Σίγουρα έχετε ακούσει ποτέ για φωτόνια. Πολλές φορές ομιλείται στον τομέα της χημείας και άλλες φορές στη φυσική, αλλά τι είναι πραγματικά α φωτόνιο; Είναι ένα σωματίδιο φωτός που διαδίδεται σε κενό και κινείται. Είναι το φωτόνιο που προκαλεί την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία να κινείται από το ένα σημείο στο άλλο με τους διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους μπορούμε να το δούμε.
Μην χάσετε όλες τις σχετικές πληροφορίες σχετικά με το φωτόνιο. Εξηγούμε λεπτομερώς τα χαρακτηριστικά, τις ανακαλύψεις και τις εξελίξεις που έχουν δώσει τα φωτόνια στην επιστήμη. Θέλετε να μάθετε περισσότερα;
Τι είναι το φωτόνιο;
Αυτό είναι κάτι πολύπλοκο για να εξηγηθεί καλά σε μία πρόταση όπως έχουμε κάνει παραπάνω στην εισαγωγή. Είναι ένα στοιχειώδες και πρωτεύον σωματίδιο, για να το πούμε, ικανή να κινείται μέσω κενού, μεταφέροντας όλη την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η λέξη φωτόνιο προέρχεται από τη φωτογραφία που σημαίνει φως. Δηλαδή, ένα φωτόνιο είναι επίσης ελαφρύ. Δεν μιλάμε μόνο για ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία όταν αναφερόμαστε σε επιβλαβείς υπεριώδεις ακτίνες, ακτίνες γάμμα από το διάστημα ή υπέρυθρο φως.
Πρέπει να θυμόμαστε ότι εντός του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος έχουμε μια περιοχή που γνωρίζουμε ως ορατό φως. Αυτή η περιοχή κινείται μεταξύ 400 και 700 nm και αυτό μας κάνει να δούμε την πλήρη γκάμα χρωμάτων μεταξύ κόκκινου και μπλε.
Όπως είπαμε προηγουμένως, είναι πολύ περίπλοκο να οριστεί η λέξη φωτονίου έτσι. Στην πραγματικότητα, τις περισσότερες φορές αυτός ο όρος χρησιμοποιείται σε καθημερινή βάση, χρησιμοποιείται κατάχρηση. Αυτό που θα πω σίγουρα είναι ότι είναι ένα σωματίδιο του οποίου η μάζα παραμένει σταθερή. Χάρη σε αυτήν τη σταθερότητα, μπορεί να ταξιδεύει σε κενό με σταθερή ταχύτητα. Αν και φαίνεται μη πραγματικό ή ευθεία από το μανίκι σας, τα φωτόνια μπορούν να αναλυθούν τόσο σε μικροσκοπικό όσο και σε μακροσκοπικό επίπεδο. Δηλαδή, όταν βλέπουμε μια ακτίνα φωτός να εισέρχεται μέσα από ένα παράθυρο, γνωρίζουμε ότι τα φωτόνια περνούν εκεί.
Επιπλέον, καθώς ταξιδεύει μέσα σε ένα κενό που μεταφέρει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, το κάνει διατηρώντας παράλληλα όλες τις κυματοειδείς και σωματικές του ιδιότητες. Και συγκεκριμένα, είναι σε θέση να λειτουργεί σαν να ήταν κύμα. Για παράδειγμα, εάν πραγματοποιήσουμε διάθλαση σε φακό οράματος, η διέλευση των φωτονίων εξομοιώνεται με αυτή του κύματος. Όταν το φωτονίο φτάσει τελικά στην ύλη αφού ταξιδέψει μέσα σε ένα κενό, θα παραμείνει ένα ακόμη σωματίδιο που διατηρεί όλα ισχύς αμεταποίητος.
Ιδιότητες και ανακάλυψη
Εάν πραγματοποιήσουμε το πείραμα με φακό, μπορούμε να ανακλάμε μόνο ένα φωτόνιο καθ 'όλη τη διάρκεια της πυρίμαχης διαδικασίας. Κατά τη διεξαγωγή του πειράματος, μπορείτε να δείτε πώς το φωτόνιο είναι σε θέση να ενεργεί ως κύμα και να παρεμβαίνει στον εαυτό του. Ωστόσο, αν και συμπεριφέρεται σαν κύμα, δεν χάνει τα χαρακτηριστικά που το κάνουν σωματίδιο. Δηλαδή, έχει μια συγκεκριμένη θέση και μια ποσότητα κίνησης που μπορεί να ποσοτικοποιηθεί.
Μπορούμε να μετρήσουμε τις ιδιότητες που έχει ως κύμα και ως σωματίδιο ταυτόχρονα, δεδομένου ότι αποτελούν μέρος του ίδιου φαινομένου. Αυτά τα φωτόνια δεν μπορούν να τοποθετηθούν στο διάστημα.
Σίγουρα σκέφτονται ότι ποιος ξέρει τι λέω, γιατί όλα φαίνονται πολύ περίπλοκα. Ας μάθουμε καλύτερα πώς ανακαλύφθηκε το φωτόνιο για να διευκρινίσει μερικά πράγματα. Όπως γνωρίζουμε, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν ένας σπουδαίος φυσικός (αν όχι το καλύτερο όλων των εποχών) και αφιέρωσε μέρος των σπουδών του στα φωτόνια. Αυτός ήταν που έδωσε σε αυτά τα σωματίδια ένα όνομα, το οποίο ονόμασε κβαντικό φως.
Αυτό συνέβη στις αρχές του XNUMXού αιώνα. Ο Αϊνστάιν προσπαθούσε να εξηγήσει τις πειραματικές παρατηρήσεις που δεν ταιριάζουν με τις έρευνες που είχαν στο φως. Και πιστεύεται ότι το φως λειτούργησε ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα και όχι ως ροή σωματιδίων που ονομάζονται φωτονία (αν και αυτά με τη σειρά τους μπορούν να συμπεριφέρονται ως κύματα).
Τότε ο Αϊνστάιν μπόρεσε να επαναπροσδιορίσει τον όρο κβαντικό φως και να αποδεχθεί ότι η ενέργεια που διαθέτει το φως εξαρτάται πλήρως από τη συχνότητά του. Επιπλέον, το θέμα στο οποίο εναποτίθεται το φως και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεταφέρεται από τα φωτόνια βρίσκονται σε θερμική ισορροπία (Ως εκ τούτου, το φως μπορεί να θερμαίνει επιφάνειες και αντικείμενα).
Φυσικοί που βοήθησαν στην ανακάλυψη του φωτονίου
Δεδομένου ότι αυτό δεν είναι κάτι εύκολο να αναλυθεί και να διερευνηθεί (και λιγότερο με την τεχνολογία που υπήρχε τον εικοστό αιώνα και νωρίτερα), χάρη στην έρευνα ορισμένων σημαντικών φυσικών ότι το φως ήταν γνωστό ως σωματίδιο και όχι ως κύματα.
Ένας από τους φυσικούς στους οποίους βασίστηκε ο Αϊνστάιν για να αντλήσει τη θεωρία του ήταν ο Μαξ Πλανκ. Αυτός ο επιστήμονας έπρεπε να εργαστεί σε όλες τις πτυχές του φωτός και τα όρισε με τις εξισώσεις του Maxwell. Το πρόβλημα που δεν μπορούσε να λύσει ήταν γιατί το φως που προβάλλεται σε αντικείμενα έφτασε σε μικρές ομάδες ενέργειας.
Όταν ο Αϊνστάιν εισήγαγε μια διαφορετική θεωρία σχετικά με το τι είχε συνηθίσει, έπρεπε να δοκιμαστεί. Πράγματι, ήξεραν μέσω του φαινομένου Compton ότι η υπόθεση ότι το φως αποτελούταν από φωτόνια ήταν αληθινή.
Είναι αργότερα όταν, το 1926 φυσικός Gilbert Lewis αλλάξτε την ονομασία της κβάντας φωτός ανά φωτόνιο. Αυτή η λέξη προέρχεται από την ελληνική λέξη για το φως, οπότε είναι τέλειο να την περιγράψετε.
Δυναμική και λειτουργία σήμερα
Τα φωτόνια μπορούν να εκπέμπονται με πολλούς τρόπους. Για παράδειγμα, εάν ένα σωματίδιο επιταχύνεται με ηλεκτρικό φορτίο, η εκπομπή του είναι διαφορετική, καθώς έχει άλλα επίπεδα ενέργειας. Μπορούμε να αφαιρέσουμε το φωτόνιο, κάνοντάς το να εξαφανιστεί με το αντισωματικό του. Από την ανακάλυψη αυτών των επιστημόνων, η κατανόηση των φωτονίων έχει αλλάξει πάρα πολύ.
Προς το παρόν, οι νόμοι της φυσικής είναι σχεδόν συμμετρικοί στο χώρο και το χρόνο, οπότε όλες οι μελέτες που διεξάγονται σε αυτά τα ελαφριά σωματίδια είναι πολύ ακριβείς. Επομένως, δεδομένου ότι όλες οι ιδιότητες είναι γνωστές με μεγάλη λεπτομέρεια, χρησιμεύουν για το μικροσκόπηση υψηλής ανάλυσης, φωτοχημεία και ακόμη και για τη μέτρηση των αποστάσεων μεταξύ των μορίων.
Όπως μπορείτε να δείτε, διάφορες μελέτες που πραγματοποιήθηκαν πριν από περισσότερο από έναν αιώνα μας βοηθούν να συνεχίσουμε να προχωρούμε με την επιστήμη σήμερα.