Фотоны — это мельчайшие частицы электромагнитной энергии, а значит, и света. Они могут двигаться со скоростью света, поскольку не имеют массы (согласно теории относительности). Кроме того, фотоны не имеют заряда. Фотоны охватывают весь спектр электромагнитного излучения, включая радиоволны, гамма-лучи и видимый свет.
Как и многие частицы, подчиняющиеся законам квантовой механики, фотоны обладают характеристиками как волн, так и частиц. Они движутся волнообразно, при этом локальные электрическое и магнитное поля колеблются, регулярно меняя интенсивность.
Энергия фотонов определяет тип электромагнитного излучения, которое они переносят. Фотоны низкой энергии передают радиоволны, называемые длинноволновыми, потому что их волны имеют значительное расстояние между пиками. Фотоны высокой энергии переносят гамма-волны, коротковолновые из-за близкого расположения пиков.
Ученые обнаружили, что фотоны одновременно являются волнами и частицами, что стало важной частью квантовой механики. Исаак Ньютон считал свет частицами из-за его отражения от поверхностей, в то время как Христиан Гюйгенс предположил, что свет — это волна, основываясь на его распространении через маленькое отверстие. Волновая модель Гюйгенса получила подтверждение в экспериментах 1800-х годов.
В 1900 году Макс Планк предположил, что фотоны должны быть частицами, изучая поведение излучения. Это позволило Эйнштейну в 1905 году предположить, что свет одновременно является частицей и волной. Его объяснение основывалось на фотоэлектрическом эффекте, где металл испускает электроны под воздействием света. Эйнштейн показал, что интенсивность света зависит от количества фотонов, а частота (или цвет) света — от энергии каждого фотона.
Интересные факты:
- Фотоны могут поглощаться веществом, преобразуя свет в тепло. Это объясняет, как солнечный свет нагревает предметы на Земле.
- Альберт Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике в 1922 году за свои работы по фотонам и электромагнитному излучению.