Hvornår opfører en foton sig som bølge, og hvornår den partikel er?

Det er ikke helt nøjagtigt at sige, at en foton opfører sig * enten * som en bølge * eller * som en partikel. Sandheden er mere subtil: fotoner udviser både bølge-lignende og partikellignende egenskaber samtidigt . Dette er essensen af ​​bølgepartikel-dualitet, et grundlæggende koncept i kvantemekanik.

Her er en sammenbrud:

Når fotoner udviser bølglignende opførsel:

* diffraktion og interferens: Fotoner, som bølger, kan diffrakt (bøje sig omkring hjørner) og forstyrre (skabe mønstre af konstruktiv og destruktiv interferens), når man passerer gennem smalle spalter eller støder på hindringer. Dette er tydeligt i eksperimenter som det dobbelt-spalte eksperiment.

* polarisering: Fotoner kan polariseres, hvilket betyder, at deres elektriske felt svinger i en bestemt retning. Dette er en ejendom af bølger.

* Elektromagnetisk spektrum: De forskellige lysfarver skyldes variationer i bølgelængden (og derfor frekvens) af fotoner, ligesom de forskellige bølgelængder af en bølge.

Når fotoner udviser partikellignende opførsel:

* Fotoelektrisk effekt: Fotoner kan skubbe elektroner ud fra en metaloverflade, en proces kendt som den fotoelektriske effekt. Energien fra en enkelt foton bestemmer, om den kan skubbe en elektron ud, og denne energi er kvantiseret, hvilket betyder, at den kommer i diskrete pakker. Dette er en partikellignende egenskab.

* Compton -spredning: Når fotoner kolliderer med elektroner, kan de overføre noget af deres energi til elektronet, hvilket får fotonen til at ændre retning og miste energi. Denne spredningsadfærd er i overensstemmelse med partikelkollisioner.

* lys kvanta: Fotoner er den grundlæggende kvante af lys, hvilket betyder, at de er de mindste udelelige enheder med elektromagnetisk stråling.

Takeaway:

Fotoner er ikke små kugler, der flyver rundt som kugler, og de er heller ikke kontinuerlige bølger, der spreder sig som krusninger. I stedet er det kvanteenheder, der udviser både bølge-lignende og partikellignende opførsel afhængigt af hvordan de observeres eller interagerer med stof. Det er ikke et spørgsmål om at vælge det ene eller det andet; Snarere udviser fotoner begge aspekter af deres natur samtidig.

Fotonernes bølgepartikel af fotoner er et fascinerende og grundlæggende koncept i fysik, der illustrerer begrænsningerne i vores daglige intuition til at forstå kvanteverdenen.