مفهوم الفوتون

في عام 1905 اقترح اينشتاين فكرة جريئة ان الاشعاع الكهرمغنطيسي هو مثبت قيمة لا تظهر الا في ومحددة تحديدا دقيقا ودعا رزم الطاقة الفوتونات. استغرق 15 سنوات قبل ان تقبل هذه الفكره في البداية واعتبر الكثيرون ان سيئة خطأ. ولكن في عام 1921 حصل على جائزة اينشتاين جائزة نوبل في الفيزياء وعروض للاكاديميه السويديه ان هذه الجاءزه بسبب خدماته للفيزياء النظريه ، وعلى وجه الخصوص لهذا الاكتشاف. ولا سيما من جانب اينشتاين ورقة عن أثر كهروضوءي الواردة بالكاد أي الرياضيات ، ولكنه كان مع ذلك حقا راءعه قطعه للفيزياء. الفيزياء كبيرة لا ينطوي تلقائيا على الرياضيات المعقده!

عندما نفكر في بصيص من ضوء ونحن نعتقد الآن وجود تيار من الفوتونات. هذه الطاقة من الفوتونات تتوقف على نوع من الاشعه الكهرومغناطيسيه ؛ فوتونات من موجات لاسلكيه اقل من تلك التي للطاقة الضوء المرئي (الضوء الاحمر في الفوتونات التي هي اقل حيوية من فوتونات الضوء الأزرق) ، تلك للاشعه السينيه لا تزال هي من أعلى الطاقة ، واشعه غاما وتتألف من فوتونات التي هي حتى اكثر نشاطا من تلك التي للاشعه السينيه. في فيزياء الجسيمات التجارب الفوتون الطاقات وعادة ما تكون مرتفعة جدا ، وكثيرا ما تتعامل مع واحد الفوتونات الفرديه. تلك الطاقة من الفوتونات اكثر من 100 000 000 000 مرات ان من الفوتونات المنبعثة من الهواتف النقاله. الطاقة من الفوتون لنوع معين من الاشعاعات يمكن ان علاقة باستخدام نشر في وقت سابق (في 1900) من قبل بلانك والتي تنطوي على جديد المستمر وهذا هو الذي يسمى الآن ثابت بلانك. بلانك هو اول من ادخل تكميم ، لكنه لم يذهب الى حد القول إن الضوء هو مثبت قيمة. وأعرب عن اعتقاده في رزم من الانبعاثات ، ولكن ليس على ضوء ذلك يمكن أن توجد إلا في مثل هذه الرزم. وكان صاحب الفرضيه على طبيعه عملية الانبعاث ، وليس على طبيعه مشعوع للضوء. ويبدو انها خطوة صغيرة ، ولكنه هو بالضبط هذا النوع من الخطوة هو ان من الصعب القيام بذلك.

ومن المثير للاهتمام ان اقتبس هنا التوصيه التي تقدم بها بلانك واينشتاين عند تسمية اخرى للالاكاديميه البروسيه في عام 1913 : "وخلاصة القول ، يمكن للمرء ان يقول انه لا يكاد يكون هناك واحدة من بين المشاكل الكبيرة التي علم الفيزياء الحديث في ذلك الدول الغنيه الى الدول التي قد اينشتاين لم تقدم اسهاما ملحوظا. انه قد يشكل في بعض الاحيان قد اخطأت الهدف المضاربه في تقريره ، مثل ، على سبيل المثال ، في ضوء الكميات فرضية ، ولا يمكن عقد الموجهة اليه ، لانه ليس من الممكن حقا لادخال افكار جديدة وحتى في أكثر العلوم الدقيقة في بعض الاحيان دون إتخاذ خطر ". الفوتون مفهوم هام نتيجة لذلك. ماكسويل في عام 1873 عرض جميع المعادلات التي تصف الظواهر الكهرباءيه والمغناطيسيه ، التي تسمى الآن معادلات ماكسويل. ثم اقترح ان الضوء هو شكل من اشكال المجالات الكهرومغناطيسيه ، وهي فكرة راءعه wonderfully التي عملت بها. اننا نخلص الى أن المجالات الكهرومغناطيسيه تتألف من فوتونات. ولذلك ، الكهرباءيه والمغناطيسيه ويجب الان ان القوات يفترض ان يكون نتيجة لعمل من الفوتونات. ولئن كان من السهل نسبيا على ضوء تصور ان تكون تيار من الفوتونات ، ومن الصعب ان نرى كيف مجال كهربائي ومن المقرر ان الفوتونات. ومع ذلك فان هذا هو الحال ، على الرغم من ان هذه الفوتونات لها خصائص تختلف عن تلك التي للفوتونات الضوء. ومن السابق لاوانه مناقشة ذلك هنا ، لأن ما يحتاج اليه لاحد ان مفهوم الجماهيري - شل (فوتونات الضوء "على كتلة وهميه" ، من تلك الحقول المغناطيسيه والكهرباءيه ليست).

وكتعليق نهائي ، على ضوء ان اذكر بأن تتصرف كما نشر موجة ا. تدخل معظم هذه التجارب تظهر بوضوح. وهكذا الجسيمات إلى حد ما ، وفي هذه الحاله الفوتونات ، يتصرفون كما يمكن ان الامواج العاتيه. هناك يجوز لأحد ان انظر اصل ميكانيكا الكم ، او موجة ميكانيكا كما كان يسمى في الأيام القديمة. اينشتاين ، وتدرك جيدا كل هذا ، الى حد ما على الاطلاق اكتشف ميكانيكا الكم. وهذه واحدة من اكثر الامور المذهله : لماذا قال انه لم يكتشف نظرية الكم؟ معرفة كل شيء عن موجة من الناحية النظريه على عرضه وعلى ضوء مفهوم الفوتون ، وانه لم يحدث ذو مصهر هذه المفاهيم الى واحد من الناحية النظريه. ووفقا لبايس ، تفكر آينشتاين عن هذه المشكلة في الطريقة الاكثر كثافه في الفترة 1905-1910. ويبدو حتى الآن واضحة ، ومع ذلك فقد ضاعت.