Фотон

Свойства

Фотоны - это фундаментальные частицы. Хотя они могут быть созданы и уничтожены, время их жизни бесконечно.

В вакууме все фотоны движутся со скоростью света, c, которая равна 299 792 458 метров (примерно 300 000 километров) в секунду.

Фотон имеет заданную частоту, которая определяет его цвет. Радиотехника широко использует частоту. За пределами видимого диапазона частота обсуждается меньше, например, она мало используется для различения рентгеновских фотонов и инфракрасных. Частота эквивалентна квантовой энергии фотона, что связано с уравнением постоянной Планка,

E = h f {\displaystyle E=hf} ,

где E {\displaystyle E} - энергия фотона, h {\displaystyle h} - постоянная Планка, а f {\displaystyle f} - частота света, связанного с фотоном. Эта частота, f {\displaystyle f}, обычно измеряется в циклах в секунду, или, эквивалентно, в Гц. Квантовая энергия различных фотонов часто используется в камерах и других устройствах, использующих видимое и выше видимого излучение. Это происходит потому, что эти фотоны достаточно энергичны, чтобы ионизировать атомы.

Другим свойством фотона является его длина волны. Частота f {\displaystyle f}, длина волны и скорость света c {\displaystyle c} связаны уравнением,

c = f λ {\displaystyle c=f\lambda } ,

где λ {\displaystyle \lambda } (лямбда) - это длина волны, или длина волны (обычно измеряется в метрах).

Еще одно важное свойство фотона - его полярность. Если вы видите гигантский фотон, летящий прямо на вас, он может выглядеть как полоса, хлещущая вертикально, горизонтально или где-то посередине. Поляризованные солнцезащитные очки останавливают прохождение фотонов, колеблющихся вверх и вниз. Именно так они уменьшают блики, поскольку свет, отражаясь от поверхностей, обычно летит в ту сторону. Жидкокристаллические дисплеи также используют полярность, чтобы контролировать прохождение света. Некоторые животные могут видеть поляризацию света.

Наконец, фотон обладает свойством, называемым спином. Спин связан с круговой поляризацией света.

Взаимодействие фотонов с веществом

Свет часто создается или поглощается, когда электрон набирает или теряет энергию. Эта энергия может быть в виде тепла, кинетической энергии или в другой форме. Например, лампа накаливания использует тепло. Увеличение энергии может поднять электрон на один уровень в оболочке, называемой "валентной". Это делает его нестабильным, и, как и все остальное, он стремится находиться в состоянии с наименьшей энергией. (Если нахождение в состоянии с наименьшей энергией кажется вам непонятным, возьмите карандаш и уроните его. Упав на землю, карандаш окажется в состоянии с более низкой энергией). Когда электрон падает обратно в низшее энергетическое состояние, ему необходимо высвободить энергию, которая попала в него, и он должен подчиниться принципу сохранения энергии (энергия не может быть ни создана, ни уничтожена). Электроны высвобождают эту энергию в виде фотонов, и при высокой интенсивности этот фотон можно увидеть как видимый свет.

Фотоны и электромагнитная сила

В физике частиц фотоны отвечают за электромагнитную силу. Электромагнетизм - это идея, объединяющая электричество и магнетизм. Одним из распространенных способов, с помощью которого мы ощущаем электромагнетизм в нашей повседневной жизни, является свет, который вызывается электромагнетизмом. Электромагнетизм также отвечает за заряд, по этой причине вы не можете протолкнуть руку через стол. Поскольку фотоны являются частицами, несущими силу электромагнетизма, они также являются калибровочными бозонами. Считается, что некоторые виды материи, называемые темной материей, не подвержены влиянию электромагнетизма. Это означает, что темная материя не имеет заряда и не излучает свет.

Похожие страницы

• Физика частиц