الفوتون. كل شيئ ترغب بمعرفته

بالتأكيد سمعت عن الفوتونات من قبل. في كثير من الأحيان يتم التحدث بها في مجال الكيمياء وفي أوقات أخرى في الفيزياء ولكن ما هو حقًا الفوتون؟ إنه جسيم من الضوء ينتشر في الفراغ ويتحرك. إن الفوتون هو الذي يتسبب في انتقال الإشعاع الكهرومغناطيسي من نقطة إلى أخرى بالطرق المختلفة التي يمكننا من خلالها رؤيته.

لا تفوت جميع المعلومات المتعلقة بالفوتون. نشرح بالتفصيل الخصائص والاكتشافات والتطورات التي قدمتها الفوتونات في العلم. أتريد معرفة المزيد؟

ما هو الفوتون؟

هذا شيء معقد يمكن تفسيره جيدًا في جملة واحدة كما فعلنا أعلاه في المقدمة. إنه جسيم أولي وأساسي ، إذا جاز التعبير ، قادرة على التحرك من خلال الفراغ ، ونقل جميع الإشعاع الكهرومغناطيسي. تأتي كلمة الفوتون من الصورة التي تعني الضوء. أي أن الفوتون خفيف أيضًا. نحن لا نتحدث فقط عن الإشعاع الكهرومغناطيسي عندما نشير إلى الأشعة فوق البنفسجية الضارة أو أشعة غاما القادمة من الفضاء أو الأشعة تحت الحمراء.

يجب أن نتذكر أنه ضمن الطيف الكهرومغناطيسي لدينا منطقة نعرفها بالضوء المرئي. تتحرك هذه المنطقة بين 400 و 700 نانومتر وهذا ما يجعلنا نرى النطاق الكامل للألوان بين الأحمر والأزرق.

كما قلنا من قبل ، من المعقد جدًا تحديد كلمة فوتون على هذا النحو. في الواقع ، يتم استخدام هذا المصطلح بشكل يومي في معظم الأوقات ، يتم إساءة استخدامه. ما سنقوله بالتأكيد هو أنه كذلك جسيم تظل كتلته مستقرة. بفضل هذا الثبات ، فهي قادرة على السفر في الفراغ بسرعة ثابتة. على الرغم من أنها قد تبدو غير حقيقية أو مباشرة من الغلاف ، إلا أنه يمكن تحليل الفوتونات على المستويين المجهري والعياني. أي عندما نرى شعاعًا ضوئيًا يدخل عبر نافذة ، نعلم أن الفوتونات تمر من هناك.

علاوة على ذلك ، أثناء انتقاله عبر فراغ يحمل الإشعاع الكهرومغناطيسي ، فإنه يفعل ذلك مع الحفاظ على كل خصائصه الموجية والجسمية. يسمى، إنها قادرة على العمل كما لو كانت موجة. على سبيل المثال ، إذا أجرينا انكسارًا على عدسة النظارات ، فإن مرور الفوتونات يُشبه مرور الموجة. عندما يصل الفوتون أخيرًا إلى المادة بعد انتقاله عبر فراغ ، سيبقى جسيمًا آخر يحافظ على كل ما لديه قوة دون تغيير.

الخصائص والاكتشاف

إذا أجرينا التجربة باستخدام عدسة ، فيمكننا عكس فوتون واحد فقط خلال عملية الانكسار بأكملها. أثناء إجراء التجربة ، يمكنك أن ترى كيف الفوتون قادر على العمل كموجة والتدخل في نفسه. ومع ذلك ، على الرغم من أنها تتصرف مثل الموجة ، إلا أنها لا تفقد الخصائص التي تجعلها جسيمًا. أي أن لها موقعًا محددًا وكمية من الحركة يمكن قياسها كميًا.

يمكننا قياس خصائصها كموجة وكجسيم في نفس الوقت لأنها جزء من نفس الظاهرة. لا يمكن تحديد موقع هذه الفوتونات في الفضاء.

من المؤكد أنهم يفكرون في أن من يعرف ما أقوله ، لأن كل شيء يبدو معقدًا للغاية. دعنا نتعرف بشكل أفضل على كيفية اكتشاف الفوتون لتوضيح بعض الأشياء. كما نعلم ، كان ألبرت أينشتاين فيزيائيًا عظيمًا (إن لم يكن الأفضل على الإطلاق) وخصص جزءًا من دراسته للفوتونات. هو الذي أطلق على هذه الجسيمات سماها كمية الضوء.

حدث هذا في بداية القرن العشرين. كان أينشتاين يحاول شرح الملاحظات التجريبية التي لا تتناسب مع التحقيقات التي تمت عن الضوء. وكان يُعتقد أن الضوء يعمل كموجة كهرومغناطيسية وليس كتدفق لجسيمات تسمى الفوتونات (على الرغم من أن هذه بدورها يمكن أن تتصرف كموجات).

عندها تمكن أينشتاين من إعادة تعريف مصطلح كمية الضوء وقبول أن الطاقة التي يمتلكها الضوء تعتمد كليًا على تردده. بالإضافة إلى المادة التي يترسب عليها الضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تحمله الفوتونات في حالة توازن حراري (وبالتالي ، يمكن للضوء تسخين الأسطح والأشياء).

علماء الفيزياء الذين ساعدوا في اكتشاف الفوتون

نظرًا لأن هذا ليس بالأمر السهل تحليله واستقصاءه (وأقل مع التكنولوجيا التي كانت موجودة في القرن العشرين وما قبله) ، فقد كان بفضل البحث الذي أجراه بعض علماء الفيزياء المهمين أن الضوء كان يُعرف باسم الجسيم وليس كموجات.

ومن الفيزيائيين الذين اعتمد عليهم أينشتاين في استنباط نظريته هو ماكس بلانك. كان على هذا العالم أن يعمل على جميع جوانب الضوء و حددها من خلال معادلات ماكسويل. كانت المشكلة التي لم يستطع حلها هي سبب وصول الضوء الذي تم إسقاطه على الأشياء في مجموعات صغيرة من الطاقة.

عندما قدم أينشتاين نظرية مختلفة فيما يتعلق بما اعتاد عليه ، كان لا بد من اختبارها. في الواقع ، لقد عرفوا من خلال تأثير كومبتون أن الفرضية القائلة بأن الضوء يتكون من فوتونات كانت صحيحة.

كان ذلك لاحقًا في عام 1926 عالم الفيزياء جيلبرت لويس تغيير تسمية كمية الضوء لكل فوتون. تأتي هذه الكلمة من الكلمة اليونانية التي تعني النور ، لذلك من الأفضل وصفها.

ديناميات وعملية اليوم

يمكن أن تنبعث الفوتونات بطرق متعددة. على سبيل المثال ، إذا تم تسريع الجسيم بشحنة كهربائية ، فإن انبعاثه يكون مختلفًا ، حيث يحتوي على مستويات طاقة أخرى. يمكننا إزالة الفوتون ، مما يجعلها تختفي مع الجسيم المضاد. منذ اكتشاف هؤلاء العلماء المذكورين أعلاه ، تغير فهم الفوتونات بشكل كبير.

في الوقت الحاضر ، قوانين الفيزياء شبه متماثلة في المكان والزمان ، لذا فإن جميع الدراسات التي أجريت على هذه الجسيمات الضوئية دقيقة للغاية. لذلك ، نظرًا لأن جميع الخصائص معروفة بتفصيل كبير ، فإنها تعمل لصالح الفحص المجهري عالي الدقة والكيمياء الضوئية وحتى ل قياس المسافات بين الجزيئات.

كما ترون ، تساعدنا الدراسات المختلفة التي أجريت منذ أكثر من قرن على مواصلة تقدم العلم اليوم.