الفوتون
أين توجد الفوتونات
يعد الفوتون Photon الوحدة الأساسية للضوء، وهو عبارة عن أصغر كمية من الضوء أو حزمة الطاقة الدقيقة من الإشعاع الكهرومغناطيسي، وقد ظهر مفهوم الفوتون عام ١٩٠٥ بواسطة ألبرت أينشتاين عند وصفه للتأثير الكهروضوئي، والذي اقترح فيه وجود حزم طاقة منفصلة أثناء إرسال الضوء، وقد مهد الطريق لآينشتاين العالم ماكس بلانك عام ١٩٠٠ عندما بيَّن وشرح أنَّ الإشعاع الحراري ينبعث في وحدات وحزم معينة، وقد ظهر هذا المفهوم للاستخدام بشكلٍ كبير عندما أظهر العالم الفيزيائي آرثر إتش طبيعة الأشعة السينية عام ١٩٢٤، وفي هذا المقال سنتحدث عن أبرز خصائص الفوتونات وأماكن وجودها.
خصائص الفوتونات- لا يوجد لها كتلة، وعلى الرغم من هذا فهي جزيئات متحركة.
- لا يوجد لها شحنة كهربائية وهي مستقرة.
- يحمل الفوتون الطاقة ومقدار الطاقة مربوط بالمدار والتردد.
- يمكن أن يكون له تفاعلات مع جسيمات أخرى مثل الإلكترونات.
- يمكن تدميرها أو إنشاؤها بواسطة العديد من العمليات الطبيعية، فمثلًا عند امتصاص الضوء أو انبعاثه.
- تعمل الفوتونات دائمًا فهي في حركة مستمرة في الفراغ وتنتقل بسرعة ثابتة تسمى بسرعة الضوء، ولا تتغير سرعتها إلا إذا دخلت وسطًا آخر مثل الزجاج.
ظهرت الفوتونات لأول مرة قبل ١٥ مليار سنة أثناء الانفجار الكبير، ولا يقتصر وجودها في ضوء الشمس بل هي تتواجد في أشعة كثيرة وأبرزها:
- الأشعة السينية.
- الأشعة فوق البنفسجية UVA والنوع الثانيUVB.
- موجات الراديو والبث التلفزيوني.
- الأشعة الصادرة عن أفران المايكروويف.
وتختلف الفوتونات المكونة لكل أشعة بالطول الموجي، فالأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية هي ذات طول موجي قصير، في حين أنَّ ضوء الشمس المرئي متوسط الطول الموجي، أما موجات الراديو والتلفزيون فهي طويلة جدًا، وتتناسب الطاقة التي يحملها الفوتون تناسبًا عكسيًا مع الطول الموجي مما يعني أنَّ الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية هي الأعلى طاقة.
وظيفة الفوتونات
تعد الوظيفة الأساسية لها هي نقل الضوء للعين لتتم بذلك عملية الإبصار، وحاليًا مع التقدم العلمي والتكنولوجي الهائل أصبح لها دورٌ أساسي في مجالاتٍ عدة، وأبرز وظائفها:
- أمواج البث الإذاعي والتلفازي في بث القنوات.
- أجهزة التحكم عن بعد، فمثلًا الأجهزة المستخدمة للتحكم بالأدوات والأجهزة الكهربائية مثل جهاز التحكم بالتلفاز.
- الموجات التي تستخدمها الأجهزة الطبية.
- أجهزة تفتيش الحقائب في المطار والأجهزة الأمنية بشكلٍ عام.
- أشعة الشمس والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.
فالفوتونات مليئة بالعالم من حولنا ومن عجائب ومعجزات الاشعة الكهرومغناطيسية أنَّ هذه الفوتونات لا تصطدم مع بعضها البعض أبدًا، ولو أنها اصطدمت لما تمكنا من رؤية الألوان من حولنا ولما تمكنا من أن نلتقط محطة بثٍ واحدة دون تشويش، وهذه من معجزات الذرة.
