تعد الفوتونات من أهم الجسيمات التي اكتشفها العلماء في كلية الفيزياء.
في هذا المقال سنتعرف على جميع المعلومات عن الفوتونات، من وجهة نظر كيفية اكتشافها، والعلماء الذين اكتشفوها، وتاريخ اكتشافها، وخصائصها الفيزيائية واسمها تحت هذا الاسم.
معلومات عن الفوتون في الفيزياء وتعريفه
- الفوتون هو جسيم أولي للطاقة الكهرومغناطيسية يحمل القوة الكهرومغناطيسية.
- كما أنه يسهل على الباحثين ملاحظة قوة الفوتون على المستويين المجهري والعياني.
- هذا لأن الفوتون ليس له كتلة ثابتة تسمح له بالتفاعل عبر مسافات طويلة مثل أي جسيم أولي.
- يمتلك الفوتون أيضًا خاصية تجمع بين الموجة والجسيم، تسمى الازدواجية.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن لجسيم واحد أن ينكسر ويتدخل تحت العدسات.
- بالإضافة إلى قدرته على إعطاء نتيجة محددة عند تحديد مركزه.
إقرأ أيضاً: دراسة قانون التهجير
علم الفوتون في الفيزياء
- اتفق كل من ابن الهيثم وإسحاق نيوتن على أن الضوء عبارة عن تيار من الجسيمات الصغيرة جدًا التي تفتقر إلى جميع الخصائص الحسية باستثناء الطاقة.
- مع حلول القرن التاسع عشر، تمكن كل من توماس يونغ وفرينل أوغست من تفسير ظاهرة انكسار الضوء وتداخله.
- هذا هو المكان الذي ولدت فيه فكرة الموجة، وفي العام تنبأ جيمس كلارك بأن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية.
- تم اكتشاف الفوتون في عام 1990 عندما وصف ماكس بلانك الضوء بأنه تيارات من الجسيمات تسمى الكمان.
- لا يمكن تقسيم طاقة الحزمة والحزمة.
- كما لاحظ أنطون ليونارد في عام 1902، فإن كمية الطاقة المنقولة إلى الإلكترون تعتمد فقط على لون الضوء.
- استنتج العالم ألبرت أينشتاين أيضًا في عام 1905 أن طاقة الفوتون تعتمد على طول موجته، لأن فوتون من الضوء البنفسجي له طاقة أكبر من فوتون الضوء الأحمر.
- هذا لأن الطول الموجي للبنفسجي أعلى من الطول الموجي للأحمر.
- كما توصل العالم آرثر كومبتون في عام 1922 إلى استنتاج مفاده أن الفوتونات ليست سوى جسيمات.
- أيضًا، عندما تصطدم فوتونات الأشعة السينية بإلكترون، فإنها تتنافر وتتباعد، وتتخلى الفوتونات عن بعض طاقتها للإلكترون.
- ينتقل الفوتون في الفراغ بسرعة 299792458 مترًا في الثانية وتكون سرعته ثابتة ولا تتغير السرعة حتى يدخل وسطًا آخر.
- يتم إنشاء الفوتون في الغلاف الإلكتروني للذرة عندما تتعرض الذرة للطاقة الحرارية.
- يصل أحد إلكتروناته إلى طاقة، وينتقل إلى مستوى طاقة أعلى، تاركًا وراءه فرقًا في الطاقة على شكل فوتون بتردد وطول موجي معينين.
- الفوتونات هي أشعة كهرومغناطيسية، يمكن رؤية بعضها وتصنيفها على أنها أشعة مرئية، بينما بعضها غير مرئي ويتم تصنيفها على أنها أشعة سينية.
- لديها معدل نقل مرتفع للغاية لأن الأشعة السينية تنتج عندما يقفز إلكترون من مستوى طاقته إلى الفضاء الفارغ بالقرب من النواة.
- هناك أيضًا عدد من الفوتونات التي تكون طاقتها عالية للغاية، حيث تصل إلى عدة ملايين من الإلكترونات، مثل أشعة جاما التي تنشأ في نواة الذرة.
تسمية الفوتون في الفيزياء
- عندما استنتج ماكس بلانك في عام 1900 أن الطاقة في الموجات الكهرومغناطيسية تتوزع في حزم صغيرة، أطلق عليها اسم الكم، أي جمع كلمة الكم.
- في عام 1905، خلص ألبرت أينشتاين أيضًا إلى أن الطاقة في الموجات الكهرومغناطيسية تتحرك في شكل حزم من الطاقة، وأطلق عليها اسم كمية الضوء.
- أما بالنسبة لكلمة فوتون، فقد ظهرت عندما نشر جيلبرت لويس نظرية تكهنية في عام 1926 تنص على أن الفوتونات لا تُخلق ولا تتلف.
- على الرغم من عدم قبول هذه النظرية من قبل العديد من الفيزيائيين، فقد تم استخدام اسم الفوتون مباشرة بعد نشر النظرية.
- غالبًا ما يُشار إلى الفوتون بالرمز Y بعد اكتشاف أشعة جاما بواسطة Paul Villar في عام 1999.
الخصائص الفيزيائية للفوتون
- لا توجد شحنة كهربائية للفوتون، لكنها مستقرة.
- ليس للفوتون كتلة، لكنه جسيم متحرك.
- وبالمثل، لا يتحلل الفوتون في الفضاء الخالي.
- أيضًا، الفوتون هو بوزون يحمل القوة الكهرومغناطيسية.
- جميع الأعداد الكمومية للفوتون هي صفر.
- يمكن تدميرها أو إنشاؤها بواسطة عدد من العمليات الطبيعية عن طريق امتصاص الضوء أو انبعاثه.
- يمكن أن تتفاعل أيضًا مع العديد من الجسيمات الأخرى مثل الإلكترونات.
- ظهرت الفوتونات لأول مرة منذ 15 مليار سنة خلال الانفجار العظيم.
- توجد الفوتونات ليس فقط في ضوء الشمس، ولكن أيضًا في العديد من الأشعة، وبشكل أساسي:
- الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية وموجات الراديو والبث التلفزيوني.
- وكذلك إشعاع أفران الميكروويف.
قد تكون مهتمًا بـ: استكشاف قانون كيرشوف في الفيزياء
وظائف الفوتون
- تتمثل الوظائف الأساسية للفوتونات في نقل أشعة الضوء ونقل الضوء إلى العين حتى تحدث عملية الرؤية.
- تستخدم في المنتجات الطبية.
- موجات البث الإذاعي والتلفزيوني في القنوات الإذاعية.
- تُستخدم الفوتونات في أجهزة فحص المطارات وأجهزة الأمن وفحص الأمتعة.
- الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
- توجد في جميع أجهزة التحكم عن بُعد، مثل أجهزة التحكم عن بُعد الخاصة بالتلفزيون.
- والأدوات المستخدمة لإدارة الأجهزة.
أهم مميزات الفوتونات
- من أهم ميزات هذه الفوتونات أنها موجودة في العديد من الأماكن حولنا حول العالم.
- ولا يمكنهم الاصطدام ببعضهم البعض، لأنهم إذا اصطدموا، فلن نكون قادرين على رؤية الأضواء ولن نكون قادرين على إنشاء محطات فضائية.
- العلاقة بين الطاقة والزخم للفوتون هي “E = pc”، حيث “E” هي الطاقة، و “p” هي مقدار متجه الزخم، و “c” هي سرعة الضوء.
- للفوتون أيضًا دوران مستقل عن تردده.
- من المقبول الآن أن الفوتون عديم الكتلة، ولكن إذا كان الفوتون عديم الكتلة، فلا يمكنه السفر بسرعة c في الفراغ.
- بدلاً من ذلك، يجب أن تكون سرعتها أقل وتعتمد على ترددها.
- لكن من الواضح والمعروف عن “ج”، لأن سرعة الضوء خطأ، وثابت طبيعي، وهي السرعة القصوى التي يمكن لأي جسم أن يتحرك بها نظريًا.
- إذن لا تزال سرعة الموجات في الجاذبية وموجات الجاذبية، لكنها ليست سرعة الفوتونات.
- أظهرت تجارب كومبتون أن الطاقة والزخم محفوظان جيدًا في العمليات الأولية.
- وأنه تمت فهرسة اهتزاز الإلكترون وتوليد فوتون جديد في غضون 10 بيكو ثانية، عندما وضع بور وزملاؤه نقطة الشرف في نموذجهم.
- ومع ذلك، فإن فشل نموذج نظرية بوهر كرامرس سلاتر ألهم الفيزيائي فيرنر هايزنبرغ لتطوير ميكانيكا المصفوفة.
- حاول العديد من الفيزيائيين أيضًا تطوير نماذج شبه تقليدية تصف الإشعاع الكهرومغناطيسي بأنه غير مكم.
- تخضع المادة أيضًا لقوانين ميكانيكا الكم.
- على الرغم من أن الدليل على وجود الفوتونات من التجارب الفيزيائية والكيميائية كان ساحقًا، فلن يتم قبوله كاستنتاج مطلق.
- ومع ذلك، نظرًا لاعتمادها على تفاعل الضوء والمادة، فقد دحضت تمامًا جميع النظريات شبه التقليدية المعقدة للمادة في السبعينيات والثمانينيات.
- بعد التجارب التي شملت الفوتون، نُشرت نظرية أينشتاين القائلة بأن التكميم هو خاصية للضوء نفسه تم إثباته.
اقرأ أيضًا: موضوع التعبير للفيزيائيين مكتمل
لذلك قدمنا جميع المعلومات حول الفوتون في فيزياء الفوتون من حيث كيفية اكتشافهم والعلماء الذين اكتشفوه وتاريخ اكتشافهم.
كما نطلب منك مشاركة هذه المقالة على جميع وسائل التواصل الاجتماعي لصالح الجميع. كن بصحة جيدة.