物理学における光子とは?
光子は「エネルギーの束」
ピクチャーガーデン、ゲッティイメージズ
あ 光子 離散束として定義された光の粒子です (または 量子 ) 電磁 (または光) エネルギーの。光子は常に動いており、真空 (完全に空の空間) では、すべての観測者に対して一定の光速度を持っています。光子は真空で移動します 光の速度 (より一般的には単に光速と呼ばれる)の c = 2.998×108MS。
光子の基本特性
光の光子理論によると、光子:
- 同時に粒子と波のように振る舞う
- 一定に動く 速度 、 c = 2.9979 × 108m/s (つまり、「光の速度」)、空の空間で
- ゼロ質量と静止エネルギーを持つ
- 周波数にも関連するエネルギーと運動量を運ぶ ( いいえ） と波長 （名詞） 式で表される電磁波の と = いいえ と p = 時間 / ラムダ .
- 放射線が吸収/放出されると、破壊/生成される可能性があります。
- 電子や他の粒子との粒子のような相互作用 (つまり、衝突) を持つことができます。 コンプトン効果 光の粒子が原子と衝突し、電子が放出されます。
光子の歴史
光子という用語は ギルバート・ルイス 1926 年に、離散粒子の形の光の概念は何世紀にもわたって存在し、ニュートンの光学科学の構築で形式化されていました。
しかし、1800 年代には、 波動特性 光の 電磁放射 一般的に) 明白になり、科学者は本質的に光の粒子理論を窓の外に投げ出しました.まではなかった アルバート・アインシュタイン を説明した 光電効果 そして、粒子理論が戻ってきた光エネルギーを量子化する必要があることに気付きました。
波動粒子双対性の概要
前述のように、光は波と粒子の両方の性質を持っています。これは驚くべき発見であり、確かに私たちが通常物事を知覚する方法の範囲外です.ビリヤード ボールは粒子として機能し、海は波として機能します。光子は常に波動と粒子の両方として機能します (特定の時点でどちらの特徴がより明白であるかに応じて、「波である場合も粒子である場合もある」と言うのは一般的ですが、基本的には正しくありません)。
これの効果の1つにすぎない 波動粒子双対性 （また 粒子波双対性 ) は、光子は粒子として扱われますが、波力学に固有の周波数、波長、振幅、およびその他の特性を持つように計算できるということです。
楽しいフォトンの事実
光子は 素粒子 、質量がないにもかかわらず。光子のエネルギーは、他の粒子との相互作用で移動 (または作成) できますが、それ自体では減衰しません。光子は電気的に中性であり、その反粒子である反光子と同一の希少粒子の 1 つです。
光子はスピン 1 粒子 (ボソンを作る) であり、スピン軸は進行方向 (「左手」または「右手」の光子に応じて前方または後方) に平行です。この機能により、光の偏光が可能になります。