Tìm hiểu nhanh vật lí hạt (Phần 11)

Nan đề sóng

Thật không may, ngay cả danh tiếng của Newton cũng không thể trụ vững trước sức mạnh của phương pháp khoa học: các thí nghiệm của Thomas Young, Augustine Fresnel, Siméon Poisson và những người khác cho thấy rằng ánh sáng bị phản xạ, khúc xạ và giao thoa với chính nó theo một kiểu chỉ có thể giải thích được nếu ánh sáng là sóng.

Song có một nan đề khó giải: sóng đại diện cho sự truyền năng lượng bên trong một môi trường mà không có sự chuyển động tổng thể của môi trường. Nói cách khác, khi bạn có sóng, bạn cần thứ gì đó làm công việc gợn sóng. Ánh sáng được biết là có thể lan truyền trong chân không – vậy nên, không giống như âm thanh, không phải không khí đang mang các dao động ánh sáng. Vậy thì cái gì mang ánh sáng?

Vì lí thuyết sóng ánh sáng chiếm ưu thế, nên “aether truyền sáng” đã thấm nhuần vào nhận thức của các nhà khoa học. Khi càng có nhiều người nghĩ tới aether này, người ta nhận thấy nó phải là một chất liệu rất kì cục.

Đối với các dao động ánh sáng, nó phải hành xử giống chất rắn. Các dao động ngang đòi hỏi chất rắn để lan truyền, và tần số cao của ánh sáng nhìn thấy đòi hỏi chất rắn đó phải cứng như kim cương. Và chưa hết, đối với những vật chuyển động chậm như các hành tinh, con người, con mèo cưng, vân vân, nó phải hành xử như một chất lỏng – nếu không chúng ta đã để ý đến nó khi đi lại.

Điều này nghe thật tức cười, nhưng các nhà khoa học danh tiếng vẫn tiếp tục tin vào nó. Các bài giảng được thuyết trình, sách giáo khoa được viết ra – đáng chú ý là quyển Aether và Vật chất (1900) của Joseph Larmor – và một “Lí thuyết về Tất cả” thời Victoria còn nêu giả định rằng bản thân các nguyên tử chẳng gì hơn ngoài các xoáy trong aether. Người ta có thể dành nguyên một cuốn sách cho chủ đề ấy, nhưng để có một bản tóm gọn về cách bố trí của món bánh siêu trứng sữa này, tôi khuyên bạn nên đọc quyển Nhập môn Thuyết Tương đối (quyển này nói về Thuyết Tương đối Hẹp của Einstein*).