Mis on footon füüsikas?

A footon on valguse osake, mis on määratletud diskreetse kimpuna (või kvant) elektromagnetilise (või valguse) energia. Footonid on alati liikumises ja vaakumis (täiesti tühjas ruumis) on kõigil vaatlejatel püsiv valguse kiirus. Footonid rändavad vaakumis valguse kiirus (sagedamini lihtsalt valguse kiirus) c = 2,998 x 10⁸ Prl.

Valguse footoniteooria kohaselt footonid:

• käituvad osakese ja lainena üheaegselt
• liikuda konstantselt kiirus, c = 2,9979 x 10⁸ m / s (st "valguse kiirus"), tühjas ruumis
• olema nullmassi ja puhkeenergiaga
• kannavad energiat ja hoogu, mis on samuti seotud sagedusega (nu) ja lainepikkus (lamdba) elektromagnetilise laine protsent, mis on väljendatud võrrandina E = h nu ja lk = h / lambda.
• kiirguse neeldumisel / eraldumisel võib hävitada / tekkida.
• võib esineda osakestetaolist interaktsiooni (s.o kokkupõrkeid) elektronide ja teiste osakestega, näiteks Komptoni efekt milles valguse osakesed põrkuvad aatomitega kokku, põhjustades elektronide vabastamist.

Mõiste footon loodi Gilbert Lewis 1926. aastal, kuigi valguse kontseptsioon diskreetsete osakeste kujul oli olnud sajandeid olemas ja see oli vormistatud Newtoni optikateaduse konstrueerimisel.

1800. aastatel aga laine omadused valguse (mille all mõeldakse elektromagnetiline kiirgus üldiselt) muutus silmnähtavalt ilmseks ja teadlased olid sisuliselt valguse osakeste teooria aknast välja visanud. Alles see oli Albert Einstein selgitas fotoelektriline efekt ja taipas, et valgusenergia tuleb kvantiteerida, et osakeste teooria tagasi jõuaks.

Nagu ülalpool mainitud, on valgusel nii laine kui ka osakese omadused. See oli jahmatav avastus ja on kindlasti väljaspool seda, kuidas me asju tavaliselt tajume. Piljardipallid toimivad osakestena, ookeanid aga lainetena. Footonid toimivad kogu aeg nii laine kui ka osakesena (ehkki see on tavaline, kuid öeldakse põhimõtteliselt vale) et see on "mõnikord laine ja mõnikord osake" sõltuvalt sellest, millised omadused on antud juhul ilmsemad aeg).

Ainult üks selle tagajärgi laineosakeste duaalsus (või osakeste laine kahesus) on see, et footonid, ehkki neid käsitletakse osakestena, võivad olla arvutatud lainemehaanikale omaste sageduse, lainepikkuse, amplituudi ja muude omaduste järgi.

Footon on elementaarosake, hoolimata asjaolust, et sellel pole massi. See ei saa iseseisvalt laguneda, ehkki footoni energia võib teiste osakestega suheldes üle kanduda (või tekkida). Footonid on elektriliselt neutraalsed ja on üks haruldastest osakestest, mis on identsed nende antiosakese, antifotooniga.

Footonid on spin-1 osakesed (muutes need bosoniteks), mille spin-telg on suunaga paralleelne reisimine (kas edasi või tagasi, sõltuvalt sellest, kas see on vasak- või parempoolne) footon). See funktsioon võimaldab valguse polariseerumist.