تعد الفوتونات من أهم الجسيمات التي اكتشفها العلماء في قسم الفيزياء.
في هذه المقالة سوف نتعرف على جميع المعلومات حول الفوتونات، وكيف تم اكتشافها، والعلماء الذين اكتشفوها، وتاريخ اكتشافها، وخصائصها الفيزيائية، واسمها.
معلومات عن الفوتون في الفيزياء ومعناه
- الفوتون هو جسيم أولي للطاقة الكهرومغناطيسية يحمل القوة الكهرومغناطيسية.
- كما أنه يسهل على الباحثين ملاحظة استقرار الفوتون على المستويين المجهري والعياني.
- هذا لأن الفوتون ليس له كتلة ثابتة تسمح له بالتفاعل عبر مسافات طويلة، تمامًا مثل أي جسيم أولي.
- يمتلك الفوتون أيضًا خاصية تجمع بين الموجة والجسيم تسمى الازدواجية.
- أيضًا، يمكن للجسيم أن ينكسر ويتدخل تحت العدسات.
- بالإضافة إلى إعطاء نتيجة محددة عند تحديد موقعها.
اقرأ أيضًا: دراسة قانون الإخلاء
علم الفوتون في الفيزياء
- اتفق كل من ابن الهيثم وإسحاق نيوتن على أن الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات الصغيرة جدًا، يفتقر إلى جميع المؤهلات الحسية باستثناء الطاقة.
- في القرن التاسع عشر، تمكن كل من توماس يونغ وفرينل أوغست من تفسير ظاهرة انكسار الضوء وتداخله.
- هذا هو المكان الذي نشأت فيه فكرة الموجة، وفي العام تنبأ جيمس كلارك بأن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية.
- تم اكتشاف الفوتون في عام 1990 عندما وصف ماكس بلانك الضوء بأنه تيارات من الجسيمات تسمى الكمان.
- ولا يمكن تقسيم كل من طاقة الحزمة والحزمة.
- كما قال أنطون لينارد في عام 1902 أن كمية الطاقة المنبعثة من الإلكترون تعتمد فقط على لون الضوء.
- استنتج العالم ألبرت أينشتاين أيضًا في عام 1905 أن طاقة الفوتون تعتمد على طول موجته، لأن فوتون من الضوء البنفسجي له طاقة أعلى من فوتون الضوء الأحمر.
- هذا لأن الطول الموجي للبنفسجي أطول من الطول الموجي للأحمر.
- أيضًا، خلص العالم آرثر كومبتون في عام 1922 إلى أن الفوتونات مجرد جسيمات.
- أيضًا، عندما تصطدم فوتونات الأشعة السينية بالإلكترونات، فإنها تتنافر وتتباعد، وتعطي الفوتونات طاقتها للإلكترون.
- يتحرك الفوتون في فراغ بسرعة 299792458 مترًا في الثانية وسرعته ثابتة، ولا تتغير السرعة حتى يدخل وسطًا آخر.
- يتكون الفوتون في الغلاف الذري للإلكترون، عندما تتعرض الذرة للطاقة الحرارية.
- يصل أحد إلكتروناته إلى طاقة، وينتقل إلى مستوى طاقة أعلى، تاركًا فرقًا في الطاقة على شكل فوتون بتردد وطول موجي محددين.
- الفوتونات هي أشعة كهرومغناطيسية، بعضها مرئي، وتصنف على أنها أشعة مرئية، وبعضها غير مرئي وتصنف على أنها أشعة سينية.
- لها سرعة إرسال عالية جدًا، لأن الأشعة السينية تتولد عندما يقفز إلكترون من مستوى طاقته إلى مساحة فارغة بالقرب من النواة.
- هناك أيضًا العديد من الفوتونات التي تكون طاقتها عالية للغاية، حيث تصل إلى عدة ملايين من الإلكترونات، مثل أشعة جاما، والتي تأتي من نواة الذرة.
تسمية الفوتون في الفيزياء
- عندما استنتج ماكس بلانك في عام 1900 أن طاقة الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل في حزم صغيرة، أطلق عليها اسم الكم، أي جمع كلمة الكم.
- خلص ألبرت أينشتاين أيضًا في عام 1905 إلى أن طاقة الموجات الكهرومغناطيسية تتحرك في شكل حزم من الطاقة وأطلق عليها اسم كم الضوء.
- فيما يتعلق بكلمة فوتون، ظهرت عندما نشر جيلبرت لويس فرضية في عام 1926، تقول إن الفوتونات لا تُخلق ولا تتلف.
- على الرغم من عدم قبول هذه النظرية من قبل العديد من الفيزيائيين، فقد تم استخدام اسم الفوتون مباشرة بعد نشر النظرية.
- غالبًا ما يُطلق على الفوتون رمز Y، بعد اكتشاف أشعة جاما من قبل بول فيلارد في عام 199.
الخصائص الفيزيائية للفوتون
- لا توجد شحنة كهربائية للفوتون، لكنها مستقرة.
- ليس للفوتون كتلة، لكنه جسيم متحرك.
- وبالمثل، لا يمكن للفوتون أن يتحلل في الفضاء الفارغ.
- أيضًا، الفوتون هو البوزون الذي يحمل القوة الكهرومغناطيسية.
- جميع الأعداد الكمومية للفوتون هي صفر.
- يمكن تدميرها أو إنشاؤها في العديد من العمليات الطبيعية عن طريق امتصاص الضوء أو انبعاثه.
- يمكن أن يكون لها أيضًا تفاعلات مع العديد من الجسيمات الأخرى مثل الإلكترونات.
- ظهرت الفوتونات لأول مرة منذ 15 مليار سنة خلال الانفجار العظيم.
- لا يمكن رؤية الفوتونات في ضوء الشمس فقط، بل يمكن رؤيتها في العديد من الأشعة، وخاصة:
- الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية وموجات الراديو والبث التلفزيوني.
- الشيء نفسه ينطبق على الإشعاع من أفران الميكروويف.
قد تكون مهتمًا بـ: البحث عن قانون كيرشوف في الفيزياء
وظائف الفوتون
- تتمثل الوظيفة الأساسية للفوتونات في نقل أشعة الضوء ونقل الضوء إلى العين حتى تحدث عملية الرؤية.
- يستخدم في الأجهزة الطبية.
- موجات البث الإذاعي والتلفزيوني على قنوات البث.
- تُستخدم الفوتونات في أجهزة التفتيش بالمطارات، وأجهزة الأمن، وفحص الأمتعة.
- الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
- يمكن العثور عليها في جميع أجهزة التحكم عن بعد مثل أجهزة التحكم عن بعد الخاصة بالتلفزيون.
- والأجهزة المستخدمة للتحكم في الأجهزة.
أهم مميزات الفوتونات
- من أهم سمات هذه الفوتونات أنها موجودة في أماكن كثيرة من حولنا حول العالم.
- ولا يمكنهم الاصطدام ببعضهم البعض، لأنهم إذا اصطدموا، لا يمكننا رؤية الأضواء ولا يمكننا صنع المحطات الفضائية أيضًا.
- العلاقة بين الطاقة والزخم للفوتون هي “E = pc”، حيث “E” هي الطاقة، و “p” هي مقدار متجه الزخم، و “c” هي سرعة الضوء.
- للفوتون أيضًا دوران لا يعتمد على تردده.
- من المعترف به الآن أن الفوتون ليس له كتلة، ولكن إذا لم يكن للفوتون كتلة، فلا يمكنه تحريك c في الفراغ.
- بدلاً من ذلك، يجب أن تكون سرعتها أقل وتعتمد على ترددها.
- لكن من الواضح والمعروف عن “ج” لأن سرعة حركة الضوء خطأ، بل هو ثابت طبيعي، وهو يمثل السرعة القصوى التي يمكن لأي جسم أن يتحركها نظريًا.
- لذلك، لا تزال سرعة موجات الجاذبية وموجات الجاذبية، ولكنها ليست سرعة الفوتونات.
- أظهرت تجارب كومبتون أن الطاقة والزخم محفوظان بدرجة عالية في العمليات الأولية.
- وأن اهتزاز الإلكترون وتوليد فوتون جديد قد تعرضا للمؤشر في غضون 10 بيكو ثانية، عندما وضع بوهر وزملاؤه نهاية مشرفة لنموذجهم.
- ومع ذلك، فقد ألهم فشل نموذج نظرية بور كرامرس سلاتر الفيزيائي فيرنر هايزنبرغ في تطويره لميكانيكا المصفوفة.
- حاول العديد من الفيزيائيين أيضًا تطوير نماذج شبه تقليدية، تصف الإشعاع الكهرومغناطيسي بأنه غير مكم.
- تخضع المادة أيضًا لقوانين ميكانيكا الكم.
- على الرغم من أن الأدلة على وجود الفوتونات من التجارب الفيزيائية والكيميائية ساحقة، فلا ينبغي اعتبارها استنتاجًا مطلقًا.
- ومع ذلك، نظرًا لاعتمادها على تفاعل الضوء والمادة، فقد دحضت تمامًا جميع النظريات شبه التقليدية المعقدة للمادة في السبعينيات والثمانينيات.
- من خلال التجارب المتعلقة بالفوتون، تم نشر نظرية أينشتاين القائلة بأن التكميم هو خاصية للضوء نفسه منذ ذلك الحين.
أنظر أيضا: موضوع كامل لتعبير لعلماء الفيزياء
لذلك نقدم جميع المعلومات عن الفوتون في فيزياء الفوتونات، من حيث كيفية اكتشافها، والعلماء الذين اكتشفوها، وتاريخ اكتشافهم.
كما نطلب منكم نشر هذا المقال على جميع وسائل التواصل الاجتماعي لما فيه خير الجميع.