Vad är en foton i fysik?

EN foton är en ljuspartikel definierad som en diskret bunt (eller kvant) av elektromagnetisk (eller lätt) energi. Fotoner är alltid i rörelse och har i ett vakuum (ett helt tomt utrymme) en konstant ljushastighet för alla observatörer. Fotoner rör sig med ljusets vakuumhastighet (oftare kallas bara ljusets hastighet) c = 2,998 x 10⁸ Fröken.

Grundläggande egenskaper hos fotoner

Enligt fotonteorin om ljus, fotoner:

• bete sig som en partikel och en våg samtidigt
• rör sig med en konstant hastighet, c = 2,9979 x 10⁸ m / s (dvs. "ljusets hastighet"), i tomt utrymme
• har noll massa och vila energi
• bära energi och fart, som också är relaterade till frekvensen (nu) och våglängd (Lamdba) av den elektromagnetiska vågen, uttryckt genom ekvationen E = h nu och p = h / lambda.
• kan förstöras / skapas när strålning absorberas / avges.
• kan ha partikelliknande interaktioner (dvs kollisioner) med elektroner och andra partiklar, såsom i Compton-effekten där ljuspartiklar kolliderar med atomer, vilket orsakar frisättningen av elektroner.

Historia av fotoner

Begreppet foton myntades av Gilbert Lewis 1926, även om begreppet ljus i form av diskreta partiklar hade funnits i århundraden och hade formaliserats i Newtons konstruktion av vetenskapen om optik.

På 1800-talet blev emellertid ljusets vågegenskaper (med vilken menas elektromagnetisk strålning i allmänhet) bländande uppenbara och forskare hade i huvudsak kastat partikelteorin om ljus ut genom fönstret. Det var inte förrän Albert Einstein förklarade den fotoelektriska effekten och insåg att ljusenergi måste kvantifieras att partikelteorin återvände.

Wave-Particle Dualitet i korthet

Som nämnts ovan har ljus egenskaper både hos en våg och en partikel. Detta var en häpnadsväckande upptäckt och ligger verkligen utanför området för hur vi normalt sett uppfattar saker. Biljardbollar fungerar som partiklar, medan hav fungerar som vågor. Fotoner fungerar som både en våg och en partikel hela tiden (även om det är vanligt men i princip felaktigt, för att säga att det är "ibland en våg och ibland en partikel" beroende på vilka funktioner som är mer uppenbara vid en given tidpunkt).

Bara en av effekterna av detta våg-partikel dualitet (eller partikelvåg-dualitet) är att fotoner, även om de behandlas som partiklar, kan beräknas ha frekvens, våglängd, amplitud och andra egenskaper som är inneboende i vågmekanik.

Roliga fotonfakta

Fotonen är en elementär partikel trots att den inte har någon massa. Det kan inte förfalla på egen hand, även om fotonens energi kan överföra (eller skapas) vid interaktion med andra partiklar. Fotoner är elektriskt neutrala och är en av de sällsynta partiklarna som är identiska med deras antipartikel, antifotonen.

Fotoner är spin-1-partiklar (vilket gör dem till bosoner), med en rotationsaxel som är parallell med rörelseriktningen (antingen framåt eller bakåt, beroende på om det är en "vänster- eller" höger-foton). Denna funktion är det som möjliggör polarisering av ljus.