Ánh sáng

Với mắt các sinh vật

Các sinh vật khác con người có thể cảm thụ được nhiều màu hơn (chim 4 màu gốc) hoặc ít màu hơn (bò 2 màu gốc) và ở những vùng quang phổ khác (ong cảm nhận được vùng tử ngoại).
Hầu hết mắt của các sinh vật nhạy cảm với bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 300 nm đến 1200 nm. Khoảng bước sóng này trùng khớp với vùng phát xạ có cường độ mạnh nhất của Mặt Trời. Như vậy có thể suy luận là việc các loài vật trên Trái Đất đã tiến hoá để thu nhận vùng bức xạ tự nhiên mạnh nhất đem lại lợi thế sinh tồn cho chúng. Không hề ngẫu nhiên mà bước sóng ánh sáng (vùng quang phổ mắt người nhìn được) cũng trùng vào khu vực bức xạ mạnh này.

Các lý thuyết về ánh sáng

Trong lịch sử khám phá, đã có nhiều lý thuyết để giải thích các hiện tượng tự nhiên liên quan đến ánh sáng. Dưới đây trình bày các lý thuyết quan trọng, theo trình tự lịch sử.

Phương pháp Römer

Năm 1676, nhà thiên văn Đan Mạch Römer ( 1644 - 1710 ) ở đài thiên văn Paris khi quan sát các sự che khuất của một trong các vệ tinh của sao Mộc đã nhận thấy rằng, các khoảng giữa hai lần che khuất liên tiếp ngắn hơn khi Trái Đất đến gần sao Mộc và dài hơn khi Trái Đất đi xa khỏi sao Mộc. Khoảng trung bình giữa hai lần che khuất tính sau 398 ngày đêm, nghĩa là sau thời gian để cho các vị trí tương đối như nhau của Trái Đất, Mặt Trời và sao Mộc được lặp lại, vẫn không đổi từ năm này sang năm khác. Römer giải thích điều đó là do ánh sáng lan truyền với vận tốc hữu hạn và khoảng cách mà ánh sáng đi qua thay đổi tùy thuộc vào vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo của nó. Thời gian chậm trễ của sự che khuất tại vị trí thứ hai của Trái Đất so với lúc xảy ra sự che khuất đó tính từ sự quan sát tại vị trí thứ nhất bằng thời gian cần thiết để cho ánh sáng đi qua đường kính của quỹ đạo Trái Đất. Việc xác định thời gian đó cho phép ta tìm được vận tốc ánh sáng, vì đường kính quỹ đạo của Trái Đất đã biết. Römer đã thu được giá trị của vận tốc ánh sáng bằng  . Những phép đo hiện đại về vận tốc ánh sáng theo phương pháp của ông đã cho kết quả là  .

Phương pháp Bradley

Năm 1727, nhà thiên văn Bradley ( 1693 -1762 ) đã khám phá ra hiện tượng tinh sai, nội dung như sau : tất cả những tinh tú trong vòng một năm đều vẽ lên trong bầu trời những elip có bán trục lớn được quan sát thấy từ Trái Đất dưới góc  . Hiện tượng này đã được giải thích bằng chuyển động của Trái Đất trên quỹ đạo quanh Mặt Trời với vận tốc  . Để quan sát ngôi sao từ Trái Đất chuyển động , cần phải hướng ống kính thiên văn về phía trước theo phương chuyển động. Thực vậy, sau thời gian ánh sáng đi qua ống, thị kính cùng với Trái Đất đã chuyển động về phía trước. Hiển nhiên rằng :  , suy ra

Phương pháp Fizeau

Năm 1849, A.Fizeau ( 1819 - 1896 ) lần đầu tiên đã xác định được vận tốc ánh sáng bằng cách dùng nguồn sáng trên mặt đất trong các điều kiện của phòng thí nghiệm. Ánh sáng từ nguồn   chiếu trên bản   bán trong suốt, phản xạ một phần trên nó, đi qua giữa các răng của bánh xe răng cưa   đến gương  , sau khi phản xạ trên gương này ánh sáng lại đi qua giữa các răng và một phần của nó đi qua bản sẽ được quan sát trong thị kính  . Ứng với tần số quay   nào đó của bánh xe, người quan sát thôi không thấy ánh sáng nữa, rồi ứng với tần số   lớn người đó lại thấy ánh sáng. Rõ ràng là sau thời gian ánh sáng đi được đoạn   rồi lại trở về, thì ứng với tần số   luồng sáng phát đi từ khe giữa hai răng khi trở về, lại chạm phải một răng, còn ứng với tần số  , luồng sáng phát đi ( từ khe giữa hai răng ) khi trở về lại gặp luồng sáng bên cạnh ( từ khe cạnh khe trước ). Nếu   là số các răng của bánh xe và  , thì vận tốc ánh sáng :  . Fizeau đã thu được kết quả :  .

Phương pháp Foucault

Phương pháp của Léon Foucault ( 1819 - 1868 ) thực hiện năm 1862 dựa trên ý kiến đề xuất của Arago vào năm 1838. Sơ đồ thí nghiệm như sau :  Ánh sáng đi từ nguồn   được hướng về gương quay   nhờ một thấu kính, nó phản xạ trên gương đó theo hướng về gương cầu lõm thứ hai   có tâm nằm trên trục quay, rồi phản xạ trở lại về gương  . Sau khi phản xạ trên gương  , ánh sáng được được quan sát bằng cách dùng bản   bán trong suốt qua thị kính. Sau thời gian  ánh sáng đi qua khoảng cách   hai lần. Cũng trong thời gian đó gương   quay với tần số quay đã biết sẽ quay đi một góc, mà ta có thể dễ dàng xác định được dựa theo sự dịch chuyển của chấm sáng trong thị kính so với chấm sáng từ gương đứng yên. Phương pháp Foucault đã cho phép tiến hành phép đo vận tốc ánh sáng ở trong nước sau khi đã rút khoảng cách   đến  . Người ta thấy rằng, phù hợp với thuyết sóng của ánh sáng, vận tốc ánh sáng trong nước nhỏ hơn trong không khí.

Phương pháp Michelson

Năm 1926 nhà vật lý Mỹ Albert Abraham Michelson ( 1852 - 1931 ), sau khi cải biên phương pháp Foucault đã xác định được vận tốc ánh sáng rất chính xác, Trong thí nghiệm của Michelson, gương quay là một lăng trụ bằng thép có tám mặt. Ánh sáng đi được một đoạn đường toàn phần trong khoảng thời gian lăng trụ quay được một góc nhỏ hơn, ánh sáng phản xạ từ lăng trụ sẽ không được quan sát thấy ở trong ống của thị kính.

Biểu tượng

Ánh sáng được liên hệ với bóng tối, để tượng trưng cho những giá trị bổ sung hoặc thay phiên nhau trong một quá trình biến đổi. Quy luật này được xác minh trong những hình ảnh của Trung Hoa cổ xưa, cũng như của nhiều nền văn minh khác. Ý nghĩa của nó là, cũng như trong đời người ở mọi cấp độ, một thời đại đen tối sẽ được nối tiếp, trên mọi bình diện vũ trụ, bằng một thời đại sáng láng, trong sạch được phục hưng. Ý nghĩa của biểu trưng thoát ra khỏi bóng tối ấy được lập lại trong các nghi thức thụ pháp, cũng như trong các huyền thoại về cái chết, về tấn kịch sinh trưởng của thực vật (hạt giống được vùi, bóng tối mà từ đó thoát ra một cây mới, một tín đồ mới) hoặc trong quan niệm về các chu kỳ lịch sử. Thời đại đen tối Kali - Yuga, sẽ được tiếp nối sau một cuộc tiêu vong vũ trụ (mahâpralaya) bằng một thời đại mới được phục hưng. Mircea Eliade đã kết luận một cách sâu sắc rằng chính vì vậy mà ta có thể tăng giá trị cho các thời đại tăm tối, các thời đại suy thoái và tan rã: chúng thu nhận được một ý nghĩa siêu lịch sử, tuy rằng chính trong những thời điểm như vậy mà lịch sử tự phô bày một cách đầy đủ nhất, vì khi ấy các thế cân bằng trở nên bấp bênh, còn tự do thì được khích lệ do tình trạng suy sụp của mọi luật lệ va mọi khuôn khổ đã trở thành cổ lỗ.
Những thành ngữ như "ánh sáng thần thánh" hoặc "ánh sáng tinh thần" cho thấy một nội hàm biểu trưng rất phong phú ở Viễn Đông. Ánh sáng là nhận thức: ở Trung Quốc chữ  ming  (minh) cũng có nghĩa kép, tổng hợp ánh sáng của Mặt Trời và Mặt Trăng; đối với những người theo đạo Phật ở Trung Quốc, minh có nghĩa là giác ngộ; trong đạo Hồi, En - nûr, ánh sáng, về thực chất đống nhất với;  Er - Rûh, Trí tuệ.
Sự tòa rạng của ánh sán (Aor) từ điểm nguyên khởi đẻ ra không gian và thời gian, theo thuyết Kabbale. Đây là một lối diễn giải tượng trưng cho mệnh đề  Fiat lux  trong sách Sáng Thế. Cuộc sáng thế ở đây cũng là sự tỏa sáng, sự sắp đặc cái hỗn mang bằng những dao động, như Guénon viết: về mặt này chính lý thuyết vật lý về ánh sáng xem ra cũng có tính tượng trưng. Theo thánh Jean (1, 9), ánh sáng nguyên khởi đồng nhất với lời chúa; đây là cách biểu đạt sự tỏa sáng của Mặt Trời tinh thần là trái tim đích thực của thế gian.
Trong sách Sáng Thế, cúng như ở Ấn Độ và Trung Quốc, hoạt động tạo dựng vũ trụ là tách biệt bóng tối và ánh sáng, khởi thủy lẫn lộn. Việc trở về cội nguồn như vậy có thể được biểu đạt bằng khắc phục tính nhị nguyên, lập lại tính đơn nhất đầu tiên: Hãy theo tôi, Trang Tử viết (Chương II), sang phía bên kia hai căn nguyên (ánh sáng và bóng tối) đến cái đơn nhất. Theo cách nhìn của người thường, sư tổ Huệ Năng dạy, giác ngộ và vô minh (ánh sáng và bóng tối) là hai sự vật khác nhau. Các bậc hiền nhân do thực hiện được đến cùng bản nhiên của mình nên biết rằng chúng cùng một bản chất.
Ở Ai Cập thần Seth tượng trưng cho ánh sáng của bóng tối, hung ác và đáng sợ, còn thần Anubis tượng trưng cho ánh sáng làm sống động, thuận lợi và gây hứng khởi, từ ánh sáng ấy vũ trụ đã xuất hiện và cũng ánh sáng ấy dẫn linh hồn sang thế giới bên kia. Ánh sáng tượng trưng cho thế lực cho ta và lấy đi của ta sự sống; ánh sáng thế nào, cuộc đời thế ấy. Bản chất và trình độ cuộc sống phụ thuộc vào ánh sáng tiếp nhận được.
Các nhà tâm lý và các nhà phân tích đã nhận thấy những hình ảnh sáng láng gắn liền với những vận động đi lên kem theo là cảm giác sảng khoái, còn những cận động đi xuống, thì có những hình ảnh đen tối gắn với chúng, kèm theo là một cảm giác sợ hãi. Các nhận xét này khẳn định rằng ánh sáng tượng trưng cho sự phát triển của con người băng việc nâng mình lên - con người tìm thấy sự hài hòa ở các điểm cao - còn bóng tối, cái đen thì tượng trưng cho sự trâm uất và lo sợ.
Trong đạo Hồi, ánh sáng trước hết là biểu tượng của thánh thần. Kinh Koran tuyên bố: "Chúa là ánh sáng của trời và đất. Ánh sáng của ngài như là một cái hốc ở tường trong đó có một ngọn đèn; còn ngọn đèn ở trong một thông phong, còn thông phong thì tựa như một vì sao sáng. Đèn được thấp bằng dầu của một cây đã được ban phép lành, một cây olive không của phương Đông mà cũng chẳng phải phương Tây..."
Ý nghĩa tượng trưng của ánh sáng phát sinh từ chiêm ngưỡng thiên nhiên. Ba Tư, Ai Cập, tất cả các nền thần thoại đều gán cho thần thánh một bản chất sáng láng. Toàn bộ nền văn minh cổ đại thừa nhận điều này: Platon, những người theo học thuyết khắc kỷ, những người thuộc trường phái Alexandrie và cả những người theo thuyết ngộ đạo. Thánh Augustin hẳn đã truyền lại những ảnh hưởng của phái Tân Platon về vẻ đẹp của ánh sáng. Kinh thánh cũng đã chỉ ra tầm quan trọng của ánh sáng. "người ta cũng chả gọi lời Chúa là  Iumen de Iumine  sao? (ibid. 159). Ánh sáng đó là Chúa trời (xem toàn bộ bức thư thứ nhất của thánh Jean)."

Ứng dụng

Ánh sáng là một phần không thể thiếu trong vũ trụ và trên Trái Đất ánh sáng có rất nhiều lợi ích to lớn :

- Giúp con người thấy được mọi thứ xung quanh

- Tạo ra điện năng

- Duy trì sự sống trên Trái Đất