Что такое фотон в физике

Фотон — это частица света, определенная как дискретный пучок (или квант) электромагнитной (или световой) энергии. Фотоны всегда находятся в движении, даже в вакууме (абсолютно пустом пространстве), имеют постоянную скорость света для всех наблюдателей и равен 2,998 х 108 м/с.

Основные свойства фотонов

Согласно фотонной теории света, фотоны:

  • ведут себя как частица и волна одновременно
  • движутся с постоянной скоростью, с = 2,9979 х 108 м / с (т. е. «скорость света»)
  • имеют нулевую массу и энергию покоя
  • переносят энергию и импульс, которые также связаны с частотой и длиной волны, выраженной уравнением E = h nu и p = h / lambda.
  • могут иметь частичные взаимодействия (т. е. столкновения) с электронами и другими частицами, например, в эффекте Комптона, в котором частицы света сталкиваются с атомами, вызывая высвобождение электронов.

История фотонов

Термин «фотон» был придуман Гилбертом Льюисом в 1926 году, хотя понятие света в форме дискретных частиц существовало на протяжении веков и было формализовано в ньютоновской конструкции науки оптики.

Однако в 1800-х годах волновые свойства света (под которыми понимается электромагнитное излучение в целом) стали очевидными, и ученые по существу выбросили теорию частиц света из окна. Только когда Альберт Эйнштейн объяснил фотоэлектрический эффект, теория частиц вернулась.

Корпускулярно-волновая двойственность

Как уже упоминалось выше, свет обладает свойствами как волны, так и частицы. Это было поразительное открытие и безусловно, находится за пределами того, как мы обычно воспринимаем вещи. Бильярдные шары действуют как частицы, а океаны — как волны.

Одним из следствий этой корпускулярно-волновой двойственности (или корпускулярно-волновой двойственности) является то, что фотоны, хотя и рассматриваются как частицы, могут иметь частоту, длину волны, амплитуду и другие свойства, присущие волновой механике.

Интересные факты

  • Фотон является элементарной частицей, несмотря на то, что он не имеет массы.
  • Он не может распадаться сам по себе, хотя энергия фотона может передаваться (или создаваться) при взаимодействии с другими частицами.
  • Фотоны электрически нейтральны и являются одной из редких частиц.
  • Фотоны-это частицы со спином 1 (что делает их бозонами), со спиновой осью, параллельной направлению движения (вперед или назад, в зависимости от того, является ли это «левым» или «правым» фотоном). Эта особенность позволяет поляризацию света.