nhất của photon khi đi qua khe.
Tóm lại là khi đi qua khe hẹp thì photon không lệch nhiều thì lệch ít chứ không thể đi thẳng được.
Được numeric sửa chữa / chuyển vào 18:24 ngày 09/03/2004

Lập luận của lý thuyết cổ điểm kém chặt chẽ ở chỗ sử dụng nguyên lý :

mà không thể giải thích tại sao lại có hiện tượng này.
Được numeric sửa chữa / chuyển vào 17:30 ngày 09/03/2004

Trời ạ, lập luận nào mà chẳng dựa trên những nguyên lý. Nguyên lý bất định không là nguyên lý chắc?
Tôi đồng ý là hiện tượng nhiễu xạ có thể giải thích được dựa trên nhiều quan điểm khác nhau, sóng, hạt hay lưỡng tính sóng hạt. Nhưng trong đó quang điểm sóng là dễ tiếp thu nhất cho lứa tuổi học sinh sinh viên và nhất là không sai
Về cách giải thích theo quan điểm lượng tử kiểu như trên, tôi vẫn không hiểu làm thế nào có thể giải thích được sự xuất hiện của vân nhiễu xạ bậc hai trở lên? Vì các tia nhiễu xạ không hề lệch lung tung mà tạo thành một hệ vân rất rõ ràng.
F./
Thế giới thật rộng lớn
Được farmer sửa chữa / chuyển vào 11:55 ngày 10/03/2004

Nguyên lý bất định chỉ chứng tỏ photon đi qua khe phải lệch ít nhất góc theta thôi. Còn bác muốn nhận được các vân thì vẫn cần những tính toán như trong giáo trình Vật lý Đại cương (tính toán sự giao thoa của các tia sau khi qua khe).
Nếu dùng nguyên lý Hugel tức là mặc nhiên bác đã thừa nhận ánh sáng đi lệch rồi. Mà không giải thích gi hết. Theo tôi trong giao trình đại cương thí nghiệm về nhiễu xạ qua 1 khe và giao thoa qua 2 khe thực chất là tương đương: đều chỉ tính toán vân giao thoa mà không đả động gì đến nguồn gốc của sự lệch phuơng của tia sáng.

Nguyên lý Huyghen hoàn toàn có thể suy ra chặt chẽ từ tính chất sóng của ánh sáng. Ở mỗi điểm mà mặt sóng truyền tới, môi trường ở đó sẽ dao động, dao động này lan truyền trong môi trường đẳng hướng sẽ sinh ra sóng cầu. Không tin nữa các bác hãy giải phương trình sóng. Trong thuyết sóng, cái người ta nghiên cứu là các mặt sóng chứ không phải là tia sáng. Cũng không phải các tia sáng sau khi lệch phương sẽ giao thoa với nhau, mà là các sóng phát ra theo mặt sóng cầu giao thoa với nhau. Cái gọi là "chùm tia sáng" chỉ là miền không gian có bề rộng, trong đó cường độ sáng lớn hơn không mà thôi. Chỉ có trong quang hình mới có khái niệm "tia sáng" trừu tượng. Như vậy, chấp nhận bản chất sóng điện từ của ánh sáng là ta đã có thể giải thích sự tạo thành ảnh nhiễu xạ. Không nhất thiết phải dùng đến các khái niệm của quang hình và thuyết hạt.
Ngoài ra, hiện tượng nhiễu xạ không chỉ đơn thuần là sự lệch phương của tia sáng, mà còn là sự hình thành hệ vân nhiễu xạ, hiện tượng phân bố mật độ sáng theo hình chuông trên mỗi vân sáng, hiện tượng giảm dần cường độ và đổi cách phân bố vân sáng ở miền xa vân trung tâm. Những hiện tượng này đều giải thích và tiên đóan được bằng thuyết sóng, và được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Những điều đó cách giải thích bằng nguyên lý bất định không thể nào làm được.
Hiện nay người ta coi ánh sáng có bản chất lưỡng tính sóng hạt, trong đó tính sóng thể hiện ở miền bước sóng tương đối dài, tính hạt thể hiện ở miền bước sóng tương đối ngắn. Vùng ánh sáng khả kiến còn nằm trong tầm ảnh hưởng của thuyết sóng, nên việc dùng thuyết sóng để giải quyết bài toán này là hoàn toàn hợp lý. Dùng thuyết lượng tử để giải thích đầy đủ thì phải giải các phương trình Schrodinger, kết quả sau khi giải mớ pt đạo hàm riêng cũng lại là... sóng điện từ. Quá phức tạp. Dùng nguyên lý bất định nhiều người còn ở trình độ phổ thông không hiểu được, kết quả giải thích lại yếu hơn.
F./
Thế giới thật rộng lớn
Được farmer sửa chữa / chuyển vào 11:39 ngày 11/03/2004