Čo je fotón vo fyzike?

Fotóny sú „zväzok energie“

picturegarden, Getty Images

A fotón je častica svetla definovaná ako diskrétny zväzok (alebo kvantový ) elektromagnetickej (alebo svetelnej) energie. Fotóny sú vždy v pohybe a vo vákuu (úplne prázdnom priestore) majú pre všetkých pozorovateľov konštantnú rýchlosť svetla. Fotóny sa pohybujú vo vákuu rýchlosť svetla (častejšie nazývaná len rýchlosť svetla). c = 2,998 x 10⁸pani.

Základné vlastnosti fotónov

Podľa fotónovej teórie svetla fotóny:

• správať sa ako častica a vlna súčasne
• pohybovať sa konštantne rýchlosť , c = 2,9979 x 10⁸m/s (t. j. „rýchlosť svetla“) v prázdnom priestore
• majú nulovú hmotnosť a pokojovú energiu
• nesú energiu a hybnosť, ktoré tiež súvisia s frekvenciou ( nie) a vlnovú dĺžku (podstatné meno) elektromagnetickej vlny, ako je vyjadrené rovnicou A = h č a p = h / lambda .
• môže byť zničená/vytvorená, keď je žiarenie absorbované/emitované.
• môžu mať časticové interakcie (t.j. zrážky) s elektrónmi a inými časticami, ako napr Comptonov efekt v ktorom sa častice svetla zrážajú s atómami a spôsobujú uvoľnenie elektrónov.

História fotónov

Termín fotón zaviedol Gilbert Lewis v roku 1926, hoci koncept svetla vo forme diskrétnych častíc bol po stáročia a bol formalizovaný v Newtonovej konštrukcii vedy o optike.

V roku 1800 sa však vlnové vlastnosti svetla (čím sa myslí elektromagnetická radiácia vo všeobecnosti) sa stal do očí bijúcim zjavom a vedci v podstate vyhodili časticovú teóriu svetla von oknom. Až kým Albert Einstein vysvetlil fotoelektrický efekt a uvedomil si, že svetelná energia musela byť kvantovaná, aby sa vrátila časticová teória.

Dualita vlny a častíc v skratke

Ako bolo uvedené vyššie, svetlo má vlastnosti vlny aj častice. Bol to ohromujúci objav a je určite mimo sféry toho, ako veci bežne vnímame. Biliardové gule fungujú ako častice, zatiaľ čo oceány fungujú ako vlny. Fotóny sa po celý čas správajú ako vlna aj ako častica (aj keď je bežné, ale v podstate nesprávne povedať, že je to „niekedy vlna a niekedy častica“ v závislosti od toho, ktoré vlastnosti sú v danom čase zreteľnejšie).

Len jeden z efektov tohto vlnovo-časticová dualita (alebo dualita častica-vlna ) je, že fotóny, aj keď sa s nimi zaobchádza ako s časticami, je možné vypočítať tak, aby mali frekvenciu, vlnovú dĺžku, amplitúdu a ďalšie vlastnosti vlastné vlnovej mechanike.

Zábavné fakty o fotónoch

Fotón je an elementárna častica , napriek tomu, že nemá hmotnosť. Nemôže sa sám rozpadnúť, hoci energia fotónu sa môže preniesť (alebo vytvoriť) pri interakcii s inými časticami. Fotóny sú elektricky neutrálne a sú jednou z mála častíc, ktoré sú identické s ich antičasticou, antifotónom.

Fotóny sú častice spin-1 (čo z nich robí bozóny) s osou rotácie, ktorá je rovnobežná so smerom pohybu (buď dopredu alebo dozadu, v závislosti od toho, či ide o „ľavostranný“ alebo „pravostranný“ fotón). Táto vlastnosť umožňuje polarizáciu svetla.