Olet varmasti koskaan kuullut fotoneista. Monta kertaa sitä puhutaan kemian alalla ja toisinaan fysiikassa, mutta mikä on todella fotoni? Se on valopartikkeli, joka etenee tyhjiössä ja liikkuu. Se on fotoni, joka saa sähkömagneettisen säteilyn liikkumaan pisteestä toiseen eri tavoin, jolla voimme nähdä sen.
Älä missaa kaikkia asiaan liittyviä tietoja fotoneista. Selitämme yksityiskohtaisesti ominaisuuksia, löytöjä ja edistysaskeleita, joita fotonit ovat antaneet tieteelle. Haluatko tietää enemmän?
Mikä on fotoni?
Tämä on jotain monimutkaista selittää hyvin yhdellä lauseella, kuten olemme tehneet edellä johdannossa. Se on alkeis- ja alkupartikkeli, niin sanotusti, pystyy liikkumaan tyhjiössä, kuljettamaan kaiken sähkömagneettisen säteilyn. Sana fotoni tulee valokuvasta, joka tarkoittaa valoa. Toisin sanoen fotoni on myös kevyt. Emme puhu vain sähkömagneettisesta säteilystä, kun tarkoitamme haitallisia ultraviolettisäteitä, avaruudesta tulevia gammasäteitä tai infrapunavaloa.
On muistettava, että sähkömagneettisessa spektrissä meillä on alue, jonka tunnemme näkyvänä valona. Tämä alue liikkuu 400 ja 700 nm välillä ja saa meidät näkemään koko värivalikoiman punaisen ja sinisen välillä.
Kuten olemme aiemmin sanoneet, on hyvin monimutkaista määritellä sana fotoni juuri näin. Itse asiassa tätä termiä käytetään suurimmaksi osaksi päivittäin, ja sitä käytetään väärin. Sanomme varmasti, että se on hiukkanen, jonka massa pysyy vakaana. Tämän vakauden ansiosta se pystyy kulkemaan vakuumissa vakionopeudella. Vaikka se saattaa tuntua epätodelliselta tai suoraan hihasta, fotoneja voidaan analysoida sekä mikroskooppisella että makroskooppisella tasolla. Toisin sanoen, kun näemme valonsäteen saapuvan ikkunan läpi, tiedämme, että fotonit kulkevat sen läpi.
Lisäksi kun se kulkee sähkömagneettista säteilyä kantavan tyhjiön läpi, se tekee niin säilyttäen kaikki aalto- ja runko-ominaisuudet. Nimittäin, se pystyy toimimaan ikään kuin se olisi aalto. Esimerkiksi, jos suoritamme taittumisen silmälasilinssille, fotonien kulku rinnastetaan aallon kulkuun. Kun fotoni saavuttaa lopulta aineen kuljettuaan tyhjiön läpi, se pysyy yhtenä hiukkasena, joka ylläpitää kaiken sen teho muuttumattomana.
Ominaisuudet ja löytö
Jos suoritamme kokeen linssillä, voimme heijastaa vain yhtä fotonia koko tulenkestävän prosessin ajan. Kokeilun aikana voit nähdä miten fotoni pystyy toimimaan aaltona ja häiritsemään itseään. Vaikka se käyttäytyy kuin aalto, se ei menetä ominaisuuksia, jotka tekevät siitä hiukkasen. Eli sillä on erityinen sijainti ja liikemäärä, joka voidaan kvantifioida.
Voimme mitata sen ominaisuuksia aallona ja hiukkasena samanaikaisesti, koska ne ovat osa samaa ilmiötä. Näitä fotoneja ei voida sijoittaa avaruuteen.
Varmasti he ajattelevat, että kuka tietää mitä sanon, koska kaikki näyttää hyvin monimutkaiselta. Opitaan tuntemaan paremmin, kuinka fotoni löydettiin muutaman asian selventämiseksi. Kuten tiedämme, Albert Einstein oli loistava fyysikko (ellei kaikkien aikojen paras), ja hän omisti osan opinnoistaan fotoneille. Hän antoi näille hiukkasille nimen, jota hän kutsui valon kvantiksi.
Tämä tapahtui XNUMX-luvun alussa. Einstein yritti selittää kokeellisia havaintoja, jotka eivät sopineet valon tutkimuksiin. Ja ajateltiin, että valo toimi sähkömagneettisena aallona eikä fotoniksi kutsuttujen hiukkasten virtauksena (vaikka nämä puolestaan voivat käyttäytyä aaltoina).
Silloin Einstein voisi määritellä uudelleen termin kvanttivalo ja hyväksyä, että valolla oleva energia on täysin riippuvainen sen taajuudesta. Lisäksi aine, jolle valo kerrostuu, ja fotonien kuljettama sähkömagneettinen säteily ovat termisessä tasapainossa (Valo voi siten lämmittää pintoja ja esineitä).
Fyysikot, jotka ovat auttaneet fotonin löytämisessä
Koska tätä ei ole helppo analysoida ja tutkia (ja vähemmän XNUMX-luvulla ja sitä aikaisemmin käytössä olleella tekniikalla), joidenkin tärkeiden fyysikkojen tutkimuksen ansiosta valoa kutsuttiin hiukkaseksi eikä aalloksi.
Yksi fyysikoista, joihin Einstein luotti teoriansa johdossa, oli Max Planck. Tämän tiedemiehen täytyi työskennellä kaikilla valon ja määritteli ne Maxwellin yhtälöillä. Ongelma, jota hän ei voinut ratkaista, oli se, miksi esineisiin heijastunut valo saapui pieninä energiaryhminä.
Kun Einstein esitteli erilaisen teorian suhteessa siihen, mihin hän oli tottunut, se oli testattava. Itse asiassa he tiesivät Compton-vaikutuksen kautta, että oletus, että valo koostuu fotoneista, oli totta.
Se on myöhemmin, kun vuonna 1926 fyysikko Gilbert Lewis muuttaa valokvanttien määrää fotonia kohden. Tämä sana tulee kreikkalaisesta valosanasta, joten se on täydellinen kuvaamaan sitä.
Dynaamisuus ja toiminta tänään
Fotonit voidaan lähettää monin tavoin. Esimerkiksi, jos hiukkasia kiihdytetään sähkövarauksella, sen emissio on erilainen, koska sillä on muita energiatasoja. Voimme poistaa fotonin, jolloin se katoaa antihiukkastensa kanssa. Näiden edellä mainittujen tutkijoiden löytämisen jälkeen ymmärrys fotoneista on muuttunut valtavasti.
Tällä hetkellä fysiikan lait ovat avaruudessa ja ajassa lähes symmetriset, joten kaikki näille valohiukkasille tehdyt tutkimukset ovat hyvin tarkkoja. Siksi, koska kaikki ominaisuudet tunnetaan hyvin yksityiskohtaisesti, ne palvelevat korkean resoluution mikroskopia, fotokemia ja jopa molekyylien välisten etäisyyksien mittaaminen.
Kuten näette, erilaiset tutkimukset, jotka tehtiin yli sata vuotta sitten, auttavat meitä jatkamaan tieteen etenemistä tänään.