كيف يمكن أن يسرع الفوتون إلى سرعة الضوء بسرعة؟

What Is Light? (أبريل 2019).

Anonim

لا يقتصر الفوتون فقط على الوجود من العدم ، بل إنه بمجرد أن يولد ، يبتعد بمقدار 300 مليون متر في الثانية. لا ، إنها لا تتسارع ، إما أنها غير موجودة أو أنها موجودة ، وإذا كانت كذلك ، فإنها تتسابق دائمًا بسرعة الضوء ، إلى أن تعاد إلى العدم عندما يتم امتصاصها.

لا تتسارع الفوتونات لكنها تسافر بالفعل عند 300 مليون متر في الثانية عندما تنبعث. (نوع الصورة: Pexels)

ولادة الفوتون

توجد الإلكترونات داخل الذرات في مستويات طاقة مختلفة. عندما نثير الإلكترونات ، على سبيل المثال ، في حالة المصباح ، تسخين ذرات التنغستن ، نرفعها إلى مستويات طاقة أعلى. ومع ذلك ، فإن الطبيعة تسعى إلى الاستقرار. تكره الإلكترونات التسلق إلى مستويات أعلى. لتحقيق الاستقرار ، تنزل الإلكترونات إلى مستوياتها الأصلية أو حتى أقل. عندما يصنع إلكترون هذه القفزة نحو الأسفل ، تنبعث الذرة فوتونا. ومع هبوط الملايين والمليارات من الإلكترونات في الوقت نفسه إلى مستويات أقل ، يطلق التنغستن العنان لسيل ضخم من الفوتونات.

لذلك ، في الأساس ، يولد الضوء أو الفوتون عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل. ومع ذلك ، فإن الكاتب يسأل:

إذا كنت تنظر إلى داخل الذرة ، فهل تجد جيشًا خفيًا من فوتونات غير معدودة ، ومستعدًا للكمين على أمر الإلكترون؟

حسننا، لا. يقفز الإلكترون إلى مستوى طاقة أقل لأنه يشتهي الاستقرار ، ولتحقيق ذلك ، يجب عليه أن يفقد الطاقة التي أجبرته على الصعود في المقام الأول. كما يشرح المقال:

الكون ، على عكس حالة الطاقة الحرارية ، لا يمكن أن يهدر هذه الطاقة المنظمة. يجب أن تضع الطاقة الإضافية لبعض الاستخدام. والنتيجة هي الإنشاء الفوري للفوتون. انها حرفيا ينبثق في الوجود من أي شيء ، مهما كان.

كيف يتم إنشاء الفوتونات. (Photo Credit: Brighterorange / Wikimedia Commons)

ويحدث الفوتون المنبعث فقط أو يسافر بالفعل على 300 مليون متر في الثانية. لا تتسارع من 0 م / ث إلى 300 مليون م / ث على الفور. قد يعزو البعض هذا الانحراف إلى نقص في كتلة الفوتون ، لكن هذا ليس صحيحًا. عندما يتحلل النيوترون الحر في نهاية المطاف إلى بروتون ، مما يخلق إلكترونًا ومضادًا للنيوترينو في هذه العملية ، أيضًا من العدم الهائل ، بالمناسبة ، فإن الإلكترون المنبعث يُلاحظ باستمرار أنه يسافر بسرعة ثابتة. لا يتسارع ، على الرغم من امتلاك كتلة. إذن ما الذي يحدث في العالم؟

يتحقق فهم أفضل عندما ننظر إلى الفوتون - والإلكترون ، لهذه المسألة - ليس كدبابة صلبة ، ليس كجسيم بل كموجة ، مثل تموج في بركة.

الفوتون كموجة

تتصرف الالكترونات مثل الموجات لأنها ، بعد إطلاقها من خلال شقين ، رسم نمط التداخل ، وبصمة الأمواج ، على شاشة أمامها.

يمكن اعتبار الجسيمات الأولية بمثابة اضطراب أو إثارة في مجال الموجة المقابلة لها. لذا ، في حين أن الإلكترون هو اضطراب أو إثارة مجال الإلكترون ، فإن الفوتون هو اضطراب أو إثارة للحقل الكهرومغناطيسي. إنه تموج في البركة الكهرومغناطيسية. والآن ، ضع في اعتبارك أن التموجات في بركة ناتجة عن حجر يلقى بها لا تتسارع ؛ لا يبدأون بالحركة ويكتسبون السرعة تدريجيا. بدلا من ذلك ، فإنها تشع إلى الخارج في اللحظة التي يلمس فيها الحجر الماء. يسافر الفوتون أو الموجة الكهرومغناطيسية بالفعل على 300 مليون متر في الثانية لأن هذه هي الطريقة التي تتصرف بها الموجات!

(مصدر الصورة: Pixabay)

إذا وجدت هذا سخيفًا ، فلا تقلق ، لست وحدك. ينبع العبث من حقيقة أننا نميل إلى تمييز جزيئات ميكانيكية كمية للأشياء اليومية من كتلة m ، والتي عندما تتعرض لقوة F ، يتم تسريعها بواسطة m / s² . الجسيمات الميكانيكية الكمية ، ومع ذلك ، هي أي شيء الأشياء اليومية. لا تشبه أي شيء واجهناه حتى الآن. حتى أن الحائز على جائزة نوبل وأحد أكثر العقول ذكاءً في القرن الماضي ، كان ريتشارد فاينمان ، على الرغم من كونه رائدًا في علم الكمون الكهروميكانيكي الكمومي (QED) ، فقد قال: "إذا كنت تعتقد أنك تفهم ميكانيكا الكم ، فأنت لا تفهم ميكانيكا الكم. ".