Z pewnością kiedykolwiek słyszałeś o fotonach. Wiele razy mówi się o tym w dziedzinie chemii, a innym razem w fizyce, ale tak naprawdę jest foton? Jest to cząsteczka światła, która rozchodzi się w próżni i porusza się. To foton powoduje, że promieniowanie elektromagnetyczne przemieszcza się z jednego punktu do drugiego na różne sposoby, na jakie możemy je zobaczyć.
Nie przegap wszystkich powiązanych informacji o fotonie. Szczegółowo wyjaśniamy cechy, odkrycia i postępy, jakie fotony dały w nauce. Chcesz wiedzieć więcej?
Co to jest foton?
Jest to coś skomplikowanego, aby dobrze wyjaśnić to w jednym zdaniu, tak jak to zrobiliśmy powyżej we wstępie. Jest to elementarna i pierwotna cząstka, że tak powiem, zdolne do poruszania się w próżni, transportując całe promieniowanie elektromagnetyczne. Słowo foton pochodzi od zdjęcia, co oznacza światło. Oznacza to, że foton jest również światłem. Nie mówimy tylko o promieniowaniu elektromagnetycznym, gdy mówimy o szkodliwych promieniach ultrafioletowych, promieniach gamma z kosmosu lub świetle podczerwonym.
Należy pamiętać, że w zakresie widma elektromagnetycznego mamy obszar, który znamy jako światło widzialne. Obszar ten porusza się między 400 a 700 nm i jest tym, co sprawia, że widzimy pełną gamę kolorów od czerwonego do niebieskiego.
Jak powiedzieliśmy wcześniej, zdefiniowanie słowa foton w ten sposób jest bardzo złożone. W rzeczywistości przez większość czasu termin ten jest używany na co dzień, jest nadużywany. Powiemy na pewno, że tak cząstka, której masa pozostaje stabilna. Dzięki tej stabilności jest w stanie poruszać się w próżni ze stałą prędkością. Chociaż może wydawać się to nierealne lub prosto z rękawa, fotony można analizować zarówno na poziomie mikroskopowym, jak i makroskopowym. Oznacza to, że kiedy widzimy promień światła wpadający przez okno, wiemy, że przechodzą przez nie fotony.
Co więcej, podróżując w próżni przenoszącej promieniowanie elektromagnetyczne, zachowuje wszystkie swoje właściwości falowe i korpuskularne. Mianowicie, jest w stanie funkcjonować jak fala. Na przykład, jeśli dokonamy załamania na soczewce okularowej, przejście fotonów jest asymilowane z falą. Kiedy foton w końcu dotrze do materii po przejściu przez próżnię, pozostanie jeszcze jedną cząstką, która zachowuje wszystko moc niezmieniony.
Właściwości i odkrycie
Jeśli przeprowadzamy eksperyment z soczewką, podczas całego procesu ogniotrwałego możemy odbijać tylko jeden foton. Podczas prowadzenia eksperymentu możesz zobaczyć, jak to zrobić foton może działać jak fala i interferować ze sobą. Jednak, chociaż zachowuje się jak fala, nie traci cech, które czynią z niej cząstkę. Oznacza to, że ma określoną pozycję i wielkość ruchu, którą można określić ilościowo.
Możemy zmierzyć właściwości, jakie ma ona jako fala i jako cząstka w tym samym czasie, ponieważ są one częścią tego samego zjawiska. Te fotony nie mogą znajdować się w przestrzeni.
Z pewnością myślą, że kto wie, co mówię, bo wszystko wydaje się bardzo skomplikowane. Dowiedzmy się lepiej, w jaki sposób odkryto foton, aby wyjaśnić kilka rzeczy. Jak wiemy, Albert Einstein był wielkim fizykiem (jeśli nie najlepszym wszechczasów) i część swoich badań poświęcił fotonom. To on nadał tym cząstkom nazwę, którą nazwał kwantem światła.
Stało się to na początku XX wieku. Einstein próbował wyjaśnić obserwacje eksperymentalne, które nie pasowały do badań światła. Uważano, że światło działa jak fala elektromagnetyczna, a nie jak przepływ cząstek zwanych fotonami (chociaż te z kolei mogą zachowywać się jak fale).
To właśnie wtedy Einstein mógłby na nowo zdefiniować pojęcie kwant światła i przyjąć, że energia, jaką posiada światło, jest całkowicie zależna od jego częstotliwości. Ponadto materia, na której osadza się światło i promieniowanie elektromagnetyczne przenoszone przez fotony są w równowadze termicznej (W związku z tym światło może ogrzewać powierzchnie i przedmioty).
Fizycy, którzy pomagali w odkryciu fotonu
Ponieważ nie jest to coś łatwego do przeanalizowania i zbadania (a mniej w przypadku technologii, która istniała w XX wieku i wcześniej), to dzięki badaniom niektórych ważnych fizyków światło było znane jako cząstka, a nie fale.
Jednym z fizyków, na których Einstein opierał swoją teorię, był Max Planck. Ten naukowiec musiał pracować nad wszystkimi aspektami światła i zdefiniowali je za pomocą równań Maxwella. Problem, którego nie mógł rozwiązać, polegał na tym, że światło rzucane na przedmioty docierało w małych grupach energii.
Kiedy Einstein przedstawił inną teorię w odniesieniu do tego, do czego był przyzwyczajony, należało ją przetestować. Rzeczywiście, dzięki efektowi Comptona wiedzieli, że hipoteza, że światło składa się z fotonów, jest prawdziwa.
Dopiero później, w 1926 roku fizyk Gilbert Lewis zmienić nominał kwantów światła na foton. To słowo pochodzi od greckiego słowa oznaczającego światło, więc doskonale je opisuje.
Dynamika i działanie dzisiaj
Fotony mogą być emitowane na wiele sposobów. Na przykład, jeśli cząstka jest przyspieszana ładunkiem elektrycznym, jej emisja jest inna, ponieważ ma inne poziomy energii. Możemy usunąć foton, sprawiając, że zniknie wraz ze swoją antycząstką. Od czasu odkrycia wspomnianych wyżej naukowców, rozumienie fotonów zmieniło się ogromnie.
Obecnie prawa fizyki są quasi-symetryczne w czasie i przestrzeni, więc wszystkie badania, które są przeprowadzane na tych lekkich cząstkach, są bardzo dokładne. Dlatego, ponieważ wszystkie właściwości są bardzo szczegółowo znane, służą one do mikroskopia wysokiej rozdzielczości, fotochemia a nawet dla pomiar odległości między cząsteczkami.
Jak widać, różne badania, które przeprowadzono ponad sto lat temu, pomagają nam dziś kontynuować postęp w nauce.