علم الميكانيكا هو احد العلوم التي تتبع الفيزياء ، ذلك العلم الذي يتحدث عن الطاقة و انتقالها و تحركات الاجسام و غيرها ، و يشمل عدد من التفاصيل و مصطلحات فيزيائية و منها الفوتون و الفونون.
الفوتون مقابل الفونون
الفونون و الفوتون هما كلمتان قريبتان للغاية ، يمكن أن يخطئا في نفس الشيء ، الفوتون هو حزمة من الطاقة ، والتي هي أساس ميكانيكا الكم ، و الصوت هو التذبذب الجماعي للعديد من الذرات ، كل من هذه المفاهيم مهمة جدا في الفيزياء ، نظرية الفوتون هي النظرية الأساسية التي تعتمد عليها معظم الفيزياء الحديثة ، و الفونون هو أيضا مفهوم مهم في دراسة المواد وتذبذباتها الداخلية ، في هذه المقالة ، سنناقش ماهية الفونون و الفوتون ، و أوجه التشابه بينهما ، و تعريفاتهم ، و تطبيقات الفونون و الفوتون وأخيراً الفرق بين الفوتون و الفونون.
ما هو الفوتون
الفوتون هو موضوع تمت مناقشته في ميكانيكا الموجة ، في نظرية الكم ، لوحظ أن الأمواج لها أيضًا خصائص جسيمية ، و تشير نظرية الضوء الكمومية إلى أن الضوء ينتقل في حزم من الأمواج ، كل حزمة من هذه الموجات تتصرف كجسيم ، الفوتون هو جسيم الموجة ، إنها كمية ثابتة من الطاقة تعتمد فقط على تردد الموجة ، و يتم إعطاء طاقة الفوتون بواسطة المعادلة E = hf ، حيث E هي طاقة الفوتون ، h هي ثابت اللوح ، و f هي تردد الموجة ، كما تعتبر الفوتونات حزمًا للطاقة ، مع تطور النسبية ، اكتشف أن الأمواج لها أيضًا كتلة ، و ذلك لأن الأمواج تتصرف كجزيئات في التفاعلات مع المادة ، و مع ذلك فإن كتلة بقية الفوتون هي صفر ، عندما يتحرك الفوتون بسرعة الضوء ، فإن له كتلة نسبية من E / C2 ، حيث E هي طاقة الفوتون و C هي بذرة الضوء في فراغ.
ما هو فونون
في المواد المكثفة مثل المواد الصلبة و بعض السوائل ، تعرض المادة سلوكيات مرنة في المستوى الذري ، الروابط بين الذرات و الروابط بين الجزيئات مرنة ، هذا يتسبب في تأرجح الذرات و الجزيئات ، و يُعرف الإثارة الجماعية في ترتيب دوري مرن للذرات أو الجزيئات في المادة المكثفة باسم الفونون ، و غالبًا ما يشار إلى مجموعة من هذه الجسيمات المتذبذبة على أنها جسيم شبيه ، في ميكانيكا الكم ، يعتبر الإلكترون المتذبذب داخل الرابطة بمثابة بئر كمومية أحادية البعد ، بما أن الجسيمات شبه عبارة عن مجموعة من هذه الإلكترونات ، فيمكن اعتبارها أنظمة كم ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد ، الفونون هو نوع خاص من الاهتزاز في الشبكة حيث يتذبذب كل جزيء بنفس التردد ، هذا هو المعروف باسم الوضع العادي في الميكانيكا الكلاسيكية.
ما هو الفرق بين الفونون والفوتون
– الفوتون هو شكل من أشكال الطاقة ولكن الفونون هو وسيلة للتذبذب الذي يحدث في هياكل شعرية.
– يمكن اعتبار الفوتون موجة و جسيمًا ، و هما كيانان يمكن ملاحظتهما جسديًا. صوت الفونون هو وضع الاهتزاز ، وهو ليس موجة ولا جسيمًا.
– الفوتونات هي الضوء والموجات الكهرومغناطيسية الذي يتم إنتاجه عندما يكون هناك انتقال من حالة طاقة أعلى إلى حالة طاقة أقل نتيجة لتحرك ذرة لاحتلال الثقوب وفي عملية ترك الثقوب وراءها. عندما يحدث هذا ، يتم تحرير الفوتونات.
– الفونونات هي حالة فرعية محددة من الفوتونات حيث يتم تعريف مستويات الطاقة بشكل جيد و يمكنها أن تلعب دورًا مهمًا في ظواهر معينة ، ومن هنا جاءت أسماء الفونونات.
نقاط القوة والضعف في الفنونات و الفوتونات
– في المرحلة الحالية ، لدينا معرفة بالفوتونات ولكن ليس لدينا معرفة بالفونونات ، ما يمكننا التفكير فيه هو أنها مشتقات من الفوتونات ، هناك فرصة كبيرة لأن تكون أساسيات مهمة لفهم ظواهر الفيزياء ، و هذا هو السبب في منحهم اسم محدد.
– الأوضاع العادية لتطور الاهتزاز من خلال البلورة ، و السعة مبالغ فيه من الحركة لسهولة المشاهدة في بلورة الفعلية ، وعادة ما يكون أصغر بكثير من تباعد شعرية.
– بنفس الطريقة التي تكون بها الفوتونات جزيئات من الضوء ، تكون الفونونات جزيئات من الصوت أو الحرارة ، في الأساس فهي طاقة كميّة ، و التي تُظهر خصائص تشبه الموجة والجسيمات في وقت واحد.
– تهتز الذرات أو الجزيئات حول المشابك لها هذه الظاهرة. عند التردد المنخفض ، يتم إنتاج فونونات الصوت ، من ناحية أخرى ، يولّد الذبذبات عالية التردد للذرات و الجزيئات فونونات الحرارة.
الفوتون مقابل الفونون
الفونون و الفوتون هما كلمتان قريبتان للغاية ، يمكن أن يخطئا في نفس الشيء ، الفوتون هو حزمة من الطاقة ، والتي هي أساس ميكانيكا الكم ، و الصوت هو التذبذب الجماعي للعديد من الذرات ، كل من هذه المفاهيم مهمة جدا في الفيزياء ، نظرية الفوتون هي النظرية الأساسية التي تعتمد عليها معظم الفيزياء الحديثة ، و الفونون هو أيضا مفهوم مهم في دراسة المواد وتذبذباتها الداخلية ، في هذه المقالة ، سنناقش ماهية الفونون و الفوتون ، و أوجه التشابه بينهما ، و تعريفاتهم ، و تطبيقات الفونون و الفوتون وأخيراً الفرق بين الفوتون و الفونون.
ما هو الفوتون
الفوتون هو موضوع تمت مناقشته في ميكانيكا الموجة ، في نظرية الكم ، لوحظ أن الأمواج لها أيضًا خصائص جسيمية ، و تشير نظرية الضوء الكمومية إلى أن الضوء ينتقل في حزم من الأمواج ، كل حزمة من هذه الموجات تتصرف كجسيم ، الفوتون هو جسيم الموجة ، إنها كمية ثابتة من الطاقة تعتمد فقط على تردد الموجة ، و يتم إعطاء طاقة الفوتون بواسطة المعادلة E = hf ، حيث E هي طاقة الفوتون ، h هي ثابت اللوح ، و f هي تردد الموجة ، كما تعتبر الفوتونات حزمًا للطاقة ، مع تطور النسبية ، اكتشف أن الأمواج لها أيضًا كتلة ، و ذلك لأن الأمواج تتصرف كجزيئات في التفاعلات مع المادة ، و مع ذلك فإن كتلة بقية الفوتون هي صفر ، عندما يتحرك الفوتون بسرعة الضوء ، فإن له كتلة نسبية من E / C2 ، حيث E هي طاقة الفوتون و C هي بذرة الضوء في فراغ.
ما هو فونون
في المواد المكثفة مثل المواد الصلبة و بعض السوائل ، تعرض المادة سلوكيات مرنة في المستوى الذري ، الروابط بين الذرات و الروابط بين الجزيئات مرنة ، هذا يتسبب في تأرجح الذرات و الجزيئات ، و يُعرف الإثارة الجماعية في ترتيب دوري مرن للذرات أو الجزيئات في المادة المكثفة باسم الفونون ، و غالبًا ما يشار إلى مجموعة من هذه الجسيمات المتذبذبة على أنها جسيم شبيه ، في ميكانيكا الكم ، يعتبر الإلكترون المتذبذب داخل الرابطة بمثابة بئر كمومية أحادية البعد ، بما أن الجسيمات شبه عبارة عن مجموعة من هذه الإلكترونات ، فيمكن اعتبارها أنظمة كم ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد ، الفونون هو نوع خاص من الاهتزاز في الشبكة حيث يتذبذب كل جزيء بنفس التردد ، هذا هو المعروف باسم الوضع العادي في الميكانيكا الكلاسيكية.
ما هو الفرق بين الفونون والفوتون
– الفوتون هو شكل من أشكال الطاقة ولكن الفونون هو وسيلة للتذبذب الذي يحدث في هياكل شعرية.
– يمكن اعتبار الفوتون موجة و جسيمًا ، و هما كيانان يمكن ملاحظتهما جسديًا. صوت الفونون هو وضع الاهتزاز ، وهو ليس موجة ولا جسيمًا.
– الفوتونات هي الضوء والموجات الكهرومغناطيسية الذي يتم إنتاجه عندما يكون هناك انتقال من حالة طاقة أعلى إلى حالة طاقة أقل نتيجة لتحرك ذرة لاحتلال الثقوب وفي عملية ترك الثقوب وراءها. عندما يحدث هذا ، يتم تحرير الفوتونات.
– الفونونات هي حالة فرعية محددة من الفوتونات حيث يتم تعريف مستويات الطاقة بشكل جيد و يمكنها أن تلعب دورًا مهمًا في ظواهر معينة ، ومن هنا جاءت أسماء الفونونات.
نقاط القوة والضعف في الفنونات و الفوتونات
– في المرحلة الحالية ، لدينا معرفة بالفوتونات ولكن ليس لدينا معرفة بالفونونات ، ما يمكننا التفكير فيه هو أنها مشتقات من الفوتونات ، هناك فرصة كبيرة لأن تكون أساسيات مهمة لفهم ظواهر الفيزياء ، و هذا هو السبب في منحهم اسم محدد.
– الأوضاع العادية لتطور الاهتزاز من خلال البلورة ، و السعة مبالغ فيه من الحركة لسهولة المشاهدة في بلورة الفعلية ، وعادة ما يكون أصغر بكثير من تباعد شعرية.
– بنفس الطريقة التي تكون بها الفوتونات جزيئات من الضوء ، تكون الفونونات جزيئات من الصوت أو الحرارة ، في الأساس فهي طاقة كميّة ، و التي تُظهر خصائص تشبه الموجة والجسيمات في وقت واحد.
– تهتز الذرات أو الجزيئات حول المشابك لها هذه الظاهرة. عند التردد المنخفض ، يتم إنتاج فونونات الصوت ، من ناحية أخرى ، يولّد الذبذبات عالية التردد للذرات و الجزيئات فونونات الحرارة.
