Czym jest foton w fizyce?

Fotony są „wiązką energii”

ogrody z obrazami, Getty Images

A foton jest cząstką światła zdefiniowaną jako dyskretna wiązka (lub kwant ) energii elektromagnetycznej (lub świetlnej). Fotony są zawsze w ruchu iw próżni (całkowicie pustej przestrzeni) mają stałą prędkość światła dla wszystkich obserwatorów. Fotony podróżują w próżni prędkość światła (częściej nazywana po prostu prędkością światła) c = 2,998 x 10⁸SM.

Podstawowe właściwości fotonów

Zgodnie z fotonową teorią światła fotony:

• zachowują się jednocześnie jak cząstka i fala
• poruszać się w stałym ruchu prędkość , c = 2,9979 x 10⁸m / s (czyli „prędkość światła”) w pustej przestrzeni
• mieć zerową masę i energię spoczynkową
• niosą energię i pęd, które są również związane z częstotliwością ( nie) i długość fali (rzeczownik) fali elektromagnetycznej, wyrażonej równaniem ORAZ = h nie oraz p = h / lambda .
• może zostać zniszczony/stworzony, gdy promieniowanie jest absorbowane/emitowane.
• mogą mieć oddziaływania cząsteczkowe (tj. zderzenia) z elektronami i innymi cząsteczkami, na przykład w Efekt Comptona w którym cząsteczki światła zderzają się z atomami, powodując uwolnienie elektronów.

Historia fotonów

Termin foton został ukuty przez Gilbert Lewis w 1926 r., chociaż pojęcie światła w postaci dyskretnych cząstek istniało od wieków i zostało sformalizowane w konstrukcji nauki optyki Newtona.

Jednak w XIX wieku właściwości fal światła (przez co rozumie się promieniowanie elektromagnetyczne ogólnie) stało się rażąco oczywiste, a naukowcy zasadniczo wyrzucili teorię cząstek światła przez okno. Dopiero Albert Einstein wyjaśnił efekt fotoelektryczny i zdał sobie sprawę, że energia świetlna musi być skwantowana, aby teoria cząstek powróciła.

Dualizm falowo-cząsteczkowy w skrócie

Jak wspomniano powyżej, światło ma właściwości zarówno fali, jak i cząstki. To było zdumiewające odkrycie iz pewnością wykracza poza sferę tego, jak normalnie postrzegamy rzeczy. Kule bilardowe działają jak cząstki, podczas gdy oceany działają jak fale. Fotony działają przez cały czas zarówno jako fala, jak i cząstka (chociaż jest to powszechne, ale w zasadzie błędne, mówienie, że jest to „czasami fala, a czasami cząstka”, w zależności od tego, które cechy są bardziej oczywiste w danym momencie).

Tylko jeden z efektów tego dualizm falowo-cząsteczkowy (lub dualizm fal cząsteczkowych ) jest to, że fotony, choć traktowane jako cząstki, można obliczyć, aby miały częstotliwość, długość fali, amplitudę i inne właściwości nieodłącznie związane z mechaniką fal.

Zabawne fakty dotyczące fotonów

Foton jest cząstka elementarna , mimo że nie ma masy. Nie może sam się rozpaść, chociaż energia fotonu może przenosić się (lub powstawać) w wyniku interakcji z innymi cząstkami. Fotony są elektrycznie obojętne i należą do rzadkich cząstek identycznych z ich antycząstką, antyfotonem.

Fotony to cząstki o spinie 1 (co czyni je bozonami), których oś spinu jest równoległa do kierunku ruchu (do przodu lub do tyłu, w zależności od tego, czy jest to foton „lewostronny”, czy „prawostronny”). Ta cecha pozwala na polaryzację światła.