Kas yra fotonas fizikoje?

Fotonai yra „energijos pluoštas“

Picture Garden, Getty Images

A fotonas yra šviesos dalelė, apibrėžta kaip atskiras pluoštas (arba kvantinis ) elektromagnetinės (arba šviesos) energijos. Fotonai visada juda ir vakuume (visiškai tuščioje erdvėje) turi pastovų šviesos greitį visiems stebėtojams. Fotonai keliauja vakuume šviesos greitis (dažniau tiesiog vadinamas šviesos greičiu). c = 2 998 x 10⁸m/s.

Pagrindinės fotonų savybės

Pagal šviesos fotonų teoriją fotonai:

• elgiasi kaip dalelė ir banga vienu metu
• judėti pastoviai greitis , c = 2,9979 x 10⁸m/s (t. y. „šviesos greitis“), tuščioje erdvėje
• turi nulinę masę ir ramybės energiją
• neša energiją ir impulsą, kurie taip pat yra susiję su dažniu ( ne) ir bangos ilgis (daiktavardis) elektromagnetinės bangos, išreikštos lygtimi IR = h ne ir p = h / lambda .
• gali būti sunaikinti/susikurti, kai spinduliuotė sugeria/išspinduliuoja.
• gali turėti daleles panašią sąveiką (t. y. susidūrimus) su elektronais ir kitomis dalelėmis, pvz., Komptono efektas kurioje šviesos dalelės susiduria su atomais, sukeldamos elektronų išsiskyrimą.

Fotonų istorija

Terminą fotonas sukūrė Gilbertas Lewisas 1926 m., nors atskirų dalelių pavidalo šviesos samprata egzistavo šimtmečius ir buvo formalizuota Niutono optikos mokslo konstrukcijoje.

Tačiau 1800 m bangų savybės šviesos (turima omenyje elektromagnetinė radiacija apskritai) tapo akivaizdžiai akivaizdu ir mokslininkai iš esmės išmetė šviesos dalelių teoriją pro langą. Nebuvo iki Albertas Einšteinas paaiškino fotoelektrinis efektas ir suprato, kad šviesos energija turi būti išmatuota, kad dalelių teorija sugrįžtų.

Trumpai apie bangų ir dalelių dvilypumą

Kaip minėta aukščiau, šviesa turi ir bangos, ir dalelės savybių. Tai buvo stulbinantis atradimas ir tikrai nepatenka į tai, kaip mes paprastai suvokiame dalykus. Biliardo kamuoliukai veikia kaip dalelės, o vandenynai – kaip bangos. Fotonai visą laiką veikia ir kaip banga, ir kaip dalelė (nors tai įprasta, bet iš esmės neteisinga, sakyti, kad tai „kartais banga, o kartais – dalelė“, priklausomai nuo to, kurios savybės tam tikru metu yra akivaizdesnės).

Tai tik vienas iš šių padarinių bangos-dalelės dvilypumas (arba dalelių ir bangų dvilypumas ) yra tai, kad fotonai, nors ir laikomi dalelėmis, gali turėti dažnį, bangos ilgį, amplitudę ir kitas bangų mechanikai būdingas savybes.

Įdomūs fotonų faktai

Fotonas yra an elementarioji dalelė , nepaisant to, kad jis neturi masės. Jis negali skilti pats, nors fotono energija gali persikelti (arba susikurti) sąveikaujant su kitomis dalelėmis. Fotonai yra elektriškai neutralūs ir yra viena iš retų dalelių, kurios yra identiškos jų antidalelei, antifotonui.

Fotonai yra sukimosi 1 dalelės (darančios jas bozonais), kurių sukimosi ašis yra lygiagreti judėjimo krypčiai (į priekį arba atgal, priklausomai nuo to, ar tai „kairės pusės“, ar „dešinės pusės“ fotonas). Ši savybė leidžia poliarizuoti šviesą.