Wissenschaft

Was ist ein Photon in der Physik?

Ein Photon ist ein Lichtteilchen, das als diskretes Bündel (oder Quantum ) elektromagnetischer (oder Licht-) Energie definiert ist. Photonen sind immer in Bewegung und haben in einem Vakuum (einem völlig leeren Raum) eine konstante Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter. Photonen bewegen sich mit der Vakuumgeschwindigkeit des Lichts (üblicherweise nur als Lichtgeschwindigkeit bezeichnet) von c=2,998 x 10 8 m / s.

 

Grundlegende Eigenschaften von Photonen

Nach der Photonentheorie des Lichts sind Photonen:

  • verhalten sich gleichzeitig wie ein Teilchen und eine Welle
  • Bewegen Sie sich mit einer konstanten Geschwindigkeit. c=2,9979 x 10 8 m / s (dh „Lichtgeschwindigkeit“), im leeren Raum
  • haben keine Masse und Ruheenergie
  • tragen Energie und Impuls, die auch mit der Frequenz ( nu) und Wellenlänge (lamdba) der elektromagnetischen Welle zusammenhängen, ausgedrückt durch die Gleichung E=h nu und p=h / Lambda .
  • kann zerstört / erzeugt werden, wenn Strahlung absorbiert / emittiert wird.
  • können partikelähnliche Wechselwirkungen (dh Kollisionen) mit Elektronen und anderen Partikeln haben, wie 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 das Konzept des Lichts in Form diskreter Teilchen seit Jahrhunderten existiert und in Newtons Konstruktion der Wissenschaft der Optik formalisiert wurde.

In den 1800er Jahren wurden jedoch die Welleneigenschaften von Licht (womit im Allgemeinen elektromagnetische Strahlung gemeint ist ) deutlich 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, wie wir Dinge normalerweise wahrnehmen. Billardkugeln wirken als Partikel, während Ozeane als Wellen wirken. Photonen wirken die ganze Zeit sowohl als Welle als auch als Teilchen (obwohl es üblich, aber im Grunde genommen falsch ist, zu sagen, dass es „manchmal eine Welle und manchmal ein Teilchen“ ist, je nachdem, welche Merkmale zu einem bestimmten Zeitpunkt offensichtlicher sind).

Nur einer der Effekte dieser Welle-Teilchen-Dualität (oder Teilchen-Wellen-Dualität ) besteht darin, dass Photonen, obwohl sie als Teilchen behandelt werden, so berechnet werden können, dass sie Frequenz, Wellenlänge, Amplitude und andere Eigenschaften aufweisen, die der Wellenmechanik eigen sind.

 

Wissenswertes über Photonen

Das Photon ist ein Elementarteilchen. obwohl es keine Masse hat. Es kann nicht von alleine zerfallen, obwohl die Energie des Photons bei 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 (die sie zu Bosonen machen) mit einer Spinachse, die parallel zur Bewegungsrichtung verläuft (entweder vorwärts oder rückwärts, je nachdem, ob es sich um ein „linkes“ oder ein „rechtes“ Photon handelt). Diese Funktion ermöglicht die Polarisation von Licht.

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