Lịch sử Quang học

Lich sử Quang học phần 8
1900-1933
Thế kỉ cuối cùng của thiên niên kỉ thứ hai bắt đầu với một cuộc cách mạng làm thay đổi ngoạn mục kiến thức của các nhà khoa học về những tính chất cơ bản của vật chất và năng lượng. Một kiến thức mới rằng năng lượng và vật chất là tương đương nhau và rằng, ở cấp độ dưới hiển vi, các quy luật chi phối hành trạng của chúng hoàn toàn khác với các quy luật chi phối của thế giới to lớn hơn, bổ sung hoàn thiện cho các định luật vật lí của Newton.


Máy quang phổ (khoảng 1905)
Kiến thức mới này phát sinh từ một lí thuyết mới tận gốc rễ của ánh sáng mà nhiều nhà khoa học thoạt đầu nhận thấy không thể nào tin nổi. Trong khi nền khoa học thế kỉ thứ 18 xem ánh sáng là hạt, thì nền khoa học thế kỉ thứ 19 xem nó là sóng. Nền khoa học thế kỉ thứ 20 tiến thêm một bước nữa và xác định rằng ánh sáng thật ra vừa là sóng, vừa là hạt.
Năm 1900, nhà vật lí người Đức Max Planck công bố một lí thuyết gây tranh cãi đề xuất rằng các nguyên tử không giải phóng năng lượng của chúng thành một dòng liên tục, như các nhà khoa học vẫn nghĩn, mà thành những gói rời rạc ông gọi là các lượng tử. Trong khi phần lớn cộng đồng vật lí chẳng có ấn tượng gì trước lí thuyết của Planck và không chắc chắn trước những ứng dụng của nó, thì một nhà vật lí lí thuyết người Đức – Albert Einstein – đã mang quan điểm của Planck tiến thêm một bước nữa.
Trong một bài báo công bố vào năm 1905, Einstein đề xuất rằng ánh sáng gồm các “hạt” năng lượng, dưới đa số trường hợp, hành xử giống như sóng. Sử dụng quan điểm này, ông đã làm được một số cái mà nền vật lí truyền thống không làm nổi; ông đã lí giải thành công hiệu ứng quang điện, nhờ đó mà ông được trao giải thưởng Nobel vật lí năm 1921.
Kì quặc và đầy mâu thuẫn, thuyết lượng tử đã làm cách mạng hóa nền vật lí vì nó đã giải thích thành công các hiện tượng vật lí ở cấp độ nguyên tử, cái mà nền vật lí Newton luận không thể giải thích. Mặc dù các hiệu ứng của nó không thể nào quan sát thấy trong thế giới to lớn hơn, nhưng thuyết lượng tử đã giữ một vai trò thiết yếu trong sự phát triển của những công nghệ mới có sức ảnh hưởng to lớn trong thế kỉ mới này.


Kính hiển vi điện tử
Các tiến bộ trong ngành hiển vi học cũng mang lại cho các nhà khoa học những công cụ khảo sát thế giới cực kì nhỏ bé ấy. Năm 1931, Ernst Ruska phát triển các bộ phận dùng cho chiếc kính hiển vi điện tử đầu tiên, cái ông chế tạo ra vào năm 1933 và nhờ đó ông được trao giải Nobel vật lí năm 1986. Nguyên lí của chiếc kính hiển vi này là sử dụng một chùm electron hội tụ, chúng hành xử giống như sóng với một bước sóng rất ngắn, thay cho một nguồn sáng nhìn thấy. Kĩ thuật này làm tăng đáng kể độ phân giải và cho phép các nhà khoa học quan sát những vật quá nhỏ nếu nhìn qua kính hiển vi quang học.
Với những chiếc kính thiên văn ngày một mạnh hơn, các nhà thiên văn học tiếp tục nhận ra những vật thể mới trên bầu trời, từ các tiểu hành tinh cho đến những thiên hà xa xôi. Năm 1930, Pluto được bổ sung vào bảng kê các hành tinh đã biết trong hệ mặt trời [Hiện nay, Pluto không còn nằm trong danh sách này nữa – ND].
Các nhà thiên văn bắt đầu tiến xa hơn việc nhận dạng và lập danh mục các vật thể trên bầu trời, họ phát triển các lí thuyết vũ trụ học giải thích sự phát triển của vũ trụ. Năm 1912, nhà thiên văn người Mĩ Vesto Slipher quan sát thấy các vạch phổ của tất cả các thiên hà đều bị lệch về phía tần số đỏ của quang phổ ánh sáng. Năm 1929, một nhà thiên văn người Mĩ khác, Edwin Hubble, đề xuất rằng sự lệch này có nghĩa là vũ trụ đang giãn nở ở một tốc độ không đổi (hằng số Hubble). Đề xuất này mở ra một cuộc tranh luận rằng vũ trụ có tiếp tục giãn nở mãi mãi hay sẽ bắt đầu co lại vào một lúc nào đó, trong một chuỗi giãn nở và co lại kéo dài vô cùng tận.
Trong khi môi trường vô tuyến tương đối mới mẻ đã phát triển về tính phổ dụng và tính sẵn sàng trong ba thập niên đầu thế kỉ mới, thì một môi trường không dây khác đang trong quá trình phát triển. Một kĩ sư người Scotland, John Baird, đã trình diễn nguyên mẫu hoạt động đầu tiên cho truyền hình – radio có hình.
1900 – 1933
1900
Max Planck (Đức) nêu lí thuyết rằng bức xạ điện từ được phát ra thành từng gói năng