Tikrai jūs kada nors girdėjote apie fotonus. Daug kartų kalbama chemijos srityje, o kartais - fizikoje, bet kas iš tikrųjų yra a fotonas? Tai yra šviesos dalelė, sklindanti vakuume ir judanti. Būtent fotonas priverčia elektromagnetinę spinduliuotę judėti iš vieno taško į kitą įvairiais būdais, kuriais galime ją pamatyti.
Nepraleiskite visos susijusios informacijos apie fotoną. Išsamiai paaiškiname fotonų mokslo ypatybes, atradimus ir pažangą. Norite sužinoti daugiau?
Kas yra fotonas?
Tai yra kažkas sudėtingo, norint gerai paaiškinti vienu sakiniu, kaip tai darėme aukščiau įžangoje. Tai yra elementari ir pirminė dalelė, taip sakant, galintis judėti vakuume, pernešdamas visą elektromagnetinę spinduliuotę. Žodis fotonas kilęs iš nuotraukos, kuri reiškia šviesą. Tai yra, fotonas taip pat yra lengvas. Kalbame ne tik apie elektromagnetinę spinduliuotę, kai kalbame apie kenksmingus ultravioletinius spindulius, gama spindulius iš kosmoso ar infraraudonųjų spindulių šviesą.
Reikia atsiminti, kad elektromagnetiniame spektre mes turime sritį, kurią žinome kaip matomą šviesą. Ši sritis juda tarp 400 ir 700 nm ir tai verčia mus pamatyti visą spalvų spektrą tarp raudonos ir mėlynos.
Kaip jau minėjome anksčiau, žodį „fotonas“ apibrėžti taip sudėtinga. Tiesą sakant, dažniausiai šis terminas vartojamas kasdien, jis yra netinkamai naudojamas. Tikrai pasakysime, kad taip yra dalelė, kurios masė išlieka stabili. Dėl šio stabilumo jis gali važiuoti vakuume pastoviu greičiu. Nors tai gali pasirodyti nerealu arba tiesiai iš rankovės, fotonus galima analizuoti tiek mikroskopiniu, tiek makroskopiniu lygmenimis. Tai yra, kai matome pro langą įeinantį šviesos spindulį, žinome, kad pro jį praeina fotonai.
Be to, eidamas per vakuumą, nešantį elektromagnetinę spinduliuotę, jis tai daro išlaikydamas visas savo bangų ir korpuso savybes. Būtent, jis sugeba veikti tarsi banga. Pavyzdžiui, jei mes atliekame akinio lęšio lūžimą, fotonų pralaidumas prilyginamas bangų pralaidumui. Kai fotonas galiausiai pasieks materiją, nukeliavęs per vakuumą, jis liks dar viena dalelė, palaikanti visą savo dalelę galia nepakitęs.
Savybės ir atradimas
Jei atliksime eksperimentą su objektyvu, per visą ugniai atsparų procesą galime atspindėti tik vieną fotoną. Vykdydami eksperimentą galite pamatyti, kaip fotonas sugeba veikti kaip banga ir trukdyti sau. Tačiau, nors jis elgiasi kaip banga, jis nepraranda savybių, dėl kurių jis tampa dalele. Tai yra, ji turi konkrečią padėtį ir judesio kiekį, kurį galima kiekybiškai įvertinti.
Mes galime tuo pačiu metu išmatuoti jo savybes kaip bangą ir kaip dalelę, nes jos yra to paties reiškinio dalis. Šie fotonai negali būti kosmose.
Tikrai jie galvoja, kad kas žino, ką sakau, nes viskas atrodo labai komplikuota. Geriau sužinosime, kaip buvo aptiktas fotonas, kad paaiškintume keletą dalykų. Kaip žinome, Albertas Einšteinas buvo puikus fizikas (jei ne geriausias visų laikų) ir dalį studijų skyrė fotonams. Tai jis davė šioms dalelėms pavadinimą, kurį jis pavadino šviesos kvantu.
Tai įvyko XNUMX amžiaus pradžioje. Einšteinas bandė paaiškinti eksperimentinius stebėjimus, kurie neatitiko šviesos tyrimų. Ir manoma, kad šviesa veikia kaip elektromagnetinė banga, o ne kaip dalelių srautas, vadinamas fotonais (nors šie savo ruožtu gali elgtis kaip bangos).
Būtent tada Einšteinas sugebėjo iš naujo apibrėžti šviesos kvanto terminą ir sutikti, kad šviesos turima energija yra visiškai priklausoma nuo jos dažnio. Be to, medžiaga, ant kurios nusėda šviesa, ir fotonų nešama elektromagnetinė spinduliuotė yra šiluminės pusiausvyros (Vadinasi, šviesa gali šildyti paviršius ir daiktus).
Fizikai, kurie padėjo atrasti fotoną
Kadangi tai nėra kažkas lengva analizuoti ir ištirti (ir mažiau naudojant technologijas, egzistavusias XX amžiuje ir anksčiau), būtent kai kurių svarbių fizikų tyrimų dėka šviesa buvo žinoma kaip dalelė, o ne kaip bangos.
Vienas iš fizikų, kuriuo Einšteinas rėmėsi kurdamas savo teoriją, buvo Maxas Planckas. Šis mokslininkas turėjo dirbti su visais šviesos aspektais ir apibrėžė juos Maxwello lygtimis. Problema, kurios jis negalėjo išspręsti, buvo tai, kodėl šviesa, kuri buvo projektuojama ant objektų, pateko į mažas energijos grupes.
Kai Einšteinas pristatė kitokią teoriją, atsižvelgiant į tai, prie ko jis buvo įpratęs, ją reikėjo išbandyti. Iš tiesų, per Komptono efektą jie žinojo, kad hipotezė, jog šviesą sudaro fotonai, yra teisinga.
Vėliau, kai 1926 m fizikas Gilbertas Lewisas pakeisti šviesos kvantų viename fotone nominalą. Šis žodis kilęs iš graikiško žodžio „šviesa“, todėl puikiai tinka jį apibūdinti.
Dinamika ir veikimas šiandien
Fotonus galima išskirti keliais būdais. Pavyzdžiui, jei dalelė pagreitinama elektriniu krūviu, jos emisija skiriasi, nes ji turi kitokį energijos lygį. Mes galime pašalinti fotoną, priverčiant jį išnykti su savo dalele. Po šių minėtų mokslininkų atradimo fotonų supratimas labai pasikeitė.
Šiuo metu fizikos dėsniai erdvėje ir laike yra beveik simetriški, todėl visi tyrimai, atliekami su šiomis šviesos dalelėmis, yra labai tikslūs. Kadangi visos savybės yra žinomos labai išsamiai, jos naudojamos didelės skiriamosios gebos mikroskopija, fotochemija ir net už atstumų tarp molekulių matavimas.
Kaip matote, įvairūs tyrimai, atlikti daugiau nei prieš šimtmetį, padeda mums toliau tobulėti mokslo srityje.