Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Translator: Huyen Truong Reviewer: Hùng Đỗ

You look down and see a yellow pencil lying on your desk.

Bạn nhìn xuống và thấy một cây bút chì màu vàng đang nằm trên bàn.

Your eyes, and then your brain, are collecting

Mắt, rồi đến não của bạn, đang thu thập

all sorts of information about the pencil:

mọi loại thông tin về cây bút chì đó:

its size,

color,

kích cỡ,

màu sắc,

shape,

distance,

hình dạng,

khoảng cách,

and more.

và nhiều thứ khác.

But, how exactly does this happen?

Nhưng, việc này chính xác xảy ra như thế nào?

The ancient Greeks were the first

Người Hy Lạp cổ đại là những người đầu tiên

to think more or less scientifically

nghĩ về vấn đề này, ít nhất cũng theo một cách khoa học

about what light is and how vision works.

về việc ánh sáng là gì và cách hoạt động của thị giác.

Some Greek philosophers,

Một số nhà triết học Hy Lạp,

including Plato and Pythagoras,

bao gồm Pluto và Pythagoras,

thought that light originated in our eyes

nghĩ rằng ánh sáng được tạo ra trong mắt ta

and that vision happened when little, invisible probes

và ta có thị lực khi các tín hiệu thăm dò nhỏ bé vô hình

were sent to gather information about far-away objects.

được gửi đi để thu thập thông tin về những vật thể ở xa.

It took over a thousand years

Phải mất hàng nghìn năm,

before the Arab scientist, Alhazen,

trước khi nhà khoa học Ả Rập, Alhazen,

figured out that the old, Greek theory of light couldn't be right.

nhận thấy rằng thuyết của người Hy Lạp về về ánh sáng không thể đúng được.

In Alhazen's picture, your eyes don't send out

Trong bức tranh của Alhazen, mắt chúng ta không phát đi

invisible, intelligence-gathering probes,

những tín hiệu vô hình để thu thập sự thông minh,

they simply collect the light that falls into them.

chúng chỉ đơn giản là nhận ánh sáng lọt vào trong mắt ta.

Alhazen's theory accounts for a fact

Thuyết của Alhazen giải thích cho một thực tế

that the Greek's couldn't easily explain:

mà người Hy Lạp khó có thể làm được:

why it gets dark sometimes.

tại sao lại tối.

The idea is that very few objects actually emit their own light.

Ý tưởng là vài vật thể thực sự phát ra ánh sáng của nó.

The special, light-emitting objects,

Những vật đặc biệt, tự phát ra ánh sáng,

like the sun

như mặt trời

or a lightbulb,

are known as sources of light.

hay cái bóng đèn,

được biết đến là nguồn sáng.

Most of the things we see,

Hầu hết những thứ ta thấy,

like that pencil on your desk,

như cây bút chì trên bàn,

are simply reflecting light from a source

đơn giản chỉ phản chiếu tia sáng lại từ nguồn sáng

rather than producing their own.

hơn là tự tạo ánh sáng của nó.

So, when you look at your pencil,

Vậy, khi bạn nhìn vào cái bút chì,

the light that hits your eye actually originated at the sun

ánh sáng tới mắt bạn thực ra được tạo ra từ mặt trời

and has traveled millions of miles across empty space

và đã đi hàng triệu dặm qua chân không

before bouncing off the pencil and into your eye,

trước khi va chạm đến cái bút chì rồi nảy vào mắt bạn,

which is pretty cool when you think about it.

khá là tuyệt nếu bạn nghĩ về điều đó.

But, what exactly is the stuff that is emitted from the sun

Nhưng, những thứ phát ra từ mặt trời thực chất là gì

and how do we see it?

và chúng ta thấy nó bằng cách nào?

Is it a particle, like atoms,

Nó là hạt, như nguyên tử,

or is it a wave, like ripples on the surface of a pond?

hay nó là sóng, giống như gợn nước trên bề mặt của 1 cái ao?

Scientists in the modern era would spend a couple of hundred years

Các nhà khoa học của thời hiện đại đã dành ra vài trăm năm

figuring out the answer to this question.

để tìm ra đáp án cho câu hỏi này.

Isaac Newton was one of the earliest.

Isaac Newton là một trong số những người sớm nhất.

Newton believed that light is made up

Newton tin rằng ánh sáng được cấu tạo

of tiny, atom-like particles, which he called corpuscles.

từ những hạt tí hon giống nguyên tử, mà ông gọi là vi hạt

Using this assumption, he was able to explain some properties of light.

Dựa vào giả thuyết này, ông có thể giái thích được một số tính chất của ánh sáng.

For example, refraction,

Ví dụ, khúc xạ,

which is how a beam of light appears to bend

là hiện tượng chùm sáng bị bẻ cong

as it passes from air into water.

khi nó đi xuyên qua nước.

But, in science, even geniuses sometimes get things wrong.

Nhưng, trong khoa học, kể cả những thiên tài cũng có lúc sai.

In the 19th century, long after Newton died,

Vào thế kỉ 19, rất lâu sau khi Newton qua đời,

scientists did a series of experiments

các nhà khoa học tiến hành một loạt thí nghiệm

that clearly showed that light can't be made up

mà chứng minh rõ ràng rằng ánh sáng không thể cấu tạo

of tiny, atom-like particles.

từ những hạt tí hon như nguyên tử.

For one thing, two beams of light that cross paths

Vì một điều, 2 chùm sáng giao nhau

don't interact with each other at all.

không tác động qua lại với nhau.

If light were made of tiny, solid balls,

Nếu ánh sáng được cấu tạo bởi những quả bóng tí hon và đặc,

then you would expect that some of the particles from Beam A

thì bạn sẽ kì vọng rằng vài hạt từ chùm sáng A

would crash into some of the particles from Beam B.

sẽ va vào vài hạt của chùm sáng B.

If that happened, the two particles involved in the collision

Nếu điều đó xảy ra, 2 hạt trong vụ va chạm đó

would bounce off in random directions.

sẽ nảy ra theo những hướng vô định.

But, that doesn't happen.

Nhưng, điều đó không xảy ra.

The beams of light pass right through each other

Các chùm sáng xuyên qua nhau

as you can check for yourself

và bạn cũng có thể tự kiểm chứng

with two laser pointers and some chalk dust.

với 2 bút lade và một chút bụi phấn.

For another thing, light makes interference patterns.

Một điều nữa là ánh sáng tạo ra hình ảnh giao thoa.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

Hình ảnh giao thoa là một chuyển động sóng phức tạp xảy ra

when two wave patterns occupy the same space.

khi 2 sóng chiếm cùng một chỗ.

They can be seen when two objects

Ta có thể thấy chúng khi 2 vật

disturb the surface of a still pond,

làm nhiễu loạn bề mặt của một hồ nước tĩnh lặng,

and also when two point-like sources of light

và cả khi 2 nguồn sáng giống chất điểm

are placed near each other.

được đặt gần nhau.

Only waves make interference patterns,

Chỉ có sóng mới tạo ra được hình ảnh giao thoa,

particles don't.

hạt thì không.

And, as a bonus, understanding that light acts like a wave

Và, như một phần thưởng, hiểu được rằng ánh sáng hoạt động như một sóng

leads naturally to an explanation of what color is

dẫn đến một lời giải thích hợp lí về màu là gì

and why that pencil looks yellow.

và tại sao cây bút chì kia lại màu vàng.

So, it's settled then, light is a wave, right?

Vậy, đến lúc kết luận, sóng là ánh sáng, phải không?

Not so fast!

Đừng vội!

In the 20th century, scientists did experiments

Trong thế kỉ 20, các nhà khoa học đã làm các thí nghiệm

that appear to show light acting like a particle.

chứng ming rằng ánh sáng hoạt động giống hạt.

For instance, when you shine light on a metal,

Ví dụ, khi bạn chiếu ánh sáng vào tấm kim loại,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

ánh sáng chuyển năng lượng của nó cho các nguyên tử kim loại

in discrete packets called quanta.

trong các gói nhỏ riêng biệt gọi là lượng tử.

But, we can't just forget about properties like interference, either.

Nhưng, chúng ta cũng không thể bỏ qua những tính chất như giao thoa.

So these quanta of light aren't at all like

Vậy những lượng tử này không giống

the tiny, hard spheres Newton imagined.

những quả cầu cứng, nhỏ bé mà Newton đã tưởng tượng.

This result, that light sometimes behaves like a particle

Kết quả này, rằng ánh sáng thỉnh thoảng giống hạt

and sometimes behaves like a wave,

thỉnh thoảng lại giống sóng,

led to a revolutionary new physics theory called

dẫn tới một thuyết vật lí mới, mang tính cách mạng được gọi là

quantum mechanics.

cơ học lượng tử.

So, after all that, let's go back to the question,

Vậy, sau cùng, hãy trở lại với câu hỏi,

"What is light?"

"Ánh sáng là gì?"

Well, light isn't really like anything

Chà, ánh sáng không giống bất cứ thứ gì

we're used to dealing with in our everyday lives.

chúng ta gặp thường ngày.

Sometimes it behaves like a particle

Đôi khi chúng biểu hiện như hạt

and other times it behaves like a wave,

và lúc khác lại giống sóng,

but it isn't exactly like either.

nhưng nó cũng không giống hoàn toàn.