محتويات
| ما هو الفوتون؟ |
| صفات الفوتونات |
| رحلة اكتشاف الفوتون |
| الموجات الكهرومغناطيسية: طبيعة الضوء |
| خلاصة البحث |
| المراجع |
ما هو الفوتون؟
الفوتون (بالإنجليزية: Photon) هو حزمة أساسية من الطاقة الضوئية، ويُعتبر الجسيم الأولي للضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي. وقد فسّر العالم ألبرت أينشتاين، في عام 1905، ظاهرة التأثير الكهروضوئي بافتراض وجود هذه الحزم المنفصلة من الطاقة أثناء انتقال الضوء. تعتمد طاقة الفوتون على تردده الإشعاعي، ويتواجد بأشكال متعددة من الإشعاع، من أشعة جاما العالية الطاقة إلى موجات الراديو المنخفضة الطاقة، مثل الأشعة السينية، والأشعة تحت الحمراء. يتميز الفوتون بسرعة انتقال هائلة تساوي سرعة الضوء، وهو جسيم دون ذري يُعتقد أنه يحمل المجال الكهرومغناطيسي. [1]
صفات الفوتونات
بناءً على نظرية الكم للضوء، تتميز الفوتونات بالخصائص التالية:[2][3]
- يُظهر الفوتون سلوك الجسيم والموجة في آن واحد ( ازدواجية الموجة والجسيم).
- ينتقل الفوتون بسرعة الضوء في الفراغ (2.9979 × 108 م/ث).
- لا يمتلك الفوتون كتلة سكون، لكنه يمتلك طاقة وزخماً مرتبطين بتردده وطول موجته.
- ينشأ الفوتون ويتلاشى عند انبعاث أو امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي.
- طاقة الفوتون كمية غير قابلة للقسمة، وتُخزّن على هيئة مجال كهربائي متذبذب.
- يتفاعل الفوتون مع جسيمات أخرى، مثل الإلكترونات.
- يمتلك الفوتون طول موجي وتردداً خاصين به، مثل الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى.
- الفوتون نفسه عديم اللون، ولا يمكن رؤيته بالعين المجردة، إلا عندما يتفاعل عدد كبير من الفوتونات مع شبكية العين.
رحلة اكتشاف الفوتون
بدأ فهم مفهوم الفوتون في أوائل القرن العشرين. في عام 1901، وضع ماكس بلانك نظرية الإشعاع للجسم الأسود. ثم في عام 1902، اكتشف فيليب لينارد أن طاقة الإلكترونات المنبعثة في التأثير الكهروضوئي تعتمد على تردد الضوء وليس شدته. وفي عام 1905، أكد أينشتاين اكتشاف لينارد، واستخدم نظرية بلانك مع الميكانيكا الإحصائية ليثبت أن الضوء يتكون من كمّات من الطاقة، أي الفوتونات. وفي عام 1923، قدم أينشتاين أدلة على حمل الفوتونات للزخم بالإضافة للطاقة، بناءً على تجارب كومبتون لتشتت الأشعة السينية على الإلكترونات. [4][5]
أطلق العالم جيلبرت لويس مصطلح “فوتون” في عام 1926، مشيراً إلى أن الفوتونات جسيمات ضوئية تحفظ بطريقة مشابهة لذرات المادة. وفي عام 1977، تم التأكد من مفهوم الفوتون كأول ظاهرة كمومية بصرية دقيقة في الفيزياء. [4][5]
الموجات الكهرومغناطيسية: طبيعة الضوء
الموجات الكهرومغناطيسية (بالإنجليزية: Electromagnetic Waves) تشمل كل من الضوء المرئي وغير المرئي. تتكون من موجة متذبذبة من المجال الكهربائي وموجة متذبذبة من المجال المغناطيسي متعامدة مع بعضهما. لكل موجة كهرومغناطيسية تردد وطول موجي يحددان سرعتها، التي قد تساوي سرعة الضوء في الفراغ. على عكس الموجات الصوتية، لا تحتاج الموجات الكهرومغناطيسية إلى وسط لانتشارها، بل تنتشر في الفراغ بسهولة. [6]
خلاصة البحث
الفوتونات وحدات أساسية من الضوء، تحمل طاقة وتنتقل بسرعة الضوء. فهي جسيمات عديمة اللون تُشكل أساس فهم الطبيعة الكمومية للضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي.
