Что такое фотон
Оглавление:
Фотон
У этого термина существуют и другие значения, см. . Символ:
иногда
Излучённые фотоны в луче . Состав: — Семья: Группа: : — Участвует во : , : Теоретически обоснована: (); (—) Обнаружена: (окончательное подтверждение) Кол-во типов: 1 : 0 (< 10−22> : стабилен Каналы распада: — : 0 (<10−35> : — : 1 Кол-во спиновых состояний: 2 Фото́н (от φῶς, φωτός, «свет») — , (в узком смысле — ).
Это , способная существовать только двигаясь со .
фотона также . может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией на направление движения () ±1. Этому свойству в соответствует круговая правая и левая . у как квантовой частице свойственен , он проявляет одновременно свойства частицы и .
ы обозначаются буквой , поэтому их часто называют (особенно фотоны высоких ); эти термины практически .
С точки зрения фотон является . фотоны являются переносчиками , таким образом обеспечивая взаимодействие, например, между двумя электрическими зарядами.
— самая распространённая по численности частица во Вселенной.
На один приходится не менее 20 миллиардов фотонов. Современная теория света основана на работах многих учёных. Квантовый характер излучения и поглощения энергии электромагнитного поля был постулирован в для объяснения свойств .
Термин «фотон» введён химиком в . В 1905—1917 годах опубликован ряд работ, посвящённых противоречиям между результатами экспериментов и классической , в частности и способности находиться в с электромагнитным излучением.
Предпринимались попытки объяснить квантовые свойства света полуклассическими моделями, в которых свет по-прежнему описывался без учёта квантования, а объектам, излучающим и поглощающим свет, приписывались квантовые свойства (см., например, ). Несмотря на то, что полуклассические модели оказали влияние на развитие (о чём в частности свидетельствует то, что некоторые их положения и даже следствия явным образом входят в современные квантовые теории), эксперименты подтвердили правоту Эйнштейна о квантовой природе света (см., например, ). Следует отметить, что энергии не является исключением.
В квантовой теории значения многих физических величин являются дискретными (квантованными). Примерами таких величин являются: , и энергия связанных систем.
Введение понятия фотона способствовало созданию новых теорий и физических приборов, а также стимулировало развитие экспериментальной и теоретической базы квантовой механики.
Например, были изобретены , , открыто явление , сформулирована и вероятностная интерпретация квантовой механики.
В современной существование фотонов является следствием того, что физические законы инвариантны относительно локальной в любой точке (см. более подробное описание ниже в разделе ). Этой же симметрией определяются внутренние свойства фотона, такие как , и .
Среди приложений концепции фотонов есть такие, как , видеотехника, , микроскопия высокого разрешения и измерение межмолекулярных расстояний.
Фотон — частица Бога?
Свет и тепло, вкус и запах, цвет и информация – все это неразрывно связано с фотонами. Более того, жизнь растений, животных и человека невозможна без этой удивительной частицы.
Считается, что во Вселенной около 20 миллиардов фотонов приходится на каждый протон или нейтрон.
Это фантастически огромная цифра. Но что мы знаем об этой самой распространённой частице в окружающем нас мире?
Одни учёные считают, что скорость движения фотона равна скорости света в вакууме, т.е. примерно 300 000 км/сек и это максимально возможная скорость во Вселенной.
Другие учёные полагают, что во Вселенной достаточно примеров, в которых скорости частиц выше, чем скорость света. Одни учёные считают, что фотон электрически нейтрален. Другие – полагают, что фотон имеет электрический заряд (по некоторым данным, менее 10-22эВ/сек2).
Одни учёные считают, что фотон является безмассовой частицей и по их мнению масса фотона в состоянии покоя равна нулю. Другие – полагают, что у фотона есть масса.
Правда, очень и очень небольшая. Этой точки зрения придерживается и ряд исследователей, по разному определяя массу фотона: менее чем 6 х 10-16 эВ, 7 х 10-17 эВ, 1 х 10-22 эВ и даже 3 х 10-27 эВ, что в миллиарды раз меньше массы электрона.
При излучении или поглощении атомными ядрами и электронами, а также при фотоэффекте фотон ведет себя как частица.
А при прохождении через стеклянную призму или небольшое отверстие в преграде фотон демонстрирует свои яркие волновые свойства.
Компромиссное решение французского ученого Луи де Бройля, в основе которого лежит корпускулярно-волновой дуализм, утверждающий, что фотоны обладают и свойствами частицы, и свойствами волны, не является ответом на этот вопрос. Корпускулярно-волновой дуализм – это лишь временная договорённость, основанная на абсолютном бессилии учёных ответить на этот крайне важный вопрос. Конечно, эта договорённость несколько успокоила ситуацию, но не решила проблемы.
Исходя из этого, мы можем сформулировать первый вопрос, связанный с фотоном Вопрос первый.
Фотоны – это волны или частицы?
А, может быть, и то, и другое или не то и не другое?
Фотон (КА)
У этого термина существуют и другие значения, см.
. Фотон-6. Спускаемый модуль Фото́н — серия специализированных (), разработанных и применяющихся для технологических и научных исследований. Фотон-12. Спускаемый модуль Работы по созданию спутника начались в . Первый пуск космического аппарата был произведён с космодрома .
В общей сложности было произведено 15 пусков, 14 из которых были удачными и один завершился взрывом на 29 секунде полёта.
Первая серия спутников включала в себя 12 аппаратов, после чего к названию серии добавилась буква М (Фотон-М) и нумерация началась опять с единицы. Фотон-М отличается от предшествующей модели увеличенным вдвое среднесуточным энергопотреблением научной аппаратуры, расширенными сервисными возможностями, связанными с контролем бортовой и научной аппаратуры, доработанной системой терморегулирования.
После вывода на рабочую «Фотон» ориентируется в орбитальной системе координат, затем происходит отключение системы управления и космический аппарат осуществляет неориентированный полёт, за счёт чего обеспечивается благоприятная обстановка на борту.
После выполнения научной программы производится ориентация аппарата и спуск спускаемого модуля на .
- Исследование физико-технических основ космической технологии и космического производства
- Отработка технологических процессов и установок
- Экспериментальное получение материалов и веществ в условиях космического полета
- Проведение экспериментов
В частности проводятся эксперименты в области получения и оптических материалов, молекулярных структур, выращивания , определения уровня микроускорений, клеточной биологии, воздействия факторов околоземного космического пространства (, и др.) на объекты, возвращаемые на Землю и пр.
В проведении экспериментов на космических аппаратах серии «Фотон» принимают участие организации, организации , Национального центра космических исселедований (), Немецкого аэрокосмического центра, организации , , , и др. Название Дата начала работы Время работы (сут.) Космодром Результат Фотон-1 13 Выполнено Фотон-2 14 Выполнено Фотон-3 14 Выполнено Фотон-4 14 Выполнено Фотон-5 15 Выполнено Фотон-6 16 Выполнено Фотон-7 16 Выполнено Фотон-8 16 Выполнено Фотон-9 18 Выполнено Фотон-10 15 Выполнено Фотон-11 14 Выполнено Фотон-12 15 Выполнено Фотон-М1 — Авария Фотон-М2 16 Выполнено Фотон-М3 12 Выполнено
фотон
ФОТОН (g) (от греч.
phos, род. падеж photos — свет) — , квант эл—магн.
поля. Масса покоя Ф. mg равна нулю (эксперим. ограничение mg<5.10-60 г), и поэтому его скорость равна . спин ф. равен 1 (в единицах h), и, следовательно,>
относится к . частица со j и ненулевой массой покоя, согласно , имеет 2j+1 спиновых состояний, различающихся проекцией спина, но, поскольку mg=»0″ , ф.
может находиться только в двух спиновых состояниях с проекциями спина на направление движения (спиралъностью) +1; этому свойству в классич. соответствует поперечность эл—магн. волны.> Т. к. не существует системы отсчёта, в к-рой Ф.
покоится, ему нельзя приписать определ. . По электрич. и магн. мультипольностям системы (2l-поля; см.
), излучившей данный Ф., различают состояния Ф.
электрич. и магн. типа; чётность электрич. мультипольного Ф. равна (-1)l, магнитного- (- 1)l+1. Ф.- и поэтому обладает определ.
С(С= -1). Кроме электромагнитного взаимодействия Ф.
участвует в- . Представление о Ф. возникло в ходе развития квантовой теории и теории относительности [термин «Ф.» был введён Г.Льюисом (G.Lewis) в 1929]. В 1900 М. Планк (М. Planck) получил ф-лу для спектра абсолютно чёрного тела (см.
), исходя из предположения, что эл—магн.
волн происходит определ. порциями — «квантами», энергия к-рых может принимать лишь дискретный ряд значений, кратных неделимой порции — кванту
, где w-частота эл—магн. волны. Развивая идею Планка, А.
В опытах А. Комптона (A. Compton) по рассеянию рентг.
лучей было установлено, что кванты излучения подчиняются тем же кинематич.
законам, что и частицы вещества, в частности квант излучения с частотой со обладает также и импульсом
(см.
). В результате развития квантовой механики стало ясно, что ни наличие волновых свойств, проявляющихся в волновых свойствах света, ни способность исчезать или рождаться в актах поглощения и испускания не выделяют Ф. среди др. элементарных частиц.
Оказалось, что всем частицам вещества, напр. электронам, присущи не только корпускулярные, но и волновые свойства, и была установлена возможность взаимопревращения элементарных частиц.
Так, в эл—статич. поле атомного ядра Ф. с энергией > 1 МэВ может превратиться в электрон и позитрон (процесс ), а при столкновении электрона и позитрона может произойти их в два (или три) g-кванта.
Что такое фотон?
Фотон — это наш способ описать квант электромагнитного взаимодействия.
Переносчики электромагнитного поля назвали фотонами. Собсно, на этом можно было бы и закончить лекцию про то, что такое фотон. Но фотоны слишком важный объект и теории, и практики, так что продолжим.
Для начала немного о корпускулярно-волновом дуализме. Волна или частица — это, если вдуматься, лишь наш способ описать объект.
Потому что разные слова человечество придумало давно, а вот с тем, что такое фотон (как и другие похожие объекты), столкнулось совсем недавно.
Поэтому приходится новые, не привычные нам сущности описывать тем языком, теми словами, которые есть.
Так что «волна» и «частица» — это привычные термины в применении к непривычному объекту. И описывают лишь какую-то одну сторону этого сложного объекта.
Фактически отражают лишь наш способ регистрации его свойств, в зависимости от которого (способа) проявляется одна сторона сущности объекта или другая.
Вот для фотона это всё работает в полный рост. Как раз на фотоне корпускулярно-волновой дуализм и был обнаружен. Во-первых, в зависимости от условий эксперимента фотоны проявляют как корпускулярную природу, так и волновую.
Волновая приода света известна со времён Ньютона (да-да, сам Ньютон тоже рассматривал свет как волны, просто он не смог объяснить с этой точки зрения прямолинейность распространения света; это сделал Гюйгенс). С другой стороны, рассмотрение света исключительно как волн не объясняло многих вещей. Самое главное — не объясняло законов излучения и не объясняло фотоэффекта.
Во-вторых, всякий переносчик взаимодействия переносит ещё и энергию.
Фотоны не исключения. И для них энергия оказалась жёстко связанной с частотй электромагнитной волны: E = hυ. Именно с этим свойством фотона, с тем, что энергия переносится порциями (квантами; откуда, собсно, и пошёл сам термин.) связана и термодинамика теплового излучения, и фотоэффект.
За что Планк и Эйнштейн и получили свои премии. Ну в общем вот это и есть история фотона.
Это переносчик электромагнитного взаимодействия, энергия которого описывается формулой Планка, и который может, в зависимости от условий наблюдения, проявлять как свою волновую сущность, так и корпускулярную.
Совет 1: Что такое фотон и зачем он нужен
21 июля 2014 Автор КакПросто!
Фотон является элементарной частицей, представляющей собой квант световой волны или электромагнитного излучения. Он пользуется большим интересом у специалистов физико-математического направления в связи с наличием у него отличительных свойств. Статьи по теме:
Фотон
У этого термина существуют и другие значения, см.
. ( иногда ) Излучённые фотоны в луче Состав Семья Группа Участвует во , () Кол-во типов 1 0 (< 10−22> 0 (<10−35> 0 0 0 0 1 ±1 0 Не определена -1 Кол-во спиновых состояний 2 0 0 0 0 0 0 Теоретически обоснована (); (—) Обнаружена (окончательное подтверждение) Фото́н (от φῶς, φωτός, «свет») — , (в узком смысле — ) в виде электромагнитных волн и переносчик . Это , способная существовать в вакууме, только двигаясь со .
фотона также . может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией на направление движения () ±1. В физике фотоны обозначаются буквой γ.
описывает фотон как электромагнитную волну с круговой правой или левой . С точки зрения фотону как квантовой частице свойственен : он проявляет одновременно свойства частицы и .
, основанная на и , описывает фотон как , обеспечивающий между частицами: фотоны являются квантами-переносчиками электромагнитного поля. Современная наука рассматривает фотон как , не обладающую строением и размерами. — самая распространённая по численности частица во Вселенной.
На один приходится не менее 20 миллиардов фотонов. Краткий обзор различных семейств и и теории, описывающие их . Элементарные частицы слева — , справа — .
(Термины — гиперссылки на статьи ВП) Современная теория света основана на работах многих учёных.
Квантовый характер излучения и поглощения энергии электромагнитного поля был постулирован в для объяснения свойств . Термин «фотон» введён химиком в .
В 1905—1917 годах опубликован ряд работ, посвящённых противоречиям между результатами экспериментов и классической , в частности и способности находиться в с электромагнитным излучением. Предпринимались попытки объяснить квантовые свойства света полуклассическими моделями, в которых свет по-прежнему описывался без учёта квантования, а объектам, излучающим и поглощающим свет, приписывались квантовые свойства (см., например, ).
Несмотря на то, что полуклассические модели оказали влияние на развитие (о чём, в частности, свидетельствует то, что некоторые их положения и даже следствия явным образом входят в современные квантовые теории), эксперименты подтвердили правоту Эйнштейна о квантовой природе света (см., например, ).
Следует отметить, что энергии не является исключением. В квантовой теории значения многих физических величин являются дискретными (квантованными). Примерами таких величин являются , и энергия связанных систем.
Введение понятия фотона способствовало созданию новых теорий и физических приборов, а также стимулировало развитие экспериментальной и теоретической базы квантовой механики.
Например, были изобретены , , открыто явление , сформулирована и вероятностная интерпретация квантовой механики. В современной существование фотонов является следствием того, что физические законы инвариантны относительно локальной в любой точке (см.
более подробное описание ниже в разделе ).
LJ Magazine
Фотон. Строение фотона. Принцип перемещения.Часть 1. Исходные данные.Часть 2. Основные принципы строения фотона.Часть 3.
Квант энергии и квант массы. Часть 4. Основные принципы перемещения фотона.Часть 1.
Исходные данные.1.1. Фотон — это элементарная частица, квант электромагнитного излучения. 1.2. Фотон не может быть разделен на несколько частей и не распадается спонтанно в вакууме.1.3.
Фотон является истинно электронейтральной частицей. Скорость перемещения (движения) фотона в вакууме равна «с».1.4. Свет представляет собой поток локализованных частиц — фотонов.
1.5. Фотоны излучаются во многих природных процессах, например: при движении заряженных частиц с ускорением (тормозное, синхротронное, циклотронное излучения) или при переходе электрона из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией. Это происходит в результате основного фундаментального превращения в Природе — превращения кинетической энергии заряженной частицы в электромагнитную (и наоборот).1.6. Фотону свойственен корпускулярно-волновой дуализм: — с одной стороны фотоны демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной волны фотона; — с другой стороны фотон ведет себя как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами) или считаются точечными (электрон).1.7.
Учитывая тот факт, что одиночные фотоны демонстрирует свойства волны, вполне достоверно можно утверждать, что фотон представляет собой «миниволну» (отдельный, компактный«кусочек» волны).
При этом должны учитываться следующие свойства волн:а) электромагнитные волны(и фотон) — это поперечные волны, в которых векторы напряженности электрических (E) и магнитных (H) полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны.Электромагнитные волны (фотон) можно передать от источника к приёмнику, в том числе и через вакуум. Им не требуется среда для своего распространения.
б) половина энергии электромагнитных волн (и фотона) является магнитной. в) для характеристики интенсивности волнового процесса используют три параметра: амплитуда волнового процесса, плотность энергииволнового процесса и плотность потока энергии.1.8. Кроме того, при рассмотрении схемы строения фотона и принципа его перемещения были учтены следующие данные: а) излучение фотона практически проходит за период времени порядка 10-7 сек — 10-15 сек.
За этот период электромагнитное поле фотона возрастает от нуля до максимума и вновь падает до нуля. См. рис.1.б) график изменения поля фотона никак не может быть куском обрезанной синусоиды, т.к.
в местах обрезки возникали бы бесконечные силы; в) поскольку частота электромагнитной волны — это величина, которая наблюдается в опытах, то эту же частоту (и длину волны) можно приписать и отдельному фотону.
Поэтому параметры фотона, как и волны, описываются формулой E = h*f , где h — постоянная Планка, которая связывает величину энергии фотона с его частотой (f).Рис. 1. Фотон
Фотон
Образование фотона можно представить как результат колебаний в эфире возбужденной — с нулевой массой покоя не обладающая электрическим зарядом. Квантовое число L=0 (спин = 1) — группа фотона, подгруппа фотона, электрический заряд 0 ().
рассматривает фотон как одиночную волну переменного , движущуюся со .
У фотона отсутствуют постоянные поля, поэтому его масса покоя равна нулю, а вся энергия сосредоточена в переменном . Линейные размеры фотона определяются его длиной волны. У фотона нет возбужденного состояния такого, как у других , поскольку внутри фотона не вращается.
По аналогичной причине у фотона отсутствует квантование поляризации . Квантовая теория рассматривает фотон как квант электромагнитного излучения и считает его переносчиком в состоянии (в нарушение ).
В соответствии со , фотоны ответственны за наличие всех электрических и магнитных полей, а само существование фотонов следует из симметрии физических законов относительно пространства и времени.
В процессе проведенных различными авторами исследований были выяснены основные свойства света и его элементарной составляющей – фотона.
Свойства эти таковы.
- 1. Наименьший элемент света – фотон несет в себе энергию, которая
согласно закону Планка пропорциональна частоте: Е = hν, где h = 6,62·10–34 Дж·с – постоянная Планка; ν – частота.
- 2. Свет, излученный атомом, поляризован. Свет не поляризован в
обычном луче (круговая поляризация), поскольку различные атомы излучают свет в различные моменты времени и отдельные порции света излучаются независимо друг от друга.
- 4. может обладать одним из двух значений спина: либо + 1,
- 3. как частица не имеет электрического заряда.
либо – 1.
- 5. Свет обладает давлением, следовательно, фотоны обладают
массой.
- 6. ы локализованы в пространстве, распространяются в
вакууме прямолинейно и обладают постоянной скоростью, что делает их подобными потоку частиц.
- 7. Свет обладает свойствами интерференции и дифракции, что
позволило считать фотоны волнами.
- 8. Параллельно ориентированные фотоны интерферируют, а
взаимно перпендикулярно поляризованные фотоны не интерферируют. Все ранее разработанные различными авторами модели фотона не удовлетворяют по совокупности перечисленным свойствам, созданные же теории ограничиваются не противоречивым описанием свойств фотона и света в целом, но не вскрывают структуру фотона и не объясняют, почему свет обладает именно такими свойствами.
Все указанные выше свойства света легко объясняются на эфиродинамической вихревой основе. Образование фотона можно представить как результат колебаний в эфире возбужденной электронной оболочки атома.
Электронная оболочка атома представляет собой присоединенный вихрь эфира, достаточно упругий. Если по ней нанесен удар, то на ней возникают горбы и впадины, которые совершают колебания вокруг центра атома. Совершая
что такое фотоны???
Порции света.
Свет это и частицы и нанометровые волны. Свет это часть спектра электромагнитных волн. Как волны свет (фотоны) проявляет себя в открытом пространстве.
Как частицы свет (фотоны) проявляют себя проходя возле физических объектов.
Свет отклоняется от кромок физического объекта.
О таком свойстве света можно узнать с помощью дифракционных решёток. Свет это то, что иногда имеет поляризацию. Такое свойство света возможно только из-за того, что он распространяется как волны.
Фотоны от светящейся точки стараются разбежаться в разные стороны. На этом эффекте строятся современные регистраторы (дискретизированные телескопы) . Разнося регистраторы на огромное расстояние можно увидеть действительные размеры светящегося объекта.
Из-за свойства фотонов разбегаться во все стороны мы видим перспективу. Свет имеет силу давления и силу притяжения, что свойствено, скорее частицам, нежели волнам. Свет от слабого источника (менее яркого) заглушается светом от сильного источника (более яркого) .
Из-за того, что свет от источников неполяризован и происходит затухание, а не сложение (усиление) света от разных источников.
Это явление используется в светотехнике. Одна 75 ваттная лампа накаливания горит также ярко как 6 25-ти ваттных лампочек накаливания.
Так проявляет себя волновая сущность света.
Когда свет рассматривают как частицу, то, соответственно всем ясно, что частица не может быть бесконечной. Потому она имеет какой-то размер, и она есть дискрета. Когда свет рассматривают как волны, то волны эти излучаются порциями.
Эти порции и называются фотонами. Рисунки. 1. Если регистраторы разнесены, то можно узнать действительный размер светящего объекта.
Обычно достаточно иметь всего два регистратора.
Дополнительные помогают не просто измерить, а ещё и увидеть светящийся объект, после сборки полученных фрагментарных изображений. 2. Так выглядел бы свет в поперечном разрезе вокруг источника света, если бы рассматривался как волны. Без поперечного разреза это выглядело бы как множество шаров вложенных друг в друга (наподобии матрёшек) .
Так же излучает электромагнитные волны (диапазон радиоволн) обычный сотовый телефон расспространяя их равномерно во все стороны. 3. а) Дифракционная решётка помогает увидеть как сквозь неё отклоняется свет. Это т. н. , картонный прямоугольник, в котором прорезают различной ширины щели (чёрные полоски на рисунке) .
Дифракционную решётку поднимают на небольшое расстояние над поверхностью (20 см и меньше, если не ошибаюсь) и освещают сверху. И смотрят на получившуюся тень. Дифракция, получается, что-то наподобии отклонения.
б) Если источник света больше физического объекта, то его тень на другом более массивном чем он сам объекте будет уменьшаться при приближении к нему. Т. н. , если самолёт поднимается высоко вверх, то его тень на поверхности Земли уменьшается. Ведь он меньше Солнца. На рисунке показан кругляшок, а не самолёт… 🙂 в) Пример того, как свет отклоняется.