دانشنامهمفهوم
فوتون Photon
فوتون کوچکترین بستهٔ ممکن از انرژی نور و هر تابش الکترومغناطیسی دیگر است؛ ذره‌ای بیجرم که همیشه با سرعت نور حرکت میکند.
نام‌های دیگر: ذره نور، فوتون چیست
فوتون «دانهٔ نور» است. وقتی لامپ روشن میشود یا ستاره‌ای می‌درخشد، در واقع شمار بسیار زیادی فوتون به چشم ما می‌رسد. هر فوتون یک مقدار مشخص انرژی دارد و نمی‌توان آن را به تکه‌های کوچک‌تر شکست.
فوتون ذره‌ای بنیادی است و نور و همهٔ بخش‌های طیف الکترومغناطیسی، از امواج رادیویی تا پرتو گاما، از فوتونها ساخته شدهاند. تفاوت یک فوتون رادیویی با یک فوتون پرتو ایکس تنها در انرژی آن است.
انرژی فوتون چقدر است؟
انرژی هر فوتون با بسامد آن متناسب است: هرچه بسامد بیشتر (طول موج کوتاه‌تر) باشد، فوتون پرانرژی‌تر است. این رابطه را ماکس پلانک و سپس آلبرت اینشتین به‌دست آوردند:
در این رابطه $h$ ثابت پلانک و $\nu$ بسامد است. به همین دلیل یک فوتون فرابنفش پرانرژی‌تر از یک فوتون نور سرخ است.
فوتون چگونه ایده‌ای انقلابی شد؟
اینشتین در سال ۱۹۰۵ برای توضیح اثر فوتوالکتریک پیشنهاد کرد که نور در بسته‌های گسسته جذب و گسیل میشود. این ایده یکی از پایه‌های مکانیک کوانتومی شد و جایزهٔ نوبل ۱۹۲۱ را برای او آورد. نام «فوتون» را بعدها گیلبرت لوئیس در سال ۱۹۲۶ پیشنهاد کرد.
ویژگی‌های فوتون
- جرم ندارد و در خلأ همیشه با سرعت نور حرکت میکند.
- بار الکتریکی ندارد.
- حامل نیروی الکترومغناطیسی است؛ یعنی ذرات باردار با مبادلهٔ فوتون بر هم نیرو وارد می‌کنند.
- هم رفتار موجی دارد و هم رفتار ذره‌ای.
فوتون در ستاره‌شناسی
تمام اطلاعاتی که از اجرام دوردست داریم از فوتون‌هایی می‌آید که میلیون‌ها یا میلیاردها سال در فضا سفر کرده‌اند. تلسکوپ‌ها در واقع فوتون جمع می‌کنند و هرچه سطح جمع‌کنندهٔ آن‌ها بزرگ‌تر باشد، فوتون بیشتری می‌گیرند و اجرام کم‌نورتر را می‌بینند.
پرسش‌های رایج
### فوتون چیست؟
فوتون ذرهٔ بنیادی نور است؛ کوچکترین مقدار انرژی که یک تابش الکترومغناطیسی میتواند حمل کند. نور مرئی، امواج رادیویی و پرتو ایکس همگی از فوتون ساخته شدهاند.
### آیا فوتون جرم دارد؟
نه، فوتون جرم سکون ندارد. با این حال انرژی و تکانه دارد و میتواند به جسم فشار وارد کند؛ اصل بادبان‌های خورشیدی همین است.
### فوتون موج است یا ذره؟
فوتون هر دو رفتار را نشان میدهد. در آزمایشهای تداخل مانند موج عمل میکند و در برخورد با آشکارساز به شکل بستهٔ جداگانهٔ انرژی ثبت میشود.
### چرا فوتونها همیشه با سرعت نور میروند؟
چون فوتون جرم ندارد و هر ذرهٔ بیجرم در خلأ ناگزیر با سرعت نور حرکت میکند. فوتون در خلأ هرگز نمیایستد یا کند نمیشود.
فکت علمی