Je hebt vast wel eens van fotonen gehoord. Vaak wordt het gesproken op het gebied van scheikunde en andere keren in de natuurkunde, maar wat is echt een foton? Het is een lichtdeeltje dat zich in een vacuüm voortplant en beweegt. Het is het foton dat ervoor zorgt dat elektromagnetische straling van het ene punt naar het andere gaat op de verschillende manieren waarop we het kunnen zien.
Mis niet alle gerelateerde informatie over het foton. We leggen in detail de kenmerken, ontdekkingen en vorderingen uit die fotonen in de wetenschap hebben opgeleverd. U wilt meer weten?
Wat is een foton?
Dit is iets ingewikkelds om in een enkele zin goed uit te leggen, zoals we hierboven in de inleiding hebben gedaan. Het is een elementair en oerdeeltje, om zo te zeggen, in staat om door een vacuüm te bewegen en alle elektromagnetische straling te transporteren. Het woord foton komt van foto wat licht betekent. Dat wil zeggen, een foton is ook licht. We hebben het niet alleen over elektromagnetische straling als we het hebben over schadelijke ultraviolette stralen, gammastralen uit de ruimte of infrarood licht.
Er moet aan worden herinnerd dat binnen het elektromagnetische spectrum we hebben een gebied dat we kennen als zichtbaar licht. Dit gebied beweegt tussen 400 en 700 nm en is wat ons het volledige kleurengamma tussen rood en blauw laat zien.
Zoals we al eerder hebben gezegd, is het erg complex om het woord foton zomaar te definiëren. In feite wordt deze term meestal dagelijks gebruikt, hij wordt misbruikt. Wat we zeker zullen zeggen, is dat het zo is een deeltje waarvan de massa stabiel blijft. Dankzij deze stabiliteit kan hij met een constante snelheid in een vacuüm reizen. Hoewel het misschien onwerkelijk of recht uit de hoes lijkt, kunnen fotonen zowel op microscopisch als macroscopisch niveau worden geanalyseerd. Dat wil zeggen, als we een lichtstraal door een raam zien binnenkomen, weten we dat daar fotonen doorheen gaan.
Bovendien, terwijl het door een vacuüm reist dat elektromagnetische straling vervoert, doet het dit met behoud van al zijn golf- en corpusculaire eigenschappen. Namelijk, het kan functioneren alsof het een golf is. Als we bijvoorbeeld een breking op een brillenglas uitvoeren, wordt de doorgang van fotonen gelijkgesteld met die van een golf. Wanneer het foton uiteindelijk de materie bereikt nadat het door een vacuüm is gereisd, zal het nog een deeltje blijven dat al zijn deeltjes behoudt macht ongewijzigd.
Eigenschappen en ontdekking
Als we het experiment met een lens uitvoeren, kunnen we tijdens het hele vuurvaste proces maar één foton reflecteren. Terwijl u het experiment uitvoert, kunt u zien hoe het foton kan als een golf werken en met zichzelf interfereren. Hoewel het zich gedraagt als een golf, verliest het niet de eigenschappen die het tot een deeltje maken. Dat wil zeggen, het heeft een specifieke positie en een hoeveelheid beweging die kan worden gekwantificeerd.
We kunnen de eigenschappen die het heeft als golf en als deeltje tegelijkertijd meten, aangezien ze deel uitmaken van hetzelfde fenomeen. Deze fotonen kunnen niet in de ruimte worden gelokaliseerd.
Ze denken zeker dat wie weet wat ik zeg, want alles lijkt erg ingewikkeld. Laten we beter weten hoe het foton werd ontdekt om een paar dingen te verduidelijken. Zoals we weten, was Albert Einstein een groot natuurkundige (zo niet de beste aller tijden) en wijdde hij een deel van zijn studies aan fotonen. Hij was het die deze deeltjes noemde die hij kwantum van licht noemde.
Dit gebeurde aan het begin van de XNUMXe eeuw. Einstein probeerde de experimentele waarnemingen uit te leggen die niet pasten bij het onderzoek naar het licht. En men dacht dat licht werkte als een elektromagnetische golf en niet als een stroom deeltjes die fotonen worden genoemd (hoewel deze zich op hun beurt kunnen gedragen als golven).
Op dat moment zou Einstein de term kwantum van licht kunnen herdefiniëren en accepteren dat de energie die licht bezit volledig afhankelijk is van de frequentie ervan. Daarnaast de materie waarop het licht wordt afgezet en de elektromagnetische straling die door de fotonen wordt gedragen zijn in thermisch evenwicht (Vandaar dat licht oppervlakken en objecten kan verwarmen).
Natuurkundigen die hebben bijgedragen aan de ontdekking van het foton
Omdat dit niet gemakkelijk te analyseren en te onderzoeken is (en minder met de technologie die bestond in de twintigste eeuw en eerder), was het dankzij het onderzoek van enkele belangrijke natuurkundigen dat licht bekend stond als een deeltje en niet als golven.
Een van de natuurkundigen op wie Einstein vertrouwde om zijn theorie af te leiden, was Max Planck. Deze wetenschapper moest aan alle aspecten van licht werken definieerde ze door de vergelijkingen van Maxwell. Het probleem dat hij niet kon oplossen was waarom het licht dat op objecten werd geprojecteerd in kleine groepen energie arriveerde.
Toen Einstein een andere theorie introduceerde met betrekking tot wat hij gewend was, moest deze worden getest. Ze wisten inderdaad door het Compton-effect dat de hypothese dat licht uit fotonen bestond, waar was.
Het is later wanneer, in 1926 natuurkundige Gilbert Lewis verander de benaming van lichtquanta per foton. Dit woord komt van het Griekse woord voor licht, dus het is perfect om het te beschrijven.
Dynamiek en bediening vandaag
Fotonen kunnen op verschillende manieren worden uitgezonden. Als een deeltje bijvoorbeeld wordt versneld met een elektrische lading, is de emissie ervan anders, omdat het andere energieniveaus heeft. We kunnen het foton verwijderen, waardoor het verdwijnt met zijn antideeltje. Sinds de ontdekking van deze bovengenoemde wetenschappers is het begrip van fotonen enorm veranderd.
Op dit moment zijn de wetten van de fysica quasi-symmetrisch in ruimte en tijd, dus alle onderzoeken die op deze lichtdeeltjes worden uitgevoerd, zijn zeer nauwkeurig. Omdat alle eigenschappen tot in detail bekend zijn, dienen ze daarom voor de hoge resolutie microscopie, fotochemie en zelfs voor het meten van de afstanden tussen moleculen.
Zoals u kunt zien, helpen verschillende onderzoeken die meer dan een eeuw geleden zijn uitgevoerd ons om vandaag de dag vooruitgang te boeken met de wetenschap.