Фотон как элементарная частица, или минимальная порция света

    0
    209

     

    Фотон – элементарная частица, неделимая порция (квант) энергии, излучаемая электромагнитным полем, а также посредник, осуществляющий электромагнитное взаимодействие. В узком смысле применяется для описания структуры солнечного света и света вообще. В состоянии покоя эта частица не имеет массы и электрического заряда. В вакууме может существовать только двигаясь со скоростью света. Характеризуется только двумя состояниями, оба из которых связанны с вращением по спирали и называются спиновыми.

    Немного истории

    Изначально А. Эйнштейн назвал эту частицу «световым квантом». Современное же название, на греческом означающее «свет», ввёл Г. Н. Льюис в 1926 году. Опубликованная им теория, где он называет фотон «несоздаваемым и неуничтожимым», не подтвердилась, но название порции электромагнитного поля закрепилось среди физиков.

    Современное понимание фотона построено на работах всё того же Эйнштейна. Результаты проводимых им экспериментов по наблюдению фотоэлектрических эффектов, не соответствовали существующей на тот момент теории волновой природы света. Это привело к необходимости как-то объяснить тот факт, что поглощение и излучение энергии объектами происходит порциями, то есть квантами.

    Природа света

    В современной теории свет рассматривается как электромагнитная волна определённой длины, обладающая некоторой энергией. Когда порция освещения попадает на видимый объект, он поглощает фотон. Энергия при этом переходит в новое состояние. Далее она либо излучается обратно (такой эффект называется люминесценцией), но уже с другими параметрами, либо рассеивается внутри объекта. Увеличивая колебательные движения кристаллической решётки для твёрдых тел, или ускорением молекул в жидкостях и газах. А это не что иное, как повышение температуры освещаемого тела, то есть его нагрев. Хотя это лишь один из самых распространённых способов преобразования такой энергии. Всё зависит от вещества, из которого состоит объект.

    На более низком (атомном) уровне всё происходит примерно следующим образом. Электроны, вращающиеся по орбитам вокруг ядра атома, при взаимодействии с фотоном перескакивают на более высокие уровни, что приводит к повышению энергии атома. Но в таком состоянии атом не может находиться продолжительное время и вскоре возвращается в исходное положение, при этом происходит излучение фотона. Энергетическая разница между орбитальными уровнями электронов и есть энергия фотона.