Kaj je foton v fiziki?

Fotoni so 'sveženj energije'

picturegarden, Getty Images

A foton je delec svetlobe, definiran kot diskretni snop (oz kvantni ) elektromagnetne (ali svetlobne) energije. Fotoni so vedno v gibanju in imajo v vakuumu (popolnoma prazen prostor) za vse opazovalce konstantno svetlobno hitrost. Fotoni potujejo v vakuumu hitrost svetlobe (pogosteje imenovana samo svetlobna hitrost). c = 2,998 x 10⁸gospa.

Osnovne lastnosti fotonov

Po fotonski teoriji svetlobe so fotoni:

• se hkrati obnašajo kot delec in val
• premikati s konstanto hitrost , c = 2,9979 x 10⁸m/s (tj. 'svetlobna hitrost'), v praznem prostoru
• imajo ničelno maso in energijo mirovanja
• nosijo energijo in zagon, ki sta prav tako povezana s frekvenco ( ne) in valovna dolžina (samostalnik) elektromagnetnega valovanja, kot je izraženo z enačbo IN = h št in str = h / lambda .
• se lahko uničijo/ustvarijo, ko se sevanje absorbira/oddaja.
• ima lahko delcem podobne interakcije (tj. trke) z elektroni in drugimi delci, kot npr. Comptonov učinek pri kateri delci svetlobe trčijo z atomi, kar povzroči sproščanje elektronov.

Zgodovina fotonov

Izraz foton je skoval Gilbert Lewis leta 1926, čeprav je bil koncept svetlobe v obliki diskretnih delcev prisoten že stoletja in je bil formaliziran v Newtonovi konstrukciji znanosti o optiki.

V 1800-ih pa je valovne lastnosti svetlobe (kar je mišljeno elektromagnetno sevanje na splošno) je postalo očitno očitno in znanstveniki so v bistvu vrgli teorijo delcev svetlobe skozi okno. Ni bilo do Albert Einstein je pojasnil fotoelektrični učinek in ugotovil, da je treba svetlobno energijo kvantizirati, da se je vrnila teorija delcev.

Na kratko o dvojnosti val-delec

Kot že omenjeno, ima svetloba tako lastnosti valovanja kot delca. To je bilo osupljivo odkritje in je vsekakor izven področja našega običajnega dojemanja stvari. Biljardne krogle delujejo kot delci, oceani pa kot valovi. Fotoni ves čas delujejo tako kot valovanje kot kot delec (čeprav je običajno, a v bistvu napačno reči, da gre za 'včasih val in včasih kot delec', odvisno od tega, katere lastnosti so bolj očitne v danem trenutku).

Samo eden od učinkov tega dualnost val-delec (oz dualnost delcev in valov ) je, da je mogoče izračunati, da imajo fotoni, čeprav jih obravnavamo kot delce, frekvenco, valovno dolžino, amplitudo in druge lastnosti, ki so del valovne mehanike.

Zabavna dejstva o fotonu

Foton je osnovni delec , kljub temu da nima mase. Ne more sam razpasti, čeprav se lahko energija fotona prenese (ali ustvari) ob interakciji z drugimi delci. Fotoni so električno nevtralni in so eni redkih delcev, ki so enaki svojemu antidelcu, antifotonu.

Fotoni so delci spina 1 (zaradi česar so bozoni), z osjo vrtenja, ki je vzporedna s smerjo potovanja (bodisi naprej ali nazaj, odvisno od tega, ali gre za 'levi' ali 'desni' foton). Ta funkcija omogoča polarizacijo svetlobe.