Foton

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Illustration af udsendelsen at et foton i Bohrs atommodel, når en elektron skifter fra en højere til en energimæssigt lavere elektronskal. En rigtigere model for atomet er dog stående bølger i rummet af elektroner og atomkernen.

Fotonen er den elementarpartikel, der er ansvarlig for elektromagnetiske fænomener, eksempelvis elektromagnetisk stråling som røntgenstråling, ultraviolet lys, synligt lys, infrarødt lys, mikrobølger og radiobølger.

Fotonen adskiller sig fra andre elementarpartikler, f.eks elektroner eller kvarker, ved at den ikke besidder nogen hvilemasse. I vakuum bevæger den sig med lysets hastighed, c = 299.792.458 m/s eller tæt på 300.000 km/s.

Som alle kvanter besidder fotonen både bølge- og partikelegenskaber (Partikel-bølge dualitet). Bølgeegenskaberne inkluderer brydning i linser og interferens. At fotonen også besidder partikelegenskaber kommer til udtryk ved, at den kun kan vekselvirke med stof ved at overføre en kvantiseret mængde energi givet ved

E = \frac{hc}{\lambda},

hvor h er Plancks konstant og \lambda er fotonens bølgelængde. I modsætning hertil kan en almindelig bølge overføre eller modtage vilkårlige mængder af energi.

For synligt lys er en enkelt fotons energi mellem 2,8 × 10-19 og 5 × 10-19 J eller 1,8 og 3,1 eV, en relativt lille energi, men nok til at excitere et enkelt molekyle i øjets fotoreceptorer og dermed bidrage til synssansen. Til sammenligning skal anføres at fotonenergien af UV-stråling er mellem 3.10 og 12.4 eV, tilstrækkeligt til at bryde en kemisk binding og danne radikaler.

Udover at have en energi har fotoner også en impuls og en polarisering. Eftersom fotonen følger kvantemekanikkens love, er det ofte tilfældet, at dens egenskaber ikke har veldefinerede værdier. Derimod er de beskrevet ved en sandsynlighed for at måle en bestemt polarisering, position eller impuls. Selvom en foton er i stand til at excitere et enkelt molekyle, er det f.eks. ofte ikke muligt på forhånd at bestemme hvilket molekyle, der bliver exciteret.

Fysikere benytter ofte beskrivelsen af en foton, som en partikel der bærer elektromagnetisk stråling. Indenfor teoretisk fysik kan fotonen dog også betragtes som formidler af enhver type elektromagnetisk vekselvirkning, eksempelvis magnetfelter og elektrisk frastødning/tiltrækning mellem elektrisk ladede partikler.

Fotonen som koncept, blev udviklet gradvis omkring årene 1905-1907 af Albert Einstein for at forklare eksperimentelle observationer, der ikke stemte overens med den klassiske bølgebeskrivelse af lys. Specifikt forklarede foton-modellen lysets energis afhængighed af frekvens, samt at stof og stråling kan være i termisk ligevægt. Andre fysikere forsøgte at forklare disse observationer med semiklassiske modeller, hvor lys stadig blev beskrevet ved Maxwells ligninger, men hvor de materialer der udsendte og absorberede lyset var kvantiserede. Disse modeller medvirkede til udvikling af kvantemekanikken, men yderligere forsøg underbyggede Einsteins hypotese om at lyset er kvantiseret. Lyskvanterne er fotoner.

Fotonkonceptet har ført til store fremskridt i både eksperimentel og teoretisk fysik, f.eks. lasere, Bose-Einstein-kondensat og kvantefeltteori. Ifølge standardmodellen for partikelfysik, ligger fotoner til grund for alle elektriske og magnetiske felter og er selv et produkt af kravet om, at de fysiske love har visse symmetrier for ethvert punkt i rumtiden. Fotonens indbyggede egenskaber, som f.eks ladning, spin og (fravær af) masse, er bestemt ud fra disse symmetrier.

I 2007 lykkedes det at fastholde og måle tilstedeværelsen af en mikrobølgefoton i op til et halvt sekund mellem to superledende spejle. [1]

Se også[redigér | redigér wikikode]

Kilder/referencer[redigér | redigér wikikode]

  1. Centre National De La Recherche Scientifique (2007, April 2). Life And Death Of A Photon 'Filmed' For The First Time. ScienceDaily. Retrieved March 22, 2008 Citat: "...A photon is an elementary particle of light. In general it can only be observed when it disappears...The end result is that the atom changes to state 1 if the cavity contains a photon and remains at state 0 if it is empty, as in the standard method. However, this time the energy absorbed by the atom is taken from the auxiliary field and not from that of the cavity. As a result, the photon is still there after having been seen, and is ready to be measured again...Suddenly the atoms appear in state 1, showing that a photon has been trapped between the mirrors. The photon comes from the residual thermal radiation which surrounds the cavity..The moments at which the photons appear and disappear reveal the quantum jumps of light, which occur at random..."
Det elektromagnetiske spektrum (lave til høje frekvenser):
Lave frekvenser: Radiobølger
ELF | SLF | VF | VLF | LF (Langbølgebåndet) | MF (Mellembølgebåndet) | Kortbølgebåndet (HF) | VHF (TV via VHF bånd I, FM via VHF bånd II, TV via VHF bånd III) | UHF (TV via UHF bånd V, TV via UHF bånd IV) | SHF (DBS) | EHF
Høje frekvenser: Lys og Stråling
IR (FIR, IIR, MIR, NIR) | Synlige spektrum | UV (NUV, EUV) | SX | HX | γ
Relaterede emner:
Sollys | Termisk energi | Fotosyntese | Solenergi | Solkraft | Solvarme | Solen | Radioantenne | Radiofoni


Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]

Commons-logo.svg
Wikimedia Commons har medier relateret til:
  • Webarchive backup: En lyspartikel med identitetsproblemer (humoristisk tegning)
  • Number 523 #2, February 1, 2001, AIP: How Light Gets Through Tiny Holes Citat: "...Now, two research collaborations independently explain the results by showing that plasmons (themselves collective objects) and the photons of light form a composite object, known as a "surface plasmon polariton."..."
  • 'Energy-sucking' Radio Antennas, N. Tesla's Power Receiver Citat: "...The truth is quite strange...By manipulating the EM fields, we can force an electrically-small receiving antenna to behave as if it was very, VERY large...In theory a tiny loop antenna can work as well as a longwire 1/2-wave antenna which is 10KM long...The energy doesn't vanish, instead it ends up INSIDE the atom. By resonantly creating an "anti-wave", the tiny atom has "sucked energy" out of the enormously long light waves as they go by...When all is said and done, our oscillating coil has absorbed half of the incoming EM energy and re-emitted (or "scattered") the rest..."