Was ist ein Photon in der Physik?

EIN Photon ist ein Lichtteilchen, definiert als ein diskretes Bündel (oder Quantum) von elektromagnetischer (oder Licht-) Energie. Photonen sind immer in Bewegung und haben im Vakuum (einem völlig leeren Raum) eine konstante Lichtgeschwindigkeit für alle Betrachter. Photonen bewegen sich mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit (üblicherweise nur Lichtgeschwindigkeit genannt) von c = 2,998 · 10⁸ Frau.

Grundlegende Eigenschaften von Photonen

Nach der Photonentheorie des Lichts haben Photonen:

• benimm dich wie ein Teilchen und eine Welle gleichzeitig
• Bewegen Sie sich mit einer konstanten Geschwindigkeit, c = 2,9979 · 10⁸ m / s (d. h. "Lichtgeschwindigkeit") im leeren Raum
• haben keine Masse und Ruheenergie
• tragen Energie und Impuls, die auch auf die Frequenz bezogen sind (nu) und Wellenlänge (lamdba) der elektromagnetischen Welle, wie durch die Gleichung ausgedrückt E = h nu und p = h / Lambda.
• kann zerstört / erzeugt werden, wenn Strahlung absorbiert / emittiert wird.
• können partikelähnliche Wechselwirkungen (d. h. Kollisionen) mit Elektronen und anderen Partikeln aufweisen, wie beispielsweise beim Compton-Effekt, bei dem Lichtpartikel mit Atomen kollidieren und die Freisetzung von Elektronen verursachen.

Geschichte der Photonen

Der Begriff Photon wurde 1926 von Gilbert Lewis geprägt, obwohl es das Konzept des Lichts in Form diskreter Teilchen seit Jahrhunderten gibt und es in Newtons Konstruktion der Wissenschaft der Optik formalisiert wurde.

In den 1800er Jahren jedoch wurden die Welleneigenschaften von Licht (mit elektromagnetischer Strahlung im Allgemeinen gemeint) augenfällig, und Wissenschaftler hatten die Partikeltheorie des Lichts im Wesentlichen aus dem Fenster geworfen. Erst als Albert Einstein den photoelektrischen Effekt erklärte und erkannte, dass Lichtenergie quantisiert werden musste, kehrte die Partikeltheorie zurück.

Wellen-Teilchen-Dualität in Kürze

Wie oben erwähnt, hat Licht Eigenschaften sowohl einer Welle als auch eines Teilchens. Dies war eine erstaunliche Entdeckung und liegt sicherlich außerhalb des Bereichs, in dem wir normalerweise Dinge wahrnehmen. Billardkugeln wirken als Partikel, Ozeane als Wellen. Photonen agieren die ganze Zeit sowohl als Welle als auch als Partikel (obwohl es allgemein, aber im Grunde genommen falsch ist, um zu sagen, dass es "manchmal eine Welle und manchmal ein Partikel" ist, abhängig davon, welche Merkmale zu einem bestimmten Zeitpunkt offensichtlicher sind)..

Nur eine der Auswirkungen davon Welle-Teilchen-Dualität (oder Teilchenwellen-Dualität) ist, dass Photonen, obwohl sie als Teilchen behandelt werden, so berechnet werden können, dass sie Frequenz, Wellenlänge, Amplitude und andere der Wellenmechanik inhärente Eigenschaften aufweisen.

Fun Photon Fakten

Das Photon ist ein Elementarteilchen, obwohl es keine Masse hat. Es kann nicht von selbst zerfallen, obwohl die Energie des Photons durch Wechselwirkung mit anderen Teilchen übertragen (oder erzeugt) werden kann. Photonen sind elektrisch neutral und gehören zu den seltenen Teilchen, die mit ihrem Antiteilchen, dem Antiphoton, identisch sind.

Photonen sind Spin-1-Teilchen (also Bosonen) mit einer Spinachse parallel zur Bewegungsrichtung (entweder vorwärts oder rückwärts, je nachdem, ob es sich um ein "linkes" oder ein "rechtes" Photon handelt). Diese Funktion ermöglicht die Polarisation des Lichts.