Chào mừng Bạn tham gia Diễn Đàn VNKienThuc.com - Định hướng Forum Kiến Thức
- HÃY TẠO CHỦ ĐỀ KIẾN THỨC HỮU ÍCH VÀ CÙNG NHAU THẢO LUẬN
Kết nối: VNK X - VNK groups | Nhà Tài Trợ: BhnongFood X - Bhnong groups - Đặt mua Bánh Bhnong

Trả lời chủ đề

Nội dung: <blockquote data-quote="Hide Nguyễn" data-source="post: 19276" data-attributes="member: 6">[FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Các cơ chế phát xạ ánh sáng bởi các hạt tải điện đã được Hendrik A. Lorentz nghiên cứu. Ông cũng là người đầu tiên áp dụng các phương trình của Maxwell vào việc dẫn điện trong vật chất. Lý thuyết của ông có thể được áp dụng vào bức xạ gây ra bởi dao động giữa các nguyên tử, và vào bối cảnh đó, lý tuyết có thể giải thích một thí nghiệm cực kì quan trọng. Vào năm 1896, Pieter Zeeman khi nghiên cứu về các hiệu ứng điện từ của ánh sáng đã tìm ra một hiện tượng quan trọng, đó là vạch phổ của Natri khi bị đốt cháy trong một từ trường mạnh bị tách thành nhiều vạch. Hiện tượng này có thể được giải thích rất chi tiết bằng lý thuyết của Lorentz khi lý thuyết này được áp dụng cho các dao động của các điện tử. Lorentz và Zeeman chia nhau giải Nobel năm 1902, thậm chí trước cả Thomson (phát hiện ra điện tử). Sau đó, Johannes Stark chứng minh ảnh hưởng trực tiếp của điện trường lên phát xạ ánh sáng nhờ việc phát ra một chùm các nguyên tử (chùm tia a-nốt gồm các nguyên tử hoặc phân tử) trong một điện trường mạnh. Ông đã quan sát được sự tách phức tạp của các vạch phổ cũng như dịch chuyển Doppler phụ thuộc và vận tốc của nguồn phát. Stark nhận giải Nobel năm 1919.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Với bối cảnh đó, việc xây dựng một mô hình chi tiết của nguyên tử, một vấn đề đã tồn tại như một khái niệm từ thời cổ đại nhưng được coi là một thành phần không có cấu trúc trong vật lý cổ điển, có thể được thực hiện. Bắt đầu từ giữa thế kỉ 19, người ta đã có một tài liệu thực nghiệm đó là những vạch phổ đặc trưng phát ra trong những vùng có thể nhìn thấy được từ những loại nguyên tử khác nhau. Bức xạ tia X đặc trưng do Charles G. Barkla (Nobel 1917) phát hiện bổ sung thêm cho tài liệu đó. Barkla phát hiện điều đó sau khi Max von Laue (Nobel 1914) xác định bản chất sóng của bức xạ và nhiễu xạ tia X. Phát hiện của Laue trở thành một nguồn thông tin quan trọng về cấu trúc bên trong của nguyên tử.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Tia X đặc trưng của Barkla là những chùm tia thứ cấp, đặc trưng cho mỗi nguyên tố, phát bức xạ từ những ống phát tia X (nhưng không phụ thuộc vào công thức hóa học của mẫu). Karl Manne G. Siegbahn nhận thấy rằng đo phổ tia X đặc trưng của tất cả các nguyên tố sẽ cho biết một cách có hệ thống các lớp điện tử kế tiếp được thêm vào như thế nào khi đi từ các nguyên tố nhẹ tới các nguyên tố nặng. Ông đã thiết kế các máy đo quang phổ cực kì chính xác cho mục đích này. Và nhờ đó người ta xác định được sự khác nhau về năng lượng của các lớp điện tử khác nhau và các qui tắc cho việc dịch chuyển bức xạ giữa các lớp đó. Ông nhận giải Nobel vật lý năm 1924. Tuy vậy, hóa ra là để hiểu sâu hơn cấu trúc của nguyên tử, người ta cần nhiều hơn rất nhiều những khái niệm thông thường của vật lý cổ điển mà khó ai có thể tưởng tượng nổi.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Vật lý cổ điển coi chuyển động là liên tục cũng như việc trao đổi năng lượng cũng là liên tục. Vậy thì tại sao các nguyên tử lại phát ra những bức xạ có một đỉnh cực đại? Ở đây, một vấn đề có nguồn gốc từ cuối thế kỉ thứ 19 đã cho những đầu mối quan trọng để giải thích thắc mắc trên. Wilhelm Wien nghiên cứu về bức xạ của “vật đen” (black-body) từ những vật rắn nóng (tương phản với bức xạ của các nguyên tử khí có phân bố tần số liên tục). Sử dụng điện động học cổ điển (classical electrodynamics), ông đi tới một biểu thức cho phân bố tần số của bức xạ này và cho sự dịch chuyển của bước sóng có cường độ cực đại khi nhiệt độ của một vật đen bị thay đổi (định luật dịch chuyển Wien, rất hiệu quả trong việc xác định nhiệt độ của mặt trời chẳng hạn). Ông được trao giải Nobel năm 1911.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] <img src="https://vietsciences.free.fr/nobel/physique/images/nobelphysics1.jpg" alt="" class="fr-fic fr-dii fr-draggable " data-size="" style="" />Hình1: (từ trái) Rongent (1845-1923), Thomson(1856-1940), Bohr(1885-1962), và Planck(1858-1947)         [/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Tuy vậy, Wien không thể rút ra một công thức phân bố phù hợp với thực nghiệm cho cả hai vùng bước sóng dài và bước sóng ngắn. Vấn đề đó vẫn không được giải quyết cho đến khi Max K. E. L. Planck đưa ra một ý tưởng hoàn toàn mới là năng lượng phát xạ chỉ phát ra từng lượng gián đoạn, có một giá trị nhất định gọi là lượng tử (quanta). Một lượng tử năng lượng có giá trị lớn khi bước sóng nhỏ và có giá trị nhỏ khi bước sóng lớn (lượng tử năng lượng bằng hằng số Plank nhân với tần số của lượng tử đó). Đây được coi là sự ra đời của vật lý lượng tử. Wien nhận giả Nobel năm 1911 và Plank nhận ít năm sau đó, vào năm 1918. Các bằng chứng quan trọng chứng minh ánh sáng phát ra theo từng lượng tử năng lượng cũng được củng cố bằng lời giải thích của Albert Eistein về hiệu ứng quang điện (được Hetz quan sát lần đầu tiên vào năm 1887). Hiệu ứng quang điện bao gồm phần mở rộng của lý thuyết Plank. Einstein nhận giải Nobel vật lý năm 1921 (trao giải năm 1922) về hiệu ứng quang điện và về “những đóng góp cho vật lý lý thuyết” (điều đó ám chỉ một bối cảnh khác).[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Trong các thí nghiệm sau này, James Franck và Gustav L. Hertz đã chứng minh hiệu ứng quang điện ngược (inverse of the photoelectric effect, tức là khi một điện tử va chạm với một nguyên tử thì cần một năng lượng tối thiểu để sinh ra các lượng tử ánh sáng với năng lượng đặc trưng phát ra từ va chạm đó) và chứng minh tính đúng đắn của lý thuyết Plank và hằng số Plank. Franck và Hertz cùng nhận giải Nobel năm 1926. Cũng vào khoảng thời gian đó, Arthur H. Compton (người nhận nửa giải Nobel vật lý năm 1927) nguyên cứu sự mất mát năng lượng của quang tử (photon, lượng tử sóng điện từ) tia X khi tán xạ lên các hạt vật chất và cho thấy rằng các lượng tử của chùm tia X có năng lượng lớn hơn năng lượng của ánh sáng nhìn thấy 10.000 lần và chúng cũng tuân theo các qui tắc lượng tử. Charles T. R. Wilson (xem dưới đây) nhận một nửa giải Nobel năm 1927 vì tạo ra dụng cụ quan sát tán xạ năng lượng cao có thể được dùng để chứng minh tiên đoán của Compton.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Với khái niệm cơ sở về lượng tử hóa năng lượng, tình hình vật lý đã thúc đẩy những cuộc phiêu lưu tiếp theo vào thế giới bí ẩn của vật lý vi mô. Cũng giống như một số nhà vật lý nổi tiếng trước đó, Niels H. D. Bohr làm việc với mô hình hành tinh nguyên tử trong đó các điện tử quay xung quanh hạt nhân. Ông thấy rằng các vạch phổ sắc nét phát ra từ các nguyên tử có thể được giải thích bằng cách cho rằng điện tử quay xung quanh hạt nhân trên các quĩ đạo tĩnh đặc trưng bởi một mô men góc bị lượng tử hóa (bằng một số nguyên lần hằng số Plank chia cho 2*pi). Ông cũng cho thấy năng lượng phát xạ chính bằng sự khác nhau giữa các trạng thái năng lượng bị lượng tử hóa đó. Giả thiết ông đưa ra có xuất phát điểm từ vật lý cổ điển hơn là từ lý thuyết của Plank. Mặc dầu giả thiết trên chỉ giải thích được một số đặc điểm đơn giản của quang phổ và nguồn gốc của nó nhưng người ta cũng sớm chấp nhận nó vì phương pháp của Bohr là một điểm khởi đầu đúng đắn, ông nhận giải Nobel năm 1922.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Hóa ra là muốn hiểu sâu hơn tính chất của bức xạ và vật chất (cho đến lúc bấy giờ người ta vẫn coi đó là hai thực thể hoàn toàn riêng biệt) người ta cần thêm những tiến bộ về mô tả lý thuyết của thế giới vi mô. Năm 1923, Louis-Victor P. R. de Broglie đã phát biểu rằng các hạt vật chất cũng có những tính chất sóng và sóng điện từ cũng thể hiện những tính chất của các hạt dưới dạng các quang tử. Ông đã phát triển các công thức toán học cho tính lưỡng tính này, trong đó có một công thức mà sau này gọi là “bước sóng de Broglie” cho các hạt chuyển động. Các thí nghiệm ban đầu của Clinton J. Davisson đã chỉ ra rằng thực ra các điện tử thể hiện tính chất phản xạ giống như các sóng khi đập vào một tinh thể và các thí nghiệm này được lặp lại nhiều lần chứng minh giả thiết lưỡng tính của de Broglie. Một thời gian sau George P. Thomson (con trai của J. J. Thomson) đã đưa ra nhiều thí nghiệm đã được cải tiến rất nhiều cho biết hiện tượng tán xạ khi các điện tử năng lượng cao đi sâu vào trong các tấm kim loại. De Broglie nhận giải Nobel năm 1929 và sau đó Davisson và Thomson chia nhau giải Nobel năm 1937.[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] Điều cần làm là phải đưa ra các phương trình toán học mô tả một lý thuyết mới thay thế cho cơ học cổ điển mà lý thuyết đó giải thích đúng đắn các hiện tượng ở qui mô nguyên tử và bức xạ của chúng. Từ năm 1924 đến 1926 là khoảng thời gian phát triển cao độ trong lĩnh vực này. Erwin Schrödinger phát triển thêm ý tưởng của de Broglie và viết một bài báo cơ bản về “Lượng tử hóa như là một bài toán trị riêng” vào đầu năm 1926. Ông đã tạo ra một cái gọi là “cơ học sóng” (wave mechanics). Nhưng một năm trước đó Werner K. Heisenberg đã bắt đầu một phương pháp toán học hoàn toán khác gọi là “cơ học ma trận” (matrix mechanics) và bằng cách đó ông cũng thu được các kết quả tương tự như các kết quả mà Schrödinger đưa ra sau đó. Cơ học lượng tử mới của Schrodinger và Heisenberg là một sự khởi đầu căn bản từ bức tranh cảm tính của các quĩ đạo cổ điển trong nguyên tử. Nó cũng ngụ ý rằng có những giới hạn tự nhiên trong việc xác định chính xác đồng thời các đại lượng vật lý (hệ thức bất định Heisenberg - Heisenberg's uncertainty relations).[/FONT][FONT=Verdana,Arial,Helvetica] <img src="https://vietsciences.free.fr/nobel/physique/images/nobelphysics2.jpg" alt="" class="fr-fic fr-dii fr-draggable " data-size="" style="" />Hình2: (từ trái) Lamb(1913- ), Kusch(1911-1993) Schrödinger(1887-1961), và Dirac(1902-1984)[/FONT]</blockquote>

Tên

Mã xác nhận