โดย Paul Sutter เผยแพร่เมื่อ 10 มีนาคม 2022 สล็อตเว็บตรง โฟตอนมีแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและทําหน้าที่เป็นทั้งอนุภาคและคลื่น
Abstract representation of photons_Dizzo via Getty Images
การแสดงนามธรรมของโฟตอน (เครดิตภาพ: ดิซโซ่ผ่านเก็ตตี้อิมเมจ)
ข้ามไปที่:
การค้นพบโฟตอน
โฟตอนเป็นอนุภาคหรือไม่?
โฟตอนมีมวลและโมเมนตัมหรือไม่?
โฟตอนได้สัมผัสกับเวลาหรือไม่?
โฟตอนได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงหรือไม่?
แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม
บรรณานุกรม
โฟตอนเป็นอนุภาคย่อยพื้นฐานที่มีแรงแม่เหล็กไฟฟ้าหรือในแง่ที่ง่ายกว่าพวกเขาเป็นอนุภาคแสง (และอื่น ๆ อีกมากมาย) โฟตอนยังเป็น “ควอนตัม” หรือหน่วยพื้นฐานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ทุกคนถูกล้อมรอบด้วยโฟตอน: แสงที่มาจากหน้าจอที่คุณกําลังดูประกอบด้วยโฟตอนแพทย์รังสีเอกซ์ที่ใช้ในการดูกระดูกทําจากโฟตอนวิทยุในรถได้รับสัญญาณจากโฟตอนและแม่เหล็กในตู้เย็นใช้โฟตอนเพื่อถือตัวเองขึ้น
เช่นเดียวกับอนุภาคย่อยอื่น ๆ โฟตอนแสดงความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นซึ่งหมายความว่าบางครั้งพวกมันมีพฤติกรรมเป็นอนุภาคเล็ก ๆ และบางครั้งพวกมันก็ทําหน้าที่เป็นคลื่น โฟตอนไม่มีมวลทําให้สามารถเดินทางด้วยความเร็วแสงในสุญญากาศ (299,792,458 เมตรต่อวินาที) และสามารถเดินทางในระยะทางที่ไม่มีที่สิ้นสุด
การค้นพบโฟตอน
แม้ว่านักฟิสิกส์ได้ศึกษาธรรมชาติของแสงมานานหลายศตวรรษ แต่ข้อโต้แย้งก็ย้อนกลับไปมาว่าแสงทําจากอนุภาคเล็ก ๆ หรือเป็นคลื่นเหมือนคลื่นในธรรมชาติ อย่างไรก็ตามในช่วงปลายทศวรรษที่ 1800 ผลงานบุกเบิกของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Max Planck ได้เปลี่ยนภาพทั้งหมด
การเชื่อมโยงผู้สนับสนุน
เธอขายเตียงนอนของลูกสาว แต่คนที่ซื้อไปกลับพบเรื่องที่น่าประทับใจ!
เดอะ ทราเวล บรีซ
แพลงค์กําลังศึกษาสิ่งที่เรียกว่ารังสีแบล็กบอดี้หรือแสงจากอุปกรณ์พิเศษที่ปล่อยแสงที่ความถี่ทั้งหมดอย่างมีประสิทธิภาพที่สุด จนกระทั่ง Planck ไม่มีใครสามารถอธิบายสเปกตรัมของแสงที่มาจากอุปกรณ์เหล่านี้ได้ดังนั้น Planck จึงเพิ่ม “แก้ไข” ลงในสมการ โดยสมมติว่าแสงสามารถปล่อยออกมาได้เฉพาะในชิ้นที่ไม่ต่อเนื่องของพลังงานที่เรียกว่าควอนตาเขาสามารถพัฒนาสูตรที่อธิบายสเปกตรัมแบล็กบอดี้ได้อย่างสมบูรณ์แบบตาม HyperPhysics
วิดีโอแนะนําสําหรับคุณ…
นักฟิสิกส์ไม่แน่ใจว่าจะทําอย่างไรกับผลของ Planck แต่หลายปีต่อมาอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ก็ก้าวไปอีกขั้นหนึ่ง เพื่ออธิบายผลตาแมวซึ่งเป็นการปล่อยอิเล็กตรอนจากโลหะเมื่อแสงส่องแสงบนมันไอน์สไตน์เสนอว่าแสงนั้นประกอบด้วยชิ้นเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่ไม่ต่อเนื่องตามสมาคมกายภาพอเมริกัน เมื่อเวลาผ่านไปชิ้นเล็ก ๆ เหล่านั้นกลายเป็นที่รู้จักกันในชื่อโฟตอน
การทํางานของ Planck, ไอน์สไตน์และอื่น ๆ เพื่อศึกษาลักษณะของการเตะแสงเริ่มต้นการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม
Photoelectric effect – emission of electrons when photons hit a metal surface. petrroudny via Getty Images
ผลตาแมว – การปล่อยอิเล็กตรอนเมื่อโฟตอนกระทบพื้นผิวโลหะ (เครดิตภาพ: petrroudny ผ่าน Getty รูปภาพ)
โฟตอนเป็นอนุภาคหรือไม่?
พูดอย่างเคร่งครัดโฟตอนไม่ใช่อนุภาคหรือคลื่น พวกเขาเป็นการรวมกันของทั้งสองอย่าง ในบางสถานการณ์ธรรมชาติที่เหมือนอนุภาคของพวกเขาออกมามากขึ้นและในคนอื่น ๆ ธรรมชาติเหมือนคลื่นของพวกเขามีความชัดเจนมากขึ้น
ตัวอย่างเช่นเครื่องตรวจจับสามารถลงทะเบียนการมาถึงของโฟตอนเดียวซึ่งจะปรากฏเป็นอนุภาคเหมือนจุด กระบวนการที่เรียกว่าการกระเจิงของคอมพ์ตันเกี่ยวข้องกับโฟตอนที่โดดเด่นอิเล็กตรอนและในสถานการณ์นั้นโฟตอนทําหน้าที่เป็นอนุภาค
อย่างไรก็ตามมันเป็นไปไม่ได้ที่จะทํานายว่าโฟตอนจะโจมตีเครื่องตรวจจับที่ไหนหรือเมื่อใด ในกลศาสตร์ควอนตัมเราสามารถกําหนดความน่าจะเป็นให้กับเหตุการณ์เท่านั้น เหตุการณ์เหล่านั้นถูกจําลองโดยสมการสําหรับคลื่นโดยมีจุดสูงสุดในคลื่นที่สอดคล้องกับภูมิภาคที่มีความน่าจะเป็นสูงที่จะได้รับโฟตอนและรางที่สอดคล้องกับภูมิภาคที่มีความน่าจะเป็นต่ําตาม AccessScience โดย McGraw Hill
แนวคิดนี้เป็นตัวอย่างที่ดีที่สุดจากการทดลองร่องคู่ที่มีชื่อเสียงซึ่งทําให้ธรรมชาติของอนุภาคคลื่นคู่ของแสงแข็งตัว (และในที่สุดอนุภาคย่อยอื่น ๆ ) เมื่อแสงผ่านหน้าจอที่มีสองช่องตัดเข้าไปในนั้นมันจะรูปแบบการรบกวนบนเครื่องตรวจจับที่ด้านอื่น ๆ ของหน้าจอที่ยอดของคลื่นเรียงรายกันในบางสถานที่และที่ยอดเขาและรางยกเลิกซึ่งกันและกันในคนอื่น ๆ แม้ว่าโฟตอนเพียงตัวเดียวจะผ่านหน้าจอในแต่ละครั้ง โดยโฟตอนแต่ละตัวจะทําหน้าที่เหมือนอนุภาค แต่รูปแบบการรบกวนที่เกิดขึ้นบนเครื่องตรวจจับเป็นรูปแบบเดียวกันที่จะเกิดขึ้นหากคลื่นผ่านร่องแทน
Diffraction of light. Double slit experiment. Young light wave theory.
การทดลองแบบสองช่องแสดงให้เห็นว่าแสงทําหน้าที่เหมือนอนุภาคและคลื่น (เครดิตภาพ: เกรย์เจย์ผ่าน Shutterstock)
โฟตอนมีมวลและโมเมนตัมหรือไม่?
โฟตอนมีมวลเป็นศูนย์ซึ่งช่วยให้พวกเขาเดินทางด้วยความเร็วที่เร็วที่สุดในจักรวาลความเร็วของแสง อย่างไรก็ตามพวกเขามีพลังงานและโมเมนตัม พลังงานของโฟตอนจะได้รับจากค่าคงที่ของ Planck คูณความถี่ของแสงและโมเมนตัมของโฟตอนจะได้รับจากค่าคงที่ของ Planck คูณความถี่ของแสงคูณความเร็วของแสงตามเว็บไซต์การศึกษาด้านพลังงานของมหาวิทยาลัยคาลการี
ความจริงที่ว่าโฟตอนมีโมเมนตัมช่วยให้มีการใช้งานที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่นใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนทดลองที่ใช้แสงแดดเพื่อผลักดันยานอวกาศ ตามที่นาซ่าโฟตอนจากดวงอาทิตย์กระเด้งออกจากใบเรือสะท้อนจึงให้โมเมนตัมของพวกเขาในการแล่นเรือและย้ายยานอวกาศ
โฟตอนได้สัมผัสกับเวลาหรือไม่?
ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับอัตราการผ่านกาลเวลามาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ซึ่งระบุว่าวัตถุที่เดินทางใกล้ชิดและใกล้ชิดกับความเร็วของแสงจะพบอัตราที่ช้าลงและช้าลงของกาลเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่งนาฬิกาเคลื่อนที่ทํางานช้าๆตามที่ John D. Horton แห่งมหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์ก
โฆษณา
อย่างไรก็ตามคณิตศาสตร์ของสัมพัทธภาพพิเศษใช้กับวัตถุที่เดินทางช้ากว่าความเร็วของแสงและไม่ใช้กับโฟตอนโดยตรงซึ่งเดินทางด้วยความเร็วแสง ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่าโฟตอน “ประสบการณ์” ในแง่ของการไหลของเวลาเพราะนักวิทยาศาสตร์ไม่มีภาษาทางคณิตศาสตร์ที่จะสนับสนุนมัน อีกวิธีหนึ่งที่จะใส่นี้คือแนวคิดของการไหลของเวลาไม่มีความหมายต่อโฟตอน
โฟตอนได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงหรือไม่?
เรื่องที่เกี่ยวข้อง
-รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร?
—7 วิธีที่ไอน์สไตน์เปลี่ยนโลก
—8 วิธีที่คุณสามารถเห็นทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ในชีวิตจริง
เนื่องจากโฟตอนมีทั้งพลังงานและโมเมนตัมจึงได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วง ภายใต้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ซึ่งเป็นความเข้าใจที่ทันสมัยของเราเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงอะไรก็ได้ที่มีพลังงานรูปแบบใด ๆ (รวมถึงมวลโมเมนตัมและแรงบิด) ได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วง โดยเฉพาะอย่างยิ่งอนุภาคที่ไม่มีมวลเช่นโฟตอนตาม “geodesics” ซึ่งเป็นเส้นทางที่มีระยะทางขั้นต่ําจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งตาม EarthSky
ในความสัมพันธ์ทั่วไปพื้นที่เวลาโค้งเนื่องจากอิทธิพลของวัตถุขนาดใหญ่ สิ่งนี้สามารถทําให้เส้นทาง “ระยะทางต่ําสุด” เป็นเส้นโค้งเช่นเดียวกับที่เครื่องบินไอพ่นต้องเดินตามเส้นทางโค้งเพื่อตรงจากเมืองหนึ่งไปยังอีกเมืองหนึ่งเพราะโลกเองก็โค้ง
ความโค้งของเวลาอวกาศมีผลต่อโฟตอนในหลายวิธี เมื่อโฟตอนกําลังเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งไปยังพื้นที่ที่มีแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอกว่าพวกมันจะสูญเสียพลังงานซึ่งลดความถี่ของพวกเขาลงสู่ปลายสีแดงของสเปกตรัม เมื่อโฟตอนผ่านใกล้วัตถุขนาดใหญ่ทิศทางการเคลื่อนที่ของพวกมันจะเปลี่ยนไป สล็อตเว็บตรง
