فوتون در فیزیک چیست؟

فوتون در فیزیک چیست؟

فوتون ها "بسته ای از انرژی" هستند

  

فوتون ذره ای از نور است که به عنوان یک بسته مجزا (یا کوانتوم) انرژی الکترومغناطیسی (یا نور) تعریف می شود. فوتون ها همیشه در حال حرکت هستند و در خلاء (یک فضای کاملاً خالی)، سرعت نور ثابتی برای همه ناظران دارند. فوتون‌ها با سرعت خلاء نور (که معمولاً سرعت نور نامیده می‌شود) c = 2.998 x 108 m/s حرکت می‌کنند.

تاریخچه فوتون ها

اصطلاح فوتون توسط گیلبرت لوئیس در سال 1926 ابداع شد، اگرچه مفهوم نور به شکل ذرات گسسته قرن ها مطرح بود و در ساخت نیوتن از علم اپتیک رسمیت یافته بود.

با این حال، در دهه 1800، ویژگی‌های موجی نور (که به طور کلی به معنای تابش الکترومغناطیسی است) به طرز چشمگیری آشکار شد و دانشمندان اساساً نظریه ذرات نور را از پنجره بیرون انداخته بودند. تا زمانی که آلبرت اینشتین اثر فوتوالکتریک را توضیح داد و متوجه شد که انرژی نور باید کوانتیزه شود، نظریه ذرات بازگشت.

به طور خلاصه دوگانگی موج-ذره

همانطور که در بالا ذکر شد، نور دارای خواص موج و ذره است. این یک کشف شگفت‌انگیز بود و مطمئناً خارج از قلمروی است که ما معمولاً چیزها را درک می‌کنیم. توپ های بیلیارد به عنوان ذرات عمل می کنند، در حالی که اقیانوس ها به عنوان امواج عمل می کنند. فوتون‌ها همیشه به عنوان موج و ذره عمل می‌کنند (اگرچه معمول است اما اساساً نادرست است، اگر بگوییم «گاهی موج و گاهی ذره است» بسته به اینکه کدام ویژگی در یک زمان معین آشکارتر است).

تنها یکی از تأثیرات این دوگانگی موج-ذره (یا دوگانگی ذره-موج) این است که فوتون ها، اگرچه به عنوان ذرات در نظر گرفته می شوند، می توانند فرکانس، طول موج، دامنه و سایر خواص ذاتی مکانیک موج را محاسبه کنند.

حقایق جالب فوتون

فوتون یک ذره بنیادی است، علیرغم این واقعیت که جرم ندارد. نمی تواند به خودی خود تجزیه شود، اگرچه انرژی فوتون می تواند در اثر برهمکنش با ذرات دیگر منتقل شود (یا ایجاد شود). فوتون ها از نظر الکتریکی خنثی هستند و یکی از ذرات نادری هستند که با پاد ذره خود یعنی پاد فوتون یکسان هستند.

فوتون‌ها ذرات اسپین-1 هستند (که آنها را بوزون می‌سازد)، با محور اسپینی موازی با جهت حرکت (به جلو یا عقب، بسته به اینکه فوتون "چپ دست" یا "راست" باشد). این ویژگی چیزی است که امکان قطبش نور را فراهم می کند.