Lý thuyết hiệu ứng quang điện của Einstein đã hoàn thiện các nghiên cứu về sự tương tác của ánh sáng và các hạt điện tử electron trước đó. Nó là cơ sở giải thích ánh sáng có thể biến thành điện và ngược lại. Nó cũng giải thích tại sao ánh sáng có bước sóng ngắn thì có thể tạo ra dòng điện. Trong khi ánh sáng có bước sóng dài hơn thì không thể. Điều quan trọng là nằm ở năng lượng mỗi hạt photon chứ không phải tổng số photon.
Nội dung
Kể từ khi lý thuyết hiệu ứng quang điện của Einstein ra đời, nó tiếp tục được hoàn thiện bởi các nhà vật lý khác như Richard Feynman. Các công nghệ dựa trên nền tảng lý thuyết hiệu ứng quang điện khiến Siemens phải choáng váng. Nó cho phép hàng tỷ người dùng điện thoại tạo các video kỹ thuật số. Gửi chúng cho nhau thông qua một cơ sở hạ tầng được dệt từ các sởi thủy tinh. Hay những chiếc xe không người lái dựa trên nền tảng tốc độ truyền tải dữ liệu cao. Tất cả bùng nổ cho đến nữa thế kỷ sau vẫn không kết thúc. Đó là một thời huy hoàng của khoa học công nghệ.
Xem thêm bài: Các giải thưởng mà Albert Einstein giành được
Thuyết tương đối là gì?
Các công trình, sự kiện, giải thưởng mang tên Einstein
Albert Einstein giành giải Nobel 1921 bằng Lý thuyết hiệu ứng quang điện
Vào thời điểm Albert Einstein được đề cử với Ủy ban Nobel, ông đang nổi tiếng như cồn bởi lý thuyết Tương Đối Hẹp. Hàng loạt các đề cử đổ dồn về Ủy ban Nobel cho lý thuyết này.
Nhưng Ủy ban Nobel trước sau vẫn có sự kháng cự với Albert Einstein. Họ cho rằng lý thuyết của ông quá khó kiểm chứng bằng các thực nghiệm. Cũng như trong mắt của rất nhiều khoa học gia thời đó, Ủy ban Nobel cho rằng lý thuyết của ông quá hoang đường.
Tiếng nói phản đối mạnh nhất thuộc về vị bác sỹ nhãn khoa Allvar Gullstrand.
Bác sỹ nhãn khoa Allvar Gullstrand
Bác sỹ Allvar Gullstrand là một trong năm thành viên của Ủy ban Nobel Vật lý. Ông chịu trách nhiệm cung cấp ứng viên hàng năm cho Viện Hàn Lâm Khoa Học Hoàng Gia Thụy Điển phê chuẩn.
Bác sỹ Gullstrand cho rằng công trình thuyết tương đối hẹp của Einstein là một sự sỉ nhục với lẽ thường.
Kể từ năm 1918, Ủy Ban Nobel đã nhận được rất nhiều đề cử cho Albert Einstein. Số đề cử này nhiều hơn bất kỳ ứng cử viên nào khác. Và như thường lệ, bác sỹ Gullstrand luôn bác bỏ.
Einstein được đề cử với lý thuyết Hiệu ứng quang điện
Hành động trì hoãn của Ủy Ban khiến danh tiếng họ giảm sút. Nhiều tiếng nói bất lợi đã nổi lên. Năm 1921, Ủy ban Nobel đành phải ra một quyết định là trì hoãn giải thưởng năm này cho năm sau. Nó sẽ được trao song song với giải thưởng năm 1922. Có thể thấy họ cũng đang ở một vị trí rất khó khăn.
May mắn thời điểm này, nhà vật lý Carl Wilhelm Oseen đã có một ý tưởng hay là ông đề cử Einstein cho giải Nobel với lý thuyết Hiệu ứng quang điện, lý thuyết giải thích khả năng tạo ra dòng điện của ánh sáng. Đây chính là bậc thang đi xuống thích hợp cho Ủy ban Nobel. Lý thuyết Hiệu ứng quang điện đã có một nền tảng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trước đó. Nó khác hẳn cái lý thuyết mơ hồ không thể hiểu nổi Thuyết tương đối hẹp kia.
Mặc dù bác sỹ Gullstrand vẫn còn tức giận, nhưng đây quả là một lối thoát tuyệt vời. Tháng 11 năm 1922, Albert Einstein được trao giải thưởng năm 1921 vì những đóng góp cho vật lý lý thuyết. Nhấn mạnh là lý thuyết hiệu ứng quang điện.
Einstein cũng không hài lòng với Ủy ban Nobel. Ông vắng mắt ngày trao giải.
Lịch sử của lý thuyết hiệu ứng quang điện
Năm 1839, Alexabdre Edmond Becquerel lần đầu tiên quan sát thấy hiệu ứng quang điện xảy ra với một điện cực được nhúng trong dung dịch được chiếu sáng.
Năm 1873, Willoughby Smith phát hiện rằng selen có tính quang dẫn.
Năm 1887, Heinrich Herts qua sát thấy hiệu ứng quang điện ngoài đối với các kim loại. Sau đó Aleksandr Grigorievich Stoletov đã tiến hành nghiên cứu một cách tỉ mỉ. Xây dựng nên các định luật quang điện.
Năm 1905, một bài nghiên cứu của Einstein xuất bản trên tạp chí Annal der Physik đã lý giải một cách thành công hiệu ứng quang điện, các định luật quang điện. Dựa trên mô hình hạt ánh sáng, theo thuyết lượng tử vừa được công bố vào năm 1900 (Max Planck). Các nghiên cứu này của Einstein đã dẫn đến sự công nhận về bản chất hạt của ánh sáng. Phát triển lý thuyết lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng.
Lý thuyết hiệu ứng quang điện của Einstein
Lý thuyết của Einstein về bản chất ánh sáng không giải thích một thí nghiệm hay khám phá mới. Cũng không lấp đầy lỗ hổng trong lý thuyết đã được thiết lập. Nó gợi ý cách suy nghĩ mới về ánh sáng giúp khoa học mô tả thế giới một cách nhất quán hơn. Nó từ bỏ suy nghĩ cũ của các nhà vật lý khi coi ánh sáng là sóng.
Năng lượng trong một tia sáng được chia thành các gói rời rạc photon
Einstein đã đặt câu hỏi liệu năng lượng trong một tia sáng có thể được coi là hữu ích khi được chia thành các gói rời rạc hay không?
Các gói năng lượng rời rạc ấy được đặt tên là Photon. Hay nó thể hiện bản chất hạt của ánh sáng.
Lượng năng lượng trong mỗi gói phụ thuộc vào màu sắc hay bước sóng của ánh sáng liên quan. Do đó, “định luật” được đề cập trong trích dẫn của ông: bước sóng của một chùm ánh sáng càng ngắn thì càng chứa nhiều năng lượng trong mỗi gói Photon.
Khám phá hạt electron
Vào năm 1897, các thí nghiệm do J.J. Thomson đã thuyết phục các nhà vật lý rằng. “Tia âm cực” được tạo ra bởi các điện cực trong ống chân không. Nó được tạo thành từ các hạt cơ bản mà ông gọi là “electron”.
Các gói năng lượng ánh sáng của Einstein được coi là “photon”. Electron cho thấy điện tích được tập trung thành các hạt giống như điểm. Photon là năng lượng ánh sáng được tập trung.
Nền tảng lý thuyết hiệu ứng quang điện của Einstein
Nền tảng lý thuyết hiệu ứng quang điện là mối liên hệ giữa hạt eletron và hạt photon.
Các bạn hình dung thế này. Một nguyên tử có nhiều electron xoay với quỹ đạo nhất định xung quanh hạt nhân. Để thay đổi quỹ đạo, electron cần hấp thụ thêm hoặc giải phóng đi một lượng năng lượng. Lượng năng lượng cần hấp thu thêm hoặc giải phóng đi đó chính là photon, gói năng lượng ánh sáng.
Như vậy để nhảy lên quỹ đạo có mức năng lượng cao hơn, electron cần hấp thu một lượng năng lượng ánh sáng photon.
Ngược lại để nhảy xuống quỹ đạo có mức năng lượng thấp hơn, electron cần giải một lượng năng lượng photon. Nghĩa là nó sẽ phát ra ánh sáng.
Sự ứng dụng của Lý thuyết hiệu ứng quang điện ngày nay có thể tìm thấy ở Pin mặt trời, máy ảnh kỹ thuật số, liên kết dữ liệu sợi quang, đèn Led, Laser. Nó còn được sử dụng để đo lường vũ trụ và thăm dò kết cấu không gian, thời gian.
