Hva er et foton i fysikk?

Fotoner er en 'bunt av energi'

picturegarden, Getty Images

EN foton er en lyspartikkel definert som en diskret bunt (eller kvante ) av elektromagnetisk (eller lys) energi. Fotoner er alltid i bevegelse og har i et vakuum (et helt tomt rom) en konstant lyshastighet for alle observatører. Fotoner reiser i vakuumet lysets hastighet (mer vanlig bare kalt lysets hastighet) av c = 2.998 x 10⁸m/s.

Grunnleggende egenskaper for fotoner

I følge fotonteorien om lys, fotoner:

• oppføre seg som en partikkel og en bølge samtidig
• bevege seg med en konstant hastighet , c = 2,9979 x 10⁸m/s (dvs. 'lysets hastighet'), i tomt rom
• har null masse og hvileenergi
• bære energi og momentum, som også er relatert til frekvensen ( ikke) og bølgelengde (substantiv) av den elektromagnetiske bølgen, som uttrykt av ligningen OG = h nei og s = h / lambda .
• kan ødelegges/skapes når stråling absorberes/avgis.
• kan ha partikkellignende interaksjoner (dvs. kollisjoner) med elektroner og andre partikler, som i Compton effekt der lyspartikler kolliderer med atomer og forårsaker frigjøring av elektroner.

Fotons historie

Begrepet foton ble laget av Gilbert Lewis i 1926, selv om konseptet med lys i form av diskrete partikler hadde eksistert i århundrer og hadde blitt formalisert i Newtons konstruksjon av vitenskapen om optikk.

På 1800-tallet ble imidlertid bølgeegenskaper av lys (som menes elektromagnetisk stråling generelt) ble tydelig åpenbart og forskere hadde i hovedsak kastet partikkelteorien om lys ut av vinduet. Det var ikke før Albert Einstein forklarte fotoelektrisk effekt og innså at lysenergi måtte kvantiseres at partikkelteorien returnerte.

Kort om bølge-partikkeldualitet

Som nevnt ovenfor har lys egenskaper til både en bølge og en partikkel. Dette var en forbløffende oppdagelse og er absolutt utenfor riket av hvordan vi vanligvis oppfatter ting. Biljardkuler fungerer som partikler, mens hav fungerer som bølger. Fotoner fungerer som både en bølge og en partikkel hele tiden (selv om det er vanlig, men i utgangspunktet feil, for å si at det er 'noen ganger en bølge og noen ganger en partikkel', avhengig av hvilke funksjoner som er mer åpenbare på et gitt tidspunkt).

Bare en av effektene av dette bølge-partikkel dualitet (eller partikkel-bølge dualitet ) er at fotoner, selv om de behandles som partikler, kan beregnes til å ha frekvens, bølgelengde, amplitude og andre egenskaper som er iboende i bølgemekanikk.

Morsomme foton-fakta

Fotonet er en elementær partikkel , til tross for at den ikke har noen masse. Det kan ikke forfalle av seg selv, selv om energien til fotonet kan overføres (eller skapes) ved interaksjon med andre partikler. Fotoner er elektrisk nøytrale og er en av de sjeldne partiklene som er identiske med deres antipartikkel, antifotonet.

Fotoner er spinn-1-partikler (som gjør dem til bosoner), med en spinnakse som er parallell med kjøreretningen (enten fremover eller bakover, avhengig av om det er et 'venstrehånds' eller 'høyrehånds' foton). Denne funksjonen er det som muliggjør polarisering av lys.