فوتون
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح,
البحث
فوتون
|
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
|
فوتونات منبعثة في حزمة مترابطة من الليزر
|
| التكوين: | جسيم أولي |
| العائلة: | بوزون |
| المجموعة: | بوزون قياسي |
| التفاعل: | كهرومغناطيسية |
| واضع النظرية: | ألبرت أينشتاين |
| الرمز: | γ, hν, أو ħω |
| الكتلة: | 0 |
| متوسط العمر: | مستقر[1] |
| الشحنة الكهربائية: | 0 |
| الدوران: | 1 |
الفوتون (بالإنجليزية: Photon) هو الجسيم الأولي المسؤول عن الظواهر الكهرومغناطيسية والوحدة الأساسية للضوء وجميع أشكال الاشعاع الكهرومغنطيسي الأخرى. يحمل الفوتون موجات كل أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي كما أنه ناقل القوة للقوة الكهرومغنطيسية. ويختص بكونه معدوم كتلة السكون، ومعدوم الشحنة الكهربائية، بالإضافة لكونه يتنقل في الفراغ بسرعة الضوء.
إن المفهوم الحديث للفوتون كان قد طور تدريحيا من قبل البرت اينشتين لما لاحظ من التجارب وجود اختلاف عن النموذج الكلاسيكي للموجة كان من أهمها اعتمادية طاقة الضوء على تردد الفوتون، اتزان المادة والاشعاع حراريا وخواص اشعاع الجسم الأسود.
أما في النموذج المعياري الحديث لفيزياء الجسيمات، فإن الفوتونات تمثل نتاجا هاما للقوانين الفيزيائية التي لها تماثل معين في كل نقطة من الزمكان.
لقد قاد مفهوم الفوتون إلى تقدم مفاجئ في الفيزياء النظرية والتجريبية
مثل الليزر، نظرية الحقل الكمي، وإحصاء بوز-آينشتين. في الوقت الحاضر هناك
دراسات حول الفوتونات كعناصر لحواسيب الكم والتطبيقات المعقدة في الاتصالات
الضوئية مثل علم التشفير الكمي.
كبقية الجسيمات في ميكانيكا الكم، يتصرف الفوتون على أنه موجة أو جسيم (مثنوية موجة-جسيم)، وهو يختزن كمًا محددًا من الطاقة حسب المعادلة:
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]،
حيث
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] هو ثابت بلانك، و
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] سرعة الضوء، و
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] طول الموجة.
محتويات
[أخف]
- 1 تطور تاريخي
- 1.1 اكتشاف الفوتون
2 الفوتون في الفراغ
3 كيف ينشأ الفوتون
4 التسمية
5 الخصائص الفيزيائية
5.1 الكتلة
6 انظر أيضاً
7 وصلات خارجية
8 ملاحظات
9 المصادر والمراجع
|
[عدل] تطور تاريخي| النموذج العياري لفيزياء الجسيمات |
| [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] |
النموذج العياري
[[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]]العلماء
|
فاينمان · سودرشان · مارشاك · جيلمان · ساكاتا · جلاشو · زفايج · نامبو · هان · كابيبو · واينبرج · عبدالسلام · ماكوتو · هوفت · ماساكاوا · ويلزك · هولتيزر · فيلتمان · غروس · |
|
| عرض · نقاش · تعديل |
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] مقال تفصيلي :ضوء
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]أظهرت تجربة الشق المضاعف لتوماس ينغ في 1805 أن الضوء يمكن أن يتصرف مثل الموجة, مساندة بذلك في هزيمة نظريات الجسيم المبكرة للضوء.
كانت أغلب النظريات حتى القرن الثامن عشرتصف الضوء على أنه ناشئ عن جسيمات. أحد هذه النظريات المبكرة كانت قد وصفت في
كتاب البصريات (1021) لابن الهيثم, الذي اعتبر أن أشعة الضوء عبارة عن تيارات من جسيمات صغيرة جداً والتي تفتقر لكل المؤهلات الحسية عدا الطاقة.
[2] كان هذا رأي اسحق نيوتن أيضا في طبيعة الضوء. لما كانت نماذج الجسيم غير قادرة على تفسير الانكسار, الحيود والانكسار المزدوج للضوء, فقد تم اقتراح نظريات الموجة للضوء من قبل رينيه ديكارت (1637),
[3] روبرت هوك (1665),
[4] وكريستيان هايغنز (1678);
[5] ,بالرغم من ذلك, ظلت نماذج الجسيم هي الغالبة, بشكل رئيسي لتأثير إسحق نيوتن.
[6] في أوائل القرن التاسع عشر, شرح كل من توماس ينغ وفرسنل أوغست بوضوح عملية تداخل وانكسار الضوء ومع العام 1850 تم قبول نماذج الموجة عموما.
[7] في 1865, تنبؤات جيمس كلرك ماكسويل
[8] بأن الضوء عبارة عن موجة كهرطيسية والذي تأكد تقريبا في 1888 بواسطة تحسس موجات الراديو من قبل هنريك هيرتز'
[9]—بدا أنها آخر صيحة لنماذج الضوء الجسيمية.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]في 1900, ماكسويل النموذج النظري للضوء على أنه تذبذب مجالين كهربائي ومغناطيسي بدت مكتملة. مع ذلك, العديد من الملاحظات لم يكن ممكنا تفسيرها بأي نموذج موجي من الإشعاع الكهرومغنطيسي, وهذا ادى للفكرة القائلة بأن طاقة الضوء كانت قد رزمت في
كمّات الموصوف بالعلاقة E=hν. بينت تجارب لاحقة أن كمات الضوء هذه تحمل أيضا كمية تحرك وعليه, يمكن اعتبارها جسيمات: ولد مفهوم
الفوتون, مؤديا إلى تفهم عميق للمجالات الكهربائية والمغنطيسية نفسها.
إن نظرية الموجة لماكسويل, مع ذلك, لا تحسب حسابا لجميع خصائص الضوء. تتنبأ نظرية ماكسويل بأن طاقة موجة الضوء تعتمد فقط على شدتها، ليس على ترددها،
على الرغم من أن أنواع عديدة من التجارب المستقلة تظهر أن الطاقة الممنوحة
بالضوء للذرات تعتمد على تردد الضوء فقط وليس شدته. على سبيل المثال, بعض التفاعلات الكيميائية
يتم إثارتها فقط عن طريق ضوء بتردد أعلى من حد معين. إذا كان هذا الضوء ذا
تردد أقل فمهما بلغت شدته لا يحفز التفاعل. بالمثل, بالإمكان نزع
الكترونات من صفيحة معدنية بتسليط ضوء ذي تردد عالي بقدر كاف عليها (تأثير كهروضوئي); تتعلق طاقة الالكترونات المنتزعة بتردد الضوء فقط، وليس الشدة.
[10].
[ملاحظات 1][عدل] اكتشاف الفوتونيمكن تلخيص أبرز الاحداث التاريخية في اكتشاف الفوتون كما يلي:
- 1900 : وصف الفيزيائي ماكس بلانك الضوء وكل أشكال الطاقة الاشعاعية بانها تيارات من جسيمات تسمى كمات وكل كم من الطاقة حزمة ولا يمكن تقسيمها ،والفوتون كم من الطاقة الكهرومغنطيسية
- 1902 : العالم الفيزيائي فيليب أنتون لينارد يلاحظ ان كمية الطاقة المعطاة لإلكترون اعتمدت فقط على لون الضوء الذي سطع على القطب الكهربائي
- 1905 :العالم الفيزيائي البرت اينشتاين يتوصل إلى ان طاقة الفوتون تعتمد على طولها الموجي أو ترددها ؛فمثلا فوتون الضوء بنفسجي (لون) له طاقة أعلى من فوتون الضوء الأحمر لأن ضوء بنفسجي (لون) له تردد أعلى مما للضوء الأحمر
- 1922 :
العالم الفيزيائي أرثر كمبتون وحسب اكتشاقه المعروف بتأثير كمبتون هو دليل
قوي على أن الفوتونات هي في الواقع جسيمات فعندما تصطدم فوتونات الأشعة
السينية مع الالكترونات ينحرف كلا الجسيمين من ممرهما المبدئي ويعطي فوتون الأشعة سينية بعض طاقته للإلكترون ؛ ونتيجة لذلك يسقط فوتون الأشعة السينية على تردد أقل.
[عدل] الفوتون في الفراغيتحرك الفوتون في الفراغ بسرعة الضوء 299792458 متر/ثانية وسرعته ثابته لا تتغير إلا إذا دخل وسطا آخر مثل الزجاج.
وبصفته كمية طاقة تعتمد طاقته
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] على ثابت بلانك
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] وتعطى بالعلاقة :
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]حيث:
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] تردد موجة الفوتون
ونعطي هنا مثالا عدديا لفوتون معهود من الفوتونات الضوئية:
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] ,
حيث:
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] طاقة الفوتون بالإلكترون فولت eV
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] : التردد الزاوي (1/ثانية).
فإذا كان التردد الزاوي : (في الثانية) ω = 1,520 · 10
15تكون طاقة الفوتون : E = 1 eV
وهذه طاقة شعاع ضوء في منطقة طيف الأشعة تحت الحمراء.
كما يمكن حساب طاقة الفوتون بمعرفة طول موجته، من المعادلة:
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]حيث:
λ طول موجة الفوتون بالميكرومتر
فإذا كانت طول موجة الفوتون تساوي= 1,240 ميكرومتر فهي تساوي 1240 نانومتر
وتكون طاقة الفوتون : E = 1 eV
وللمقارنة فإن شعاع ضوء ذو طول موجة 620 نانومتر يكون لونه برتقالي، وبالتالى تكون طاقته = 2 إلكترون فولت.
والفوتون يتحرك باستمرار بسرعة الضوء ولا يوجد في حالة سكون، لذلك فله كمية حركة
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] وهي تعطى بالعلاقة التالية الناتجة عن ميكانيكا الكم :
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]
لكم 
