Vì sao quang lượng tử không phải là hạt vật chất, cũng không phải là sóng?

Thành công này đã mang lại cho ông giải thưởng Nobel. Song lí thuyết quang lượng tử lại đưa đến cuộc tranh luận về vấn đề bản chất của ánh sáng xảy ra 100 năm trước đó. Rốt cuộc ánh sáng là gì? Là chuyển động sóng hay là hạt?

Sự phát triển của vật lí học làm cho người ta không thể không tiếp nhận cách lập luận rằng, có lúc ánh sáng xuất hiện với tư cách là chuyển động sóng (như giao thoa và nhiễu xạ của ánh sáng), có lúc nó lại xuất hiện với hạt (như sự tới và sự phản xạ của ánh sáng), song ánh sáng vừa không phải là chuyển động sóng như kiểu sóng nước, sóng âm thanh, cũng không phải là hạt vật chất như kiểu chất điểm nhỏ xíu, ánh sáng có tính hai mặt chuyển động sóng – hạt, cũng tức là tính hai mặt sóng – hạt.

Thế thì tại sao ánh sáng Mặt Trời hoặc ánh sáng phát ra từ các nguồn sáng khác mà chúng ta trông thấy lúc nào cũng ổn định và liên tục, chứ không phải từng phần từng phần một nhỉ? Đó là vì năng lượng của quang lượng tử quá nhỏ bé, biểu thị của nó dưới hình thức toán học là hệ thức Planck nổi tiếng E = hv, trong đó, E là năng lượng photon, v là tần số ánh sáng, h là hằng số Planck có giá trị là 6.62618 × 10-34 J.s. Tuy con số đó nhỏ đến thế, nhưng tác dụng của nó đối với sự phát triển của vật lí học, đối với nhận thức của con người về bản tính của ánh sáng lại rất lớn. Giả dụ chúng ta bật sáng một bóng đèn điện 25 W, và coi ánh sáng phát ra là ánh sáng màu vàng, thế thì chùm ánh sáng ấy liền bao gồm 6 × 1019 đơn nguyên năng lượng của quang lượng tử, hoặc là nói, chùm ánh sáng ấy phát ra 6 × 1019 quang lượng tử, tức là mỗi giây phát ra 60 tỉ tỉ suất đơn nguyên năng lượng. Do mắt người có đặc trưng tạm lưu giữ thị giác, vì vậy, khi con số quang lượng tử nhiều như vậy chiếu đến với tốc độ nhanh như vậy, mắt người hoàn toàn không nhận ra được quang lượng tử từng suất từng suất một, chỉ thấy đó là một chùm sáng liên tục.

Qua đó, có thể thấy, quang lượng tử là đơn nguyên nhỏ nhất của năng lượng. Nó không phải là hạt vật chất. Tuy độ lớn năng lượng của quang lượng tử có quan hệ với tần số, song nó cũng không phải là chuyển động sóng thông thường mà chúng ta trông thấy.