הפוטון. כל מה שאתה צריך לדעת

אין ספק ששמעתם פעם על פוטונים. הרבה פעמים מדברים על זה בתחום הכימיה ופעמים אחרות בפיזיקה, אבל מה זה באמת א פוטון? זהו חלקיק של אור שמתפשט בוואקום ונע. הפוטון הוא שגורם לקרינה אלקטרומגנטית לנוע מנקודה אחת לאחרת בדרכים השונות בהן אנו יכולים לראות אותה.

אל תחמיץ את כל המידע הקשור אודות הפוטון. אנו מסבירים בפירוט את המאפיינים, התגליות וההתקדמות שהפוטונים העניקו במדע. אתה רוצה לדעת יותר?

מהו פוטון?

זה משהו מורכב להסבר טוב במשפט בודד כפי שעשינו לעיל בהקדמה. זהו חלקיק יסודי וראשוני, כביכול, מסוגלים לנסוע דרך ואקום, ולהעביר את כל הקרינה האלקטרומגנטית. המילה פוטון באה מצילום שמשמעותו אור. כלומר, פוטון הוא גם קל. אנחנו לא מדברים רק על קרינה אלקטרומגנטית כאשר אנו מתייחסים לקרניים אולטרה סגולות מזיקות, לקרני גמא מהחלל או לאור אינפרא אדום.

יש לזכור שבתוך הספקטרום האלקטרומגנטי יש לנו אזור שאנו מכירים כאור גלוי. אזור זה נע בין 400 ל -700 ננומטר והוא מה שגורם לנו לראות את מגוון הצבעים המלא בין אדום לכחול.

כפי שאמרנו בעבר, זה מאוד מורכב להגדיר את המילה פוטון בדיוק כך. למעשה, לרוב משתמשים במונח זה באופן יומיומי, משתמשים בו לרעה. מה שאנחנו נגיד בוודאות זה שכן חלקיק שמסתו נשארת יציבה. הודות ליציבות זו, הוא מסוגל לנסוע בוואקום במהירות קבועה. למרות שזה אולי נראה לא אמיתי או ישר מהשרוול, ניתן לנתח פוטונים ברמות מיקרוסקופיות ומקרוסקופיות כאחד. כלומר, כשאנחנו רואים קרן אור נכנסת דרך חלון, אנחנו יודעים שעוברים שם פוטונים.

יתר על כן, כאשר הוא עובר דרך ואקום הנושא קרינה אלקטרומגנטית, הוא עושה זאת תוך שמירה על כל תכונות הגל והגוף. כלומר, הוא מסוגל לתפקד כאילו היה גל. לדוגמא, אם אנו מבצעים שבירה על עדשת משקפיים, מעבר הפוטונים נטמע לזה של גל. כאשר הפוטון מגיע סוף סוף לחומר לאחר נסיעה דרך ואקום, הוא יישאר עוד חלקיק השומר על כל שלו כוח ללא שינוי.

נכסים וגילוי

אם נבצע את הניסוי עם עדשה, נוכל לשקף פוטון אחד רק במהלך כל התהליך העקשן. בזמן ביצוע הניסוי תוכלו לראות כיצד הפוטון מסוגל לפעול כגל ולהפריע לעצמו. עם זאת, למרות שהוא מתנהג כמו גל, הוא לא מאבד את המאפיינים ההופכים אותו לחלקיק. כלומר, יש לו מיקום ספציפי וכמות תנועה שניתן לכמת.

אנו יכולים למדוד את המאפיינים שיש לו כגל וכחלקיק בו זמנית מכיוון שהם חלק מאותה תופעה. לא ניתן למקם את הפוטונים הללו בחלל.

אין ספק שהם חושבים שמי יודע מה אני אומר, כי הכל נראה מסובך מאוד. בואו להכיר טוב יותר כיצד התגלה הפוטון כדי להבהיר כמה דברים. כידוע, אלברט איינשטיין היה פיזיקאי גדול (אם לא הטוב ביותר בכל הזמנים) והוא הקדיש חלק מלימודיו לפוטונים. הוא זה שנתן לחלקיקים האלה שם, שהוא כינה קוונטיות של אור.

זה קרה בתחילת המאה ה -XNUMX. איינשטיין ניסה להסביר את התצפיות הניסיוניות שלא התאימו לחקירות האור. וחשבו שהאור משמש כגל אלקטרומגנטי ולא כזרם של חלקיקים הנקראים פוטונים (אם כי אלה בתורם יכולים להתנהג כגלים).

בדיוק אז הצליח איינשטיין להגדיר מחדש את המונח קוונטי של אור ולקבל שהאנרגיה שיש לאור תלויה לחלוטין בתדר שלו. בנוסף, העניין עליו מופקד האור והקרינה האלקטרומגנטית המועברת על ידי הפוטונים נמצאים בשיווי משקל תרמי (לפיכך, אור יכול לחמם משטחים וחפצים).

פיזיקאים שסייעו לגילוי הפוטון

מכיוון שזה לא משהו שקל לנתח ולחקור (ופחות עם הטכנולוגיה שהייתה קיימת במאה העשרים וקודם לכן), זה היה הודות למחקר של כמה פיזיקאים חשובים שהאור היה ידוע כחלקיק ולא כגלים.

אחד הפיזיקאים שעליהם הסתמך איינשטיין כדי לגזור את התיאוריה שלו היה מקס פלאנק. המדען הזה היה צריך לעבוד על כל ההיבטים של אור ו הגדיר אותם על ידי המשוואות של מקסוול. הבעיה שלא הצליח לפתור היא מדוע האור שהוקרן על עצמים הגיע בקבוצות אנרגיה קטנות.

כאשר איינשטיין הציג תיאוריה אחרת ביחס למה שהיה רגיל, היה צריך לבדוק אותה. ואכן, הם ידעו באמצעות אפקט קומפטון שההשערה שאור מורכב מפוטונים נכונה.

מאוחר יותר, בשנת 1926 הפיזיקאי גילברט לואיס לשנות את הכינוי של קוונטיות האור לפוטון. מילה זו באה מהמילה היוונית לאור, ולכן היא מושלמת לתאר אותה.

דינמיקה ותפעול היום

ניתן להנפיק פוטונים במספר דרכים. לדוגמא, אם חלקיק מואץ במטען חשמלי, פליטתו שונה מכיוון שיש לו רמות אנרגיה אחרות. אנחנו יכולים להסיר את הפוטון, מה שגורם לו להיעלם עם החלקיקים האנטי-חלקיקים שלו. מאז גילוי המדענים האמורים הללו, הידע בפוטונים השתנה מאוד.

נכון להיום חוקי הפיזיקה הם כמעט סימטריים במרחב ובזמן, ולכן כל המחקרים שבוצעו על חלקיקי אור אלה הם מדויקים מאוד. לכן, מכיוון שכל הנכסים ידועים בפירוט רב, הם משמשים עבור מיקרוסקופ ברזולוציה גבוהה, פוטוכימיה ואפילו עבור מדידת המרחקים בין מולקולות.

כפי שאתה יכול לראות, מחקרים שונים שנערכו לפני יותר ממאה שנה עוזרים לנו להמשיך להתקדם עם המדע כיום.