Zagotovo ste že slišali za fotone. Pogosto se govori na področju kemije in drugič na področju fizike, toda kaj je v resnici foton? Je delček svetlobe, ki se širi v vakuumu in premika. Foton je tisti, ki povzroča, da se elektromagnetno sevanje premika od ene točke do druge na različne načine, na katere ga lahko vidimo.
Ne zamudite vseh povezanih informacij o fotonu. Podrobno razložimo značilnosti, odkritja in napredek, ki so ga fotoni dali v znanosti. Bi radi vedeli več?
Kaj je foton?
To je nekaj zapletenega, kar je dobro razložiti v enem stavku, kot smo storili zgoraj v uvodu. To je tako rekoč elementarni in prvinski delec, lahko potuje skozi vakuum in prenaša vse elektromagnetno sevanje. Beseda foton izvira iz fotografije, kar pomeni svetloba. To pomeni, da je foton tudi svetloba. Ne govorimo samo o elektromagnetnem sevanju, kadar gre za škodljive ultravijolične žarke, gama žarke iz vesolja ali infrardečo svetlobo.
Ne smemo pozabiti, da znotraj elektromagnetnega spektra imamo območje, ki ga poznamo kot vidno svetlobo. To območje se giblje med 400 in 700 nm in je tisto, zaradi česar vidimo celotno paleto barv med rdečo in modro.
Kot smo že povedali, je besedo foton zelo zapleteno opredeliti kar tako. Dejansko se ta izraz večino časa uporablja vsak dan in je zlorabljen. Zagotovo bomo rekli, da je delec, katerega masa ostane stabilna. Zahvaljujoč tej stabilnosti je sposoben potovati v vakuumu s konstantno hitrostjo. Čeprav se zdi, da je iz vašega rokava neresnično ali naravnost, lahko fotone analiziramo tako na mikroskopski kot na makroskopski ravni. Se pravi, ko vidimo žarek svetlobe, ki vstopa skozi okno, vemo, da tam prehajajo fotoni.
Poleg tega, ko potuje skozi vakuum, ki prenaša elektromagnetno sevanje, to počne, hkrati pa ohranja vse svoje valovne in telesne lastnosti. In sicer lahko deluje, kot da bi bil val. Na primer, če izvedemo lom na očalni leči, se prehod fotonov izenači s prehodom vala. Ko bo foton po potovanju skozi vakuum končno dosegel snov, bo ostal še en delec, ki ohrani vse svoje moč nespremenjeno.
Lastnosti in odkritje
Če izvedemo poskus z lečo, lahko med celotnim ognjevzdržnim postopkom odbijemo le en foton. Med izvajanjem poskusa lahko vidite, kako foton je sposoben delovati kot val in posegati vase. Kljub temu, da se obnaša kot val, ne izgubi lastnosti, zaradi katerih je delček. To pomeni, da ima določen položaj in količino gibanja, ki jo je mogoče količinsko opredeliti.
Izmerimo lahko lastnosti, ki jih ima hkrati kot val in kot delce, saj so del istega pojava. Teh fotonov ni mogoče najti v vesolju.
Zagotovo mislijo, da kdo ve, kaj rečem, ker se zdi vse zelo zapleteno. Naučimo se več o tem, kako je bil foton odkrit, da razjasnimo nekaj stvari. Kot vemo, je bil Albert Einstein odličen fizik (če že ne najboljši vseh časov) in je del svojih študij posvetil fotonom. Prav on je poimenoval te delce, ki jih je imenoval kvant svetlobe.
To se je zgodilo na začetku XNUMX. stoletja. Einstein je poskušal razložiti eksperimentalna opazovanja, ki niso ustrezala preiskavam svetlobe. In mislilo se je, da svetloba deluje kot elektromagnetno valovanje in ne kot tok delcev, imenovanih fotoni (čeprav se ti lahko obnašajo kot valovi).
Takrat je Einstein lahko na novo opredelil izraz kvant svetlobe in sprejel, da je energija, ki jo ima svetloba, popolnoma odvisna od njene frekvence. Poleg tega tudi snov, na kateri se nalaga svetloba, in elektromagnetno sevanje, ki ga prenašajo fotoni so v toplotnem ravnovesju (Zato lahko svetloba ogreva površine in predmete).
Fiziki, ki so pomagali pri odkritju fotona
Ker tega ni nekaj enostavno analizirati in raziskati (in manj s tehnologijo, ki je obstajala v dvajsetem stoletju in prej), je bila po zaslugi raziskav nekaterih pomembnih fizikov svetloba znana kot delci in ne kot valovi.
Eden od fizikov, na katerega se je Einstein opiral pri izpeljavi svoje teorije, je bil Max Planck. Ta znanstvenik je moral delati na vseh vidikih svetlobe in jih definirali z Maxwellovimi enačbami. Problem, ki ga ni mogel rešiti, je bil, zakaj je svetloba, ki je bila projicirana na predmete, prišla v majhnih skupinah energije.
Ko je Einstein predstavil drugačno teorijo glede tega, česar je bil vajen, jo je bilo treba preveriti. V resnici so po Comptonovem učinku vedeli, da je hipoteza, da je svetloba sestavljena iz fotonov, resnična.
Pozneje, ko je leta 1926 fizik Gilbert Lewis spremenite poimenovanje kvantov svetlobe na foton. Ta beseda izhaja iz grške besede za svetlobo, zato jo je kot nalašč opisati.
Dinamika in delovanje danes
Fotoni se lahko oddajajo na več načinov. Če je na primer delček pospešen z električnim nabojem, je njegovo oddajanje drugačno, saj ima druge ravni energije. Lahko odstranimo foton, zaradi česar s svojim delcem izgine. Od odkritja teh zgoraj omenjenih znanstvenikov se je znanje o fotonih močno spremenilo.
Trenutno so zakoni fizike kvazisimetrični v prostoru in času, zato so vse študije, ki se izvajajo na teh svetlobnih delcih, zelo natančne. Ker so vse lastnosti zelo podrobno znane, služijo za mikroskopija visoke ločljivosti, fotokemija in celo za merjenje razdalj med molekulami.
Kot lahko vidite, nam različne študije, ki so bile izvedene pred več kot stoletjem, pomagajo še naprej napredovati z znanostjo danes.