ΕΝΑ φωτόνιο είναι ένα σωματίδιο φωτός που ορίζεται ως μια διακριτή δέσμη (ή ποσοστό) ηλεκτρομαγνητικής (ή ελαφριάς) ενέργειας. Τα φωτόνια είναι πάντα σε κίνηση και, σε ένα κενό (εντελώς κενό διάστημα), έχουν μια σταθερή ταχύτητα φωτός σε όλους τους παρατηρητές. Τα φώτα ταξιδεύουν στο κενό ταχύτητα του φωτός (πιο συχνά ονομάζεται ταχύτητα φωτός) ντο = 2.998 χ 108 Κυρία.
Βασικές ιδιότητες των φωτονίων
Σύμφωνα με τη φωτονική θεωρία του φωτός, τα φωτόνια:
- συμπεριφέρονται ταυτόχρονα σαν σωματίδια και κύματα
- κινούνται σταθερά ταχύτητα, ντο = 2.9979 χ 108 m / s (δηλ. "ταχύτητα φωτός"), σε κενό χώρο
- έχουν μηδενική μάζα και ενέργεια ανάπαυσης
- να φέρουν ενέργεια και ορμή, τα οποία επίσης σχετίζονται με τη συχνότητα (nu) και το μήκος κύματος (lamdba) του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, όπως εκφράζεται από την εξίσωση μι = h nu και Π = h / λάμδα.
- μπορεί να καταστραφεί / δημιουργηθεί όταν η ακτινοβολία απορροφάται / εκπέμπεται.
- μπορούν να έχουν αλληλεπιδράσεις τύπου σωματιδίων (δηλαδή συγκρούσεις) με ηλεκτρόνια και άλλα σωματίδια, όπως στο Εφέ Compton στην οποία τα σωματίδια φωτός συγκρούονται με τα άτομα, προκαλώντας την απελευθέρωση των ηλεκτρονίων.
Ιστορία των Φωτονίων
Ο όρος φωτόνιο δημιουργήθηκε από Gilbert Lewis το 1926, αν και η έννοια του φωτός με τη μορφή διακριτών σωματιδίων ήταν εδώ και αιώνες και είχε διαμορφωθεί στην κατασκευή του Νεύτωνα της επιστήμης της οπτικής.
Στη δεκαετία του 1800, ωστόσο, το κυματικές ιδιότητες του φωτός (με τον οποίο εννοείται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία γενικά) έγινε φανερά προφανής και οι επιστήμονες ουσιαστικά έριξαν τη θεωρία των σωματιδίων του φωτός έξω από το παράθυρο. Δεν ήταν μέχρι τώρα Albert Einstein εξήγησε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και συνειδητοποίησαν ότι η φωτεινή ενέργεια έπρεπε να κβαντιστεί ότι η θεωρία των σωματιδίων επέστρεψε.
Duality Wave-Particle σε συντομία
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το φως έχει ιδιότητες τόσο του κύματος όσο και του σωματιδίου. Αυτή ήταν μια εκπληκτική ανακάλυψη και είναι σίγουρα έξω από τη σφαίρα του πώς αντιλαμβανόμαστε τα πράγματα. Οι μπάλες του μπιλιάρδου δρουν ως σωματίδια, ενώ οι ωκεανοί δρουν ως κύματα. Τα φωτοκύτταρα λειτουργούν ταυτόχρονα ως κύμα και σωματίδια όλη την ώρα (αν και είναι κοινά, αλλά βασικά λανθασμένα, να πούμε ότι είναι "μερικές φορές ένα κύμα και μερικές φορές ένα σωματίδιο" ανάλογα με το ποια χαρακτηριστικά είναι πιο προφανή σε δεδομένο χρόνος).
Μόνο ένα από τα αποτελέσματα αυτού η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων (ή τη δυαδικότητα των σωματιδιακών κυμάτων) είναι ότι τα φωτόνια, αν και αντιμετωπίζονται ως σωματίδια, μπορούν να υπολογιστούν ώστε να έχουν συχνότητα, μήκος κύματος, πλάτος και άλλες ιδιότητες που είναι εγγενείς στη μηχανική κύμα.
Διασκέδαση
Το φωτόνιο είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο, παρά το γεγονός ότι δεν έχει μάζα. Δεν μπορεί να αποσυντεθεί μόνη της, αν και η ενέργεια του φωτονίου μπορεί να μεταφερθεί (ή να δημιουργηθεί) κατά την αλληλεπίδραση με άλλα σωματίδια. Τα φωτόνια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα και είναι ένα από τα σπάνια σωματίδια που είναι πανομοιότυπα με το αντι-σωματίδιο τους, το αντιοπτόν.
Τα φωτόνια είναι σωματίδια spin-1 (που τους κάνουν bosons), με έναν άξονα περιστροφής που είναι παράλληλος προς την κατεύθυνση του ταξιδιού (είτε προς τα εμπρός είτε προς τα πίσω, ανάλογα με το αν είναι "αριστερό" ή "δεξί" φωτόνιο). Αυτό το χαρακτηριστικό είναι αυτό που επιτρέπει την πόλωση του φωτός.