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 الاكتشاف، وخصائصها الفيزيائية واسمها.
معلومات عن الفوتون في الفيزياء وتعريفه
- الفوتون هو جسيم أولي للطاقة الكهرومغناطيسية يحمل القوة الكهرومغناطيسية.
- كما أنه يسهل على الباحثين ملاحظة قوة الفوتون على المستويين المجهري والعياني.
- هذا لأن الفوتون ليس له كتلة ثابتة، مما يسمح له بالتفاعل عبر مسافات طويلة مثل أي جسيم أولي.
- يمتلك الفوتون أيضًا خاصية تجمع بين الموجة والجسيم، تسمى الازدواجية.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن لجسيم واحد أن ينكسر ويتداخل مع العدسة.
- بصرف النظر عن حقيقة أنه يمكن أن يعطي نتائج محددة عند تحديد منصبه.
اقرأ أيضًا: دراسة في قانون النزوح
علم الفوتونات في الفيزياء
- اتفق كل من ابن الهيثم وإسحاق نيوتن على أن الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات الصغيرة جدًا التي تفتقر إلى كل الصفات الحسية باستثناء الطاقة.
- مع حلول القرن التاسع عشر، تمكن كل من توماس يونغ وفرانسيس أوغست من شرح ظاهرة انكسار الضوء والتداخل.
- هذا هو المكان الذي نشأت فيه فكرة الموجة، وفي تلك السنة 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 أشار أنتون لينارد في عام 1902، فإن كمية الطاقة المعطاة للإلكترون تعتمد فقط على لون الضوء.
- خلص العالم ألبرت أينشتاين أيضًا في عام 1905 إلى أن طاقة الفوتون تعتمد على طول موجته، لأن فوتون من الضوء البنفسجي له طاقة أكبر من فوتون الضوء الأحمر.
- هذا لأن الطول الموجي للبنفسجي أعلى من الطول الموجي للأحمر.
- أيضًا، خلص العالم آرثر كومبتون في عام 1922 إلى أن الفوتونات ليست أكثر من جسيمات.
- أيضًا، عندما تصطدم فوتونات الأشعة السينية بإلكترون، فإنها تتنافر وتنحرف، وتعطي الفوتونات بعض طاقتها للإلكترون.
- ينتقل الفوتون في الفراغ بسرعة 299792458 مترًا في الثانية وتكون سرعته ثابتة ولا تتغير سرعته حتى يدخل في وسط آخر.
- يتم إنشاء الفوتون في الغلاف الذري الإلكتروني عندما تتعرض الذرة للطاقة الحرارية.
- يصل أحد إلكتروناته إلى طاقة، وينتقل إلى مستوى طاقة أعلى، تاركًا وراءه فرقًا في الطاقة على شكل فوتون بتردد وطول موجي معينين.
- الفوتونات هي أشعة كهرومغناطيسية، يمكن رؤية بعضها وتصنيفها على أنها أشعة مرئية، وبعضها لا يمكن رؤيته وتصنيفه على أنه أشعة سينية.
- لديها معدل نقل مرتفع للغاية لأن الأشعة السينية تنتج عندما يقفز الإلكترون من مستوى طاقته إلى الفضاء الفارغ بالقرب من النواة.
- هناك أيضًا عدد من الفوتونات التي تكون طاقتها عالية للغاية، حيث تصل إلى عدة ملايين من الإلكترونات، مثل أشعة جاما، التي تنبعث 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 كوانتا، أي جمع الكم.
- خلص ألبرت أينشتاين أيضًا في عام 1905 إلى أن طاقة الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل في شكل حزم من الطاقة وأطلق عليها اسم كوانتا الضوء.
- أما بالنسبة لكلمة فوتون، فقد ظهرت عندما نشر جيلبرت لويس نظرية تكهنية في عام 1926 تنص على أن الفوتونات لا تُخلق ولا تتلف.
- على الرغم من عدم قبول هذه النظرية من قبل العديد من الفيزيائيين، فقد تم استخدام اسم الفوتون بعد فترة وجيزة من نشر النظرية.
- غالبًا ما يُطلق على الفوتون الرمز Y، نسبة إلى أشعة جاما التي اكتشفها بول ويلارد في عام 1999.
الخصائص الفيزيائية للفوتون
- لا توجد شحنة كهربائية للفوتون، لكنها مستقرة.
- ليس للفوتون كتلة، لكنه جسيم متحرك.
- وبالمثل، لا يتحلل الفوتون في الفضاء الخالي.
- أيضًا، الفوتون هو البوزون الذي يحمل القوة الكهرومغناطيسية.
- الأعداد الكمومية لجميع الفوتونات هي صفر.
- يمكن تدميرها أو إنشاؤها بواسطة مجموعة متنوعة من العمليات الطبيعية عن طريق امتصاص الضوء أو انبعاثه.
- يمكن أن تتفاعل أيضًا مع العديد من الجسيمات الأخرى مثل الإلكترونات.
- ظهرت الفوتونات لأول مرة منذ 15 مليار سنة في الانفجار العظيم.
- لا توجد الفوتونات في ضوء الشمس فقط، بل توجد أيضًا في العديد من الأشعة، على وجه الخصوص ؛
- الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية وموجات الراديو والبث التلفزيوني.
- وكذلك إشعاع الميكروويف.
قد تكون مهتمًا. دراسة قانون كيرشوف في الفيزياء
وظائف الفوتون
- تتمثل الوظائف الأساسية للفوتونات في نقل أشعة الضوء ونقل الضوء إلى العين قبل عملية الرؤية.
- يستخدم في الأجهزة الطبية.
- قنوات البث الإذاعي والتلفزيوني في قنوات البث.
- تُستخدم الفوتونات في أجهزة فحص المطارات وأجهزة الأمن وفحص الأمتعة.
- الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
- توجد في جميع أجهزة التحكم عن بعد، مثل جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون.
- والأدوات المستخدمة لإدارة الأجهزة.
أهم خواص الفوتونات
- من أهم ميزات هذه الفوتونات أنها موجودة في العديد من الأماكن حولنا حول العالم.
- ولا يمكنهم الاصطدام ببعضهم البعض، لأنهم إذا فعلوا ذلك، فلن نتمكن من رؤية الأضواء ولن نكون قادرين على بناء محطات فضائية.
- 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 الضوء خاطئة، بل هو ثابت طبيعي يمثل السرعة القصوى التي يمكن لأي جسم أن يتحركها نظريًا.
- إذن لا تزال سرعة الموجات في الجاذبية وموجات الجاذبية، لكنها ليست سرعة الفوتونات.
- أظهرت تجارب كومبتون أن الطاقة والزخم محفوظان جيدًا في العمليات الأولية.
- وأن اهتزاز الإلكترون وتوليد فوتون جديد يخضعان لمؤشر في غضون 10 بيكو ثانية، عندما أنهى بوهر وزملاؤه نموذجهم بشرف.
- ومع ذلك، فإن فشل نموذج نظرية Bohr-Kramers-Slater ألهم الفيزيائي Werner Heisenberg لتطوير ميكانيكا المصفوفة.
- حاول العديد من الفيزيائيين أيضًا تطوير نماذج شبه كمية تصف الإشعاع الكهرومغناطيسي بأنه غير مكم.
- تخضع المادة أيضًا لقوانين ميكانيكا الكم.
- على الرغم من أن الدليل على وجود الفوتونات من التجارب الفيزيائية والكيميائية كان ساحقًا، فلن يتم قبوله كاستنتاج مطلق.
- نظرًا لأنه كان قائمًا على تفاعل الضوء والمادة، فقد دحض تمامًا جميع النظريات شبه الكلاسيكية المتطورة للمادة في السبعينيات والثمانينيات.
- من خلال التجارب مع الفوتون، نُشرت نظرية أينشتاين القائلة بأن التكميم هو خاصية للضوء نفسه منذ ذلك الحين لإثبات ذلك.
انظر أيضًا: انتهى موضوع التعبير للفيزيائيين
لذلك قدمنا جميع المعلومات حول الفوتونات في فيزياء الفوتونات، من حيث كيفية اكتشافها، والعلماء الذين اكتشفوها وسنة الاكتشاف.
نطلب منك أيضًا مشاركة هذه المقالة على جميع الشبكات الاجتماعية لصالح الجميع. كن جيد.