Điều tra sức vận động trong thí nghiệm young về giao thoa ánh sáng

Điều tra sức vận động trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng

Thí nghiệm Young là một thí nghiệm quan trọng giúp chúng ta hiểu về tính chất sóng ánh sáng và giao thoa. Trong thí nghiệm này, người ta sử dụng một tấm lưới kép để tách ánh sáng thành hai khoảng cách giống nhau và thực hiện giao thoa giữa chúng. Kết quả của thí nghiệm cho thấy một kiểu mẫu giao thoa với vạch sáng tối xen kẽ, cho thấy tính sóng và tính chất chuyển động của ánh sáng. Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu hơn vào thí nghiệm Young và nói về điều tra sức vận động (momentum) trong quá trình giao thoa ánh sáng.

Đầu tiên, để hiểu rõ hơn về sức vận động của ánh sáng, chúng ta cần xem xét phương trình sóng ánh sáng. Ánh sáng được miêu tả như một sóng điện từ, cụ thể là sóng điện từ bằng cách sử dụng phương trình Maxwell. Phương trình Maxwell cũng cho thấy rằng ánh sáng chứa đựng một lượng năng lượng đầy đủ, mà ta có thể tính toán bằng cách sử dụng công thức Planck hoặc công thức Einstein, cho thấy sức mạnh và tính quan trọng của ánh sáng trong thế giới chúng ta.

Theo như lý thuyết, ánh sáng phải có một sức vận động cụ thể, cho dù rất nhỏ so với các vật thể khác trong vũ trụ. Tuy nhiên, sức vận động này đã được các nhà khoa học chứng minh được thông qua một số thí nghiệm. Theo nguyên lý đồng điệu, khi một ánh sáng chạm vào một vật cứng thì nó sẽ truyền động lượng và sức vận động lên vật đó. Thí nghiệm này được thực hiện bởi Crookes bằng cách sử dụng hạt nhựa và chắm đen, khi một ánh sáng vô hướng gây ra truyền động lượng lên các hạt, đẩy chúng di chuyển.

Trong thí nghiệm Young, sức vận động của ánh sáng được đo bằng cách sử dụng bốn đèn pin và một khối lượng bằng với khối lượng của khối dầu. Khi ánh sáng được chia thành hai vật điểm, nó sẽ giao thoa và tạo ra một mẫu giao thoa, cho phép ta đo sức vận động của ánh sáng bằng cách đo khối lượng của khối dầu di chuyển khi nó bị đẩy bởi ánh sáng.

Khi ánh sáng chạm vào một bề mặt phẳng, nó sẽ phản xạ lại theo một góc bằng với góc xạ ra từ bề mặt. Trong thí nghiệm Young, ánh sáng được phát thẳng đứng từ một nguồn sáng đơn, rơi vào trên một tấm thủy tinh nhằm đảm bảo một góc nhập cạnh với mặt phẳng của tấm lưới kép. Sau đó, ánh sáng sẽ đi qua tấm lưới kép, được tách thành hai chùm ánh sáng song song, sau đó giao thoa và tạo ra một mẫu giao thoa được quan sát trên một màn hình đen.

Nếu ta giả sử rằng ánh sáng có khối lượng, ta có thể sử dụng động lượng của ánh sáng để tính toán sức vận động của nó. Động lượng của ánh sáng được xác định bằng công thức động lượng của một dụng cụ đơn, tương đương với sức ép của ánh sáng khi nó chạm vào bề mặt. Sức ép được tính bằng công thức P = F / A, trong đó P là sức ép, F là lực áp dụng, và A là diện tích bề mặt được áp dụng lực.

Sức vận động của ánh sáng được tính bằng công thức p = mv, trong đó p là động lượng, m là khối lượng, và v là vận tốc của ánh sáng, nhưng vấn đề ở đây là ánh sáng không có khối lượng. Nhưng trên thực tế, sức vận động của ánh sáng vẫn có thể được tính toán bằng cách sử dụng động lượng của ánh sáng, đưa ra một cách suy luận logic về sự ảnh hưởng của ánh sáng đối với vật chất.

Một cách để lí giải sức vận động của ánh sáng là sử dụng định luật phân hạch, đó là nguyên lý nhận định rằng quang phân hạch phải có năng lượng tương đương với sức vận động phân hạch của các hạt hạt nhân. Với sự hiểu biết về vận tốc của ánh sáng, chúng ta có thể suy ra sức vận động của nó bằng cách sử dụng phương trình Einstein. Theo phương trình này, các hạt ánh sáng, vì không có khối lượng, phải có một động lượng tương đương với năng lượng mà chúng mang.

Trong thí nghiệm Young, sức vận động của ánh sáng nằm trong khoảng từ 10−36 đến 10−29 kg·m/s, tính toán được thông qua sự thay đổi của khối lượng khối dầu theo thời gian. Dù sức vận động này rất nhỏ nhưng nó vẫn đầy quan trọng, vì nó cho thấy sức mạnh của ánh sáng trong thế giới nhỏ bé của vật lý lượng tử. Ngoài ra, thí nghiệm Young và những phát hiện liên quan đến ánh sáng còn mang lại cho chúng ta những kiến thức quý giá, giúp ta hiểu cách các vật thể khác nhau phản xạ, chuyển động, tưới sáng, và hình thành các hình thức khác nhau của ánh sáng.

Điều tra sức vận động trong thí nghiệm Young đã cho thấy rằng ánh sáng có một động lượng rất nhỏ, nhưng nó vẫn đầy quan trọng trong vật lý lượng tử. Sức vận động của ánh sáng có thể được tính toán bằng cách sử dụng các phương trình lượng tử và các nguyên lý của vật lý lượng tử. Các nhà khoa học tiếp tục phát triển những phương pháp mới để nghiên cứu ánh sáng và tính chất của nó, giúp đưa ra một hiểu biết sâu sắc hơn về thế giới của chúng ta.