تعريف الفوتون
الفوتون (بالإنجليزية: Photon)، هو الوحدة الأساسيّة للضوء؛ إذ يُعدّ الجسيم الأولي لأشعة الضوء، وهو حزمة الطاقة الدقيقة للإشعاع الكهرومغناطيسي والذي فسّره العالم ألبرت أينشتاين في عام 1905 م على أنّه مبدأ التأثير الكهروضوئي والذي اقترح من خلاله وجود حزم منفصلة من الطاقة أثناء انتقال الضوء، ويحمل هذا الفوتون طاقة تعتمد على التردد الإشعاعي، ويتواجد الفوتون في العديد من أشكال الأشعة مثل أشعة جاما ذات الطاقة الهائلة جدًا، والأشعة السينية، والأشعة تحت الحمراء، وموجات الراديو المنخفضة، وتتميّز الفوتونات بسرعة انتقالها الهائلة جداً والتي لا يُمكن إدراكها، كما أنّها تُصنّف بين الجسيمات بأنّها دون الذريّة، ويُعتقد أنّها تحمل المجال الكهرومغناطيسي.
خصائص الفوتونات
اعتمادًا على نظرية الفوتون في الضوء، فإنّ خصائص الفوتونات كالتالي:
- يُعدّ الفوتون جسيم وموجة في آن واحد.
- يتحرّك الفوتون بسرعة الضوء ومقدارها ( 2.9979 × 10 ) م/ث في الفراغ.
- ليس للفوتون كتلة، لكن لها طاقة وزخم حركي مُرتبط بالتردد وطول الموجة.
- يتكوّن أو يتلاشى الفوتون عند امتصاص أو انبعاث الإشعاع.
- يمتلك الفوتون طاقة لا يمكن تقسيمها، وتُخزّن كمجال كهربائي متذبذب.
- يستطيع التفاعل مع الجسيمات الأخرى مثل الإلكترونات.
- يمتلك الفوتون طول موجي وتردد خاص به كالموجات الكهرومغناطيسية.
- ليس للفوتون لون؛ فهو شفاف ولا يُمكن اكتشافه بالعين البشريّة على عكس موجات الكهرومغناطيسية، لكن يُمكن إدراكه في حالة واحدة وهي عندما تنسجم مجموعة كبيرة من الفوتونات على شبكة العين.
تاريخ اكتشاف الفوتون
بدأت سلسة اكتشاف الفوتون في مطلع القرن العشرين في عام 1901 م من خلال اكتشاف نظرية بلانك للجسم الأسود، يليها في عام 1902 م اكتشف العالم لينارد أنّ طاقة الإلكترونات لا تعتمد على شدّة الضوء، إنّما على الطول الموجي، وفي عام 1905م أثنى العالم آينشتاين على اكتشاف لينارد بأنّ الطاقة موزّعة في الفضاء بشكل غير منظم؛ إذ دمج نظرية بلانك مع الميكانيكا الإحصائيّة، وتوصّل إلى أنّ الضوء عبارة عن الكم، وفي عام 1923 م قدّم اينشتاين دليل واضح عن سلوك الجسيمات، وتوضيح بأنّها لا تحمل هذه الجسميات الطاقة فقط، بل الزخم أيضًا، بعد قيامه تجارب كومبتون على تشتت الأشعة السينية على للإلكترونيات.
وأُطلق مصطلح الفوتونات من قبل العالم لويس في مقالته تحت عنوان حفظ الفوتونات في عام 1926 م، حيث توصّل إلى أنّ الفوتونات هي ذرات من الضوء تُحفظ بصورة مشابهة للذرة الطبيعية، وفي عام 1977م انتهى من إثبات مفهوم الفوتون كأول ظاهرة بصريّة كموميّة أساسية التي فُحصت بدقة في عالم الفيزياء.
ما هي الموجات الكهرومغناطيسية
تعرف الموجات الكهرومغناطيسية (بالإنجليزية: Electromagnetic Waves) بأنها الضوء، سواء المرئي أو غير المرئي؛ إذ تتشكّل من موجة من المجال الكهربائي التي تتأرجح في مستوى عمودي على موجة من المجال المغناطيسي، ولكل موجة كهرومغناطيسية تردد وطول موجي مرتبط بها، ومن خلالها يُمكن تحديد سرعة الموجة والتي قد تُعادل سرعة الضوء في الفراغ؛ إذ على عكس الموجات الصوتية، فإنّ الموجات الكهرومغناطيسيّة لا تحتاج إلى وسط ما لتنتقل به، إنّما تستطيع أن تنتقل بالفراغ بسهولة.
الخلاصة
يمكن تقسيم الضوء إلى وحدات صغيرة تسمى الفوتونات، وتحمل هذه الوحدات كمية من الطاقة، وتتحرك بسرعة الضوء، كما أنها عديمة اللون.
