Фотоны в физике

Фотон. Корпускулярно –волновой дуализм

• Современная квантовая оптика представляет свет как распространение квантов света – фотонов.
• Фотон – это одна из элементарных частиц.

Основная характеристика фотона – его энергия.

• Согласно теории относительности энергия всегда связана с массой соотношением:

• Так как энергия фотона равна:

• То, следовательно, его масса получается равной:

• ВАЖНО:
• У фотона нет массы покоя, он не существует в состоянии покоя и при рождении сразу имеет скорость!

• Так как фотон обладает массой и скоростью, значит фотон обладает импульсом.

• Направление вектора импульса фотона совпадает с направлением распространения света.

• Чем больше частота, тем больше энергия и импульс фотона и тем отчетливее проявляются корпускулярные свойства света.

• Законы теплового излучения и фотоэффекта можно объяснить только на основании представления, согласно которому свет – это поток частиц – фотонов.

• Однако явления интерференции и дифракции света свидетельствуют и о волновых свойствах света.

Что же представляет собой свет – поток фотонов или непрерывные электромагнитные волны?

• «Неужели мы должны считать свет состоящим из корпускул в понедельник, вторник и среду, пока мы проводим опыты с фотоэффектом… и представлять себе его волнами в четверг, пятницу и субботу, когда мы работаем с явлениями дифракции и интерференции?» – так эмоционально поставил этот вопрос английский физик Уильям Брэгг.

Корпускулярно- волновой дуализм (двойственность)

• Свет одновременно обладает свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных частиц.

Корпускулярно – волновой дуализм

Волновые свойства проявляются при распространении света

Корпускулярные свойства проявляются при взаимодействии с веществом ( при излучении и поглощении)

Выводы:

Фотон – элементарная частица, не имеющая массы покоя и электрического заряда, но обладающая энергией и импульсом.

Фотон – это квант электромагнитного поля, которое осуществляет взаимодействие между заряженными частицами.

Поглощение и излучение электромагнитной энергии отдельными порциями – проявление корпускулярных свойств электромагнитного поля.

Двойственность или корпускулярно-волновой дуализм – общее свойство материи, проявляющееся на микроскопическом уровне.

• Свет оказался очень сложным явлением. Мы не в силах представить сочетание волновых и корпускулярных свойств в одном объекте, так как волна и частица имеют разные свойства. Следует просто смириться с тем, что волновые и корпускулярные свойства – это различные стороны природы света, которые мы хотим объяснить на основе известных нам моделей.