Fotón

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie

Fotón (z gréckeho: φως (fos), svetlo) je vo fyzike elementárna častica, kvantum elektromagnetického poľa a základná "jednotka" svetla a všetkých ostatných foriem elektromagnetického žiarenia.

Fotón je jedným z kalibračných bozónov. Má nulovú hmotnosť v pokoji a šíri sa rýchlosťou svetla. Má aj časticové, aj vlnové vlastnosti, ale nie je ani vlnou, ani časticou. Fotóny sa pôvodne nazývali „kvantá energie“.

Vlastnosti[upraviť | upraviť zdroj]

Všetko elektromagnetické vlnenie, od rádiových vĺn po gama žiarenie, je kvantované na fotóny, ktoré popisuje vlnová dĺžka, frekvencia, energia a hybnosť. Životnosť fotónu je nekonečná, v zmysle nekonečného polčasu rozpadu. Fotón je teda stabilná častica. Môžu vznikať a zanikať pri interakciách. Fotón má spin 1 a jeho elektrický náboj je nulový. Vo vákuu sa všetky fotóny pohybujú rýchlosťou svetla c, ktorá je rovná 299 792, 458 kilometrov za sekundu (km/s). Ako všetky elementárne častice, aj fotón sa riadi kvantovou mechanikou. Moderná koncepcia fotónu bola rozvinutá Albertom Einsteinom, ktorý vysvetlil experimentálne pozorovania, ktoré sa nezhodovali s klasickým vlnovým modelom svetla.

Časticové vlastnosti elektromagnetického žiarenia sa prejavujú predovšetkým pri vysokých frekvenciách (teda pri vysokých energiách fotónu), v opačnom prípade prevažujú vlnové vlastnosti elektromagnetického žiarenia, tzn. žiarenie sa prejavuje ako vlnenie.

Energia, hmotnosť[upraviť | upraviť zdroj]

Fotón existuje iba v pohybe, pričom sa vždy (v súlade s postulátom špeciálnej teórie relativity) pohybuje rýchlosťou svetla. Má preto nulovú pokojovú hmotnosť. Dôsledkom jeho neustáleho pohybu je však nenulová energia, ktorá je definovaná vzťahom:

E = hf = {hc\over\lambda},

kde h je Planckova konštanta, f je frekvencia, c je rýchlosť svetla vo vákuu a \lambda je vlnová dĺžka.

Na základe relativistického vzťahu ekvivalencie energie a hmotnosti, tzn. E = m c^2, je možné fotónu priradiť tiež určitú hmotnosť (nejde však o pokojovú hmotnosť, ktorá je nulová, ale o pohybovú hmotnosť), ktorá sa prejavuje zotrvačnými a gravitačnými vlastnosťami. Táto energia (a teda aj hmotnosť) spôsobuje, že na fotón pôsobi gravitácia podľa všeobecnej teórie relativity a on sám gravitačne pôsobi na okolie. Tieto javy boli potvrdené pozorovaním (napr. pozorovanie ohybu žiarenia okolo kozmických telies).

Hybnosť fotónu[upraviť | upraviť zdroj]

Pomocou relativistického vzťahu pre energiu pohybujúcej sa častice E = \sqrt{m_0^2c^4+p^2c^2} a zo skutočnosti, že pokojová hmotnosť fotónu je nulová, tzn. m_0=0, je možné hybnosť fotónu p vyjadriť nasledujúcim spôsobom:

p = {E\over c} = {hf\over c} = {h\over\lambda}

Napriek tomu, že pokojová hmotnosť fotónu je nulová, môžeme určiť jeho relativistickú hmotnosť z predchádzajúceho vzťahu. Pokiaľ uvážime, že p=mc, platí:

m = {hf\over c^2}= {h\over c\lambda}

Vznik[upraviť | upraviť zdroj]

Fotóny vznikajú mnohými spôsobmi, napríklad vyžarovaním pri prechode elektrónu medzi orbitálnymi hladinami, či pri anihilácii častíc. Špeciálne prístroje ako maser a laser môžu vytvoriť koherentný zväzok žiarenia.