Sicher haben Sie jemals von Photonen gehört. Oft wird es auf dem Gebiet der Chemie und manchmal in der Physik gesprochen, aber was ist wirklich ein Photon? Es ist ein Lichtteilchen, das sich im Vakuum ausbreitet und sich bewegt. Es ist das Photon, das bewirkt, dass sich elektromagnetische Strahlung auf unterschiedliche Weise von einem Punkt zum anderen bewegt, wie wir es sehen können.
Verpassen Sie nicht alle zugehörigen Informationen über das Photon. Wir erklären detailliert die Eigenschaften, Entdeckungen und Fortschritte, die Photonen in der Wissenschaft gemacht haben. Sie möchten mehr wissen?
Was ist ein Photon?
Dies ist etwas Komplexes, das in einem einzigen Satz gut erklärt werden kann, wie wir es oben in der Einleitung getan haben. Es ist sozusagen ein Elementar- und Urteilchen, in der Lage, sich durch ein Vakuum zu bewegen und die gesamte elektromagnetische Strahlung zu transportieren. Das Wort Photon kommt vom Foto, was Licht bedeutet. Das heißt, ein Photon ist auch Licht. Wir sprechen nicht nur von elektromagnetischer Strahlung, wenn wir uns auf schädliche ultraviolette Strahlen, Gammastrahlen aus dem Weltraum oder Infrarotlicht beziehen.
Es muss daran erinnert werden, dass innerhalb des elektromagnetischen Spektrums Wir haben einen Bereich, den wir als sichtbares Licht kennen. Dieser Bereich bewegt sich zwischen 400 und 700 nm und lässt uns die gesamte Farbpalette zwischen Rot und Blau erkennen.
Wie wir bereits gesagt haben, ist es sehr komplex, das Wort Photon einfach so zu definieren. Tatsächlich wird dieser Begriff die meiste Zeit täglich verwendet und missbraucht. Was wir mit Sicherheit sagen werden, ist, dass es so ist ein Teilchen, dessen Masse stabil bleibt. Dank dieser Stabilität kann es sich im Vakuum mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegen. Obwohl es unwirklich oder direkt aus der Hülse heraus erscheinen mag, können Photonen sowohl auf mikroskopischer als auch auf makroskopischer Ebene analysiert werden. Das heißt, wenn wir einen Lichtstrahl durch ein Fenster eintreten sehen, wissen wir, dass dort Photonen durchgehen.
Wenn es sich durch ein Vakuum bewegt, das elektromagnetische Strahlung trägt, tut es dies unter Beibehaltung aller Wellen- und Korpuskulareigenschaften. Nämlich, es kann so funktionieren, als wäre es eine Welle. Wenn wir beispielsweise eine Brechung an einer Brillenlinse durchführen, wird der Durchgang von Photonen dem einer Welle gleichgestellt. Wenn das Photon nach dem Durchlaufen eines Vakuums endlich Materie erreicht, bleibt es ein weiteres Teilchen, das alle seine Bestandteile beibehält Macht unverändert.
Eigenschaften und Entdeckung
Wenn wir das Experiment mit einer Linse durchführen, können wir während des gesamten Feuerfestprozesses nur ein Photon reflektieren. Während Sie das Experiment durchführen, können Sie sehen, wie Das Photon kann als Welle wirken und sich selbst stören. Obwohl es sich wie eine Welle verhält, verliert es nicht die Eigenschaften, die es zu einem Teilchen machen. Das heißt, es hat eine bestimmte Position und eine Bewegungsmenge, die quantifiziert werden kann.
Wir können die Eigenschaften messen, die es als Welle und als Teilchen gleichzeitig hat, da sie Teil desselben Phänomens sind. Diese Photonen können nicht im Raum lokalisiert werden.
Sicher denken sie, wer weiß, was ich sage, denn alles scheint sehr kompliziert. Lassen Sie uns besser wissen, wie das Photon entdeckt wurde, um einige Dinge zu klären. Wie wir wissen, war Albert Einstein ein großartiger Physiker (wenn nicht der beste aller Zeiten) und widmete einen Teil seiner Studien Photonen. Er gab diesen Teilchen einen Namen, den er das Lichtquantum nannte.
Dies geschah zu Beginn des XNUMX. Jahrhunderts. Einstein versuchte, die experimentellen Beobachtungen zu erklären, die nicht zu den Untersuchungen des Lichts passten. Und es wurde angenommen, dass Licht als elektromagnetische Welle und nicht als Teilchenfluss, Photonen genannt, wirkt (obwohl sich diese wiederum wie Wellen verhalten können).
Dann konnte Einstein den Begriff Lichtquant neu definieren und akzeptieren, dass die Energie, die Licht besitzt, vollständig von seiner Frequenz abhängt. Außerdem die Materie, auf der das Licht abgeschieden wird, und die elektromagnetische Strahlung, die von den Photonen getragen wird sind im thermischen Gleichgewicht (Licht kann daher Oberflächen und Gegenstände erwärmen).
Physiker, die bei der Entdeckung des Photons mitgewirkt haben
Da dies nicht einfach zu analysieren und zu untersuchen ist (und weniger mit der Technologie, die im XNUMX. Jahrhundert und früher existierte), war Licht dank der Forschung einiger wichtiger Physiker als Teilchen und nicht als Wellen bekannt.
Einer der Physiker, auf die sich Einstein bei der Ableitung seiner Theorie stützte, war Max Planck. Dieser Wissenschaftler musste an allen Aspekten des Lichts arbeiten und definiert sie durch Maxwells Gleichungen. Das Problem, das er nicht lösen konnte, war, warum das Licht, das auf Objekte projiziert wurde, in kleinen Gruppen von Energie ankam.
Als Einstein eine andere Theorie in Bezug auf das einführte, was er gewohnt war, musste sie getestet werden. In der Tat wussten sie durch den Compton-Effekt, dass die Hypothese, dass Licht aus Photonen besteht, wahr ist.
Es ist später, als im Jahr 1926 Physiker Gilbert Lewis Ändern Sie die Bezeichnung der Lichtquanten pro Photon. Dieses Wort kommt vom griechischen Wort für Licht und ist daher perfekt, um es zu beschreiben.
Dynamik und Betrieb heute
Photonen können auf verschiedene Arten emittiert werden. Wenn beispielsweise ein Teilchen mit einer elektrischen Ladung beschleunigt wird, ist seine Emission unterschiedlich, da es andere Energieniveaus aufweist. Wir können das Photon entfernen, es mit seinem Antiteilchen verschwinden lassen. Seit der Entdeckung dieser Wissenschaftler hat sich das Verständnis von Photonen enorm verändert.
Gegenwärtig sind die Gesetze der Physik räumlich und zeitlich quasi symmetrisch, so dass alle Untersuchungen, die an diesen Lichtteilchen durchgeführt werden, sehr genau sind. Da alle Eigenschaften sehr detailliert bekannt sind, dienen sie daher für die hochauflösende Mikroskopie, Photochemie und sogar die Messung der Abstände zwischen Molekülen.
Wie Sie sehen können, helfen uns verschiedene Studien, die vor mehr als einem Jahrhundert durchgeführt wurden, die Wissenschaft heute weiter voranzutreiben.