Фотон – елементарна частинка, неподільна порція (квант) енергії, яку випромінює електромагнітне поле, а також посередник, що здійснює електромагнітну взаємодію. У вузькому сенсі застосовується для опису структури сонячного світла і світла взагалі. У стані спокою ця частка не має маси і електричного заряду. У вакуумі може існувати, тільки рухаючись зі швидкістю світла. Характеризується тільки двома станами, обидва з яких пов’язані з обертанням по спіралі і називаються спінові.
Трохи історії
Спочатку А. Ейнштейн назвав цю частку «світловим квантом». Сучасна назва, що на грецькому означає «світло», була введена Г. Н. Льюїс в 1926 році. Опублікована ним теорія, де він називає фотон «нестворенним і незнищуваним», не підтвердилася, але назва порції електромагнітного поля закріпилася серед фізиків.
Сучасне розуміння фотона побудовано на роботах все того ж Ейнштейна. Результати проведених ним експериментів зі спостереження фотоелектричних ефектів не відповідали існуючій на той момент теорії хвильової природі світла. Це призвело до необхідності якось пояснити той факт, що поглинання і випромінювання енергії об’єктами відбувається порціями, тобто квантами.
Природа світла
У сучасній теорії світло розглядається як електромагнітна хвиля певної довжини, що володіє деякою енергією. Коли порція освітлення потрапляє на видимий об’єкт, він поглинає фотон. Енергія при цьому переходить в новий стан. Далі вона або випромінюється назад (такий ефект називається люмінесценцією), але вже з іншими параметрами, або розсіюється всередині об’єкта. Збільшуючи коливальні рухи кристалічної решітки для твердих тіл, або прискоренням молекул в рідинах і газах. А це не що інше, як підвищення температури освітлюємого тіла, тобто його нагрівання. Хоча це лише один з найпоширеніших способів перетворення такої енергії. Все залежить від речовини, з якої складається об’єкт.
На нижчому (атомному) рівні все відбувається приблизно так. Електрони, що обертаються по орбітах навколо ядра атома, при взаємодії з фотоном перескакують на більш високі рівні, що призводить до підвищення енергії атома. Але в такому стані атом не може перебувати тривалий час і незабаром повертається у початкове положення, при цьому відбувається випромінювання фотона. Енергетична різниця між орбітальними рівнями електронів і є енергія фотона.
