Jūs noteikti esat dzirdējuši par fotoniem. Daudzas reizes to runā ķīmijas jomā un citreiz fizikā, bet kas patiesībā ir a fotons? Tā ir gaismas daļiņa, kas izplatās vakuumā un pārvietojas. Tas ir fotons, kas liek elektromagnētiskajam starojumam pārvietoties no viena punkta uz citu dažādos veidos, kā mēs to varam redzēt.
Nepalaidiet garām visu saistīto informāciju par fotonu. Mēs sīki izskaidrojam īpašības, atklājumus un sasniegumus, ko fotoni ir devuši zinātnē. Vai vēlaties uzzināt vairāk?
Kas ir fotons?
Tas ir kaut kas sarežģīts, lai labi izskaidrotu vienā teikumā, kā mēs to darījām iepriekš ievadā. Tā teikt, tā ir elementāra un pirmatnēja daļiņa, kas spēj pārvietoties pa vakuumu, pārvadājot visu elektromagnētisko starojumu. Vārds fotons nāk no foto, kas nozīmē gaismu. Tas ir, fotons ir arī gaisma. Mēs runājam ne tikai par elektromagnētisko starojumu, kad mēs atsaucamies uz kaitīgiem ultravioletajiem stariem, gammas stariem no kosmosa vai infrasarkano gaismu.
Jāatceras, ka elektromagnētiskajā spektrā mums ir zona, kuru mēs zinām kā redzamo gaismu. Šis laukums pārvietojas starp 400 un 700 nm, un tas liek mums redzēt visu krāsu diapazonu starp sarkanu un zilu.
Kā mēs jau iepriekš teicām, vārdu fotons ir ļoti sarežģīti definēt tieši tāpat. Patiesībā lielākoties šis termins tiek lietots ikdienā, tas tiek izmantots nepareizi. Tas, ko mēs droši pateiksim, ir, ka tā ir daļiņa, kuras masa paliek stabila. Pateicoties šai stabilitātei, tas spēj pārvietoties vakuumā ar nemainīgu ātrumu. Lai gan tas var šķist nereāls vai tieši no piedurknes, fotonus var analizēt gan mikroskopiskā, gan makroskopiskā līmenī. Tas ir, kad mēs redzam gaismas staru, kas ienāk pa logu, mēs zinām, ka fotoni iet caur to.
Turklāt, pārvietojoties pa vakuumu, kurā ir elektromagnētiskais starojums, tas tiek darīts, saglabājot visas viļņu un korpuskulārās īpašības. Proti, tas spēj darboties tā, it kā tas būtu vilnis. Piemēram, ja mēs veicam refrakciju uz briļļu lēcas, fotonu pāreja tiek pielīdzināta viļņa pārejai. Kad fotons pēc pārvietošanās pa vakuumu beidzot nonāks matērijā, tas paliks vēl viena daļiņa, kas uztur visu savu jauda nemainīts.
Īpašības un atklājums
Ja mēs veicam eksperimentu ar objektīvu, visa ugunsizturīgā procesa laikā mēs varam atspoguļot tikai vienu fotonu. Veicot eksperimentu, jūs varat redzēt, kā fotons spēj darboties kā vilnis un traucēt sevi. Lai gan tas izturas kā vilnis, tas nezaudē īpašības, kas to padara par daļiņu. Tas ir, tai ir noteikta pozīcija un kustības daudzums, ko var kvantitatīvi noteikt.
Mēs varam vienlaikus izmērīt tā īpašības kā vilni un kā daļiņu, jo tās ir vienas un tās pašas parādības daļa. Šie fotoni nevar atrasties kosmosā.
Viņi noteikti domā, ka kas zina, ko es saku, jo viss šķiet ļoti sarežģīti. Iepazīsim labāk, kā tika atklāts fotons, lai noskaidrotu dažas lietas. Kā mēs zinām, Alberts Einšteins bija lielisks fiziķis (ja ne visu laiku labākais), un daļu pētījumu veltīja fotoniem. Tas bija tas, kurš šīm daļiņām deva nosaukumu, ko viņš sauca par gaismas kvantu.
Tas notika XNUMX. gadsimta sākumā. Einšteins mēģināja izskaidrot eksperimentālos novērojumus, kas neatbilst gaismas pētījumiem. Un tika uzskatīts, ka gaisma darbojas kā elektromagnētiskais vilnis, nevis kā daļiņu plūsma, ko sauc par fotoniem (lai gan tie savukārt var izturēties kā viļņi).
Tad Einšteins varētu no jauna definēt gaismas kvantu terminu un pieņemt, ka gaismai piemītošā enerģija ir pilnībā atkarīga no tās frekvences. Turklāt matērija, uz kuras tiek nogulsnēta gaisma, un elektromagnētiskais starojums, ko nes fotoni ir termiskā līdzsvara stāvoklī (Tādējādi gaisma var sildīt virsmas un priekšmetus).
Fiziķi, kuri ir palīdzējuši atklāt fotonu
Tā kā to nav viegli analizēt un izpētīt (un mazāk ar tehnoloģiju, kas pastāvēja divdesmitajā gadsimtā un agrāk), pateicoties dažu nozīmīgu fiziķu pētījumiem, gaisma bija pazīstama kā daļiņa, nevis kā viļņi.
Viens no fiziķiem, uz kuru Einšteins paļāvās savas teorijas atvasināšanā, bija Makss Planks. Šim zinātniekam bija jāstrādā pie visiem gaismas aspektiem un tos definēja ar Maksvela vienādojumiem. Problēma, kuru viņš nevarēja atrisināt, bija iemesls, kāpēc gaisma, kas tika projicēta uz objektiem, nonāca nelielās enerģijas grupās.
Kad Einšteins ieviesa citu teoriju attiecībā uz to, ko viņš bija pieradis, tā bija jāpārbauda. Patiešām, izmantojot Komptona efektu, viņi zināja, ka hipotēze, ka gaismu veido fotoni, ir patiesa.
Tas ir vēlāk, kad 1926. gadā fiziķis Žilberts Luiss mainīt gaismas kvantu nosaukumu uz fotonu. Šis vārds nāk no grieķu valodas vārda gaismas, tāpēc tas ir ideāls, lai to aprakstītu.
Dinamika un darbība šodien
Fotonus var izstarot vairākos veidos. Piemēram, ja daļiņu paātrina ar elektrisko lādiņu, tā emisija ir atšķirīga, jo tai ir citi enerģijas līmeņi. Mēs varam noņemt fotonu, liekot tai pazust ar savu pretdaļiņu. Kopš šo iepriekšminēto zinātnieku atklāšanas fotonu izpratne ir ārkārtīgi mainījusies.
Pašlaik fizikas likumi telpā un laikā ir gandrīz simetriski, tāpēc visi pētījumi, kas tiek veikti ar šīm gaismas daļiņām, ir ļoti precīzi. Tāpēc, tā kā visas īpašības ir zināmas ļoti detalizēti, tās kalpo augstas izšķirtspējas mikroskopija, fotoķīmija un pat priekš attālumu starp molekulām mērīšana.
Kā redzat, dažādi pētījumi, kas tika veikti pirms vairāk nekā gadsimta, palīdz mums turpināt progresu zinātnes jomā arī šodien.