Tekst źródłowy strony Foton

{{Inne znaczenia|cząstki elementarnej|[[Foton (ujednoznacznienie)]]}}
{{Dopracować|źródła=2012-11}}

'''Foton''' ([[język grecki|gr.]] φῶς – ''światło'', w dopełniaczu – φωτός, nazwa stworzona przez [[Gilbert Lewis|Gilberta N. Lewisa]]<ref>{{Cytuj | autor = [[Michio Kaku]] | tytuł = Kosmos Einsteina | data = 2012 | isbn=978-83-7839-114-2 | miejsce = Warszawa | wydawca = [[Prószyński i S-ka]] | s = 55}}</ref>) – [[cząstka elementarna]] z grupy [[Bozony|bozonów]], będąca nośnikiem [[oddziaływanie elektromagnetyczne|oddziaływań elektromagnetycznych]]<ref>{{Encyklopedia PWN | tytuł = Foton | id = 3902271 | data dostępu = 2021-07-22}}</ref> ([[Bozony cechowania|bozon cechowania]]). Nie posiada [[ładunek elektryczny|ładunku elektrycznego]] ani [[Magnetyczny moment dipolowy|momentu magnetycznego]], jego [[masa spoczynkowa]] jest zerowa (''m''<sub>0</sub>&nbsp;=&nbsp;0), a [[Spin (fizyka)|liczba spinowa]] ''s'' ma wartość 1. Wykazuje [[dualizm korpuskularno-falowy]], więc równocześnie ma cechy cząstki i [[Promieniowanie elektromagnetyczne|fali elektromagnetycznej]].

W [[fizyka|fizyce]] foton jest [[kwant]]em [[pole elektromagnetyczne|pola elektromagnetycznego]], np. [[światło widzialne|światła widzialnego]]. W [[mechanika kwantowa|mechanice kwantowej]] pole elektromagnetyczne zachowuje się jak [[zbiór]] cząstek (fotonów). Z kwantowego punktu widzenia światło jest dużym strumieniem fotonów. Bardzo czułe instrumenty optyczne potrafią rejestrować pojedyncze fotony.

W zależności od [[Energia (fizyka)|energii]] fotonów, promieniowanie, na które się składają, ma inną nazwę. I tak mówi się (poczynając od najwyższej energii fotonu) o [[Promieniowanie gamma|promieniowaniu gamma]], [[Promieniowanie rentgenowskie|rentgenowskim]] (promieniowaniu X), [[Ultrafiolet|nadfiolecie]], [[światło widzialne|świetle widzialnym]], [[Podczerwień|podczerwieni]], [[Mikrofale|mikrofalach]], [[Fale radiowe|falach radiowych (promieniowaniu radiowym)]]. Jednak z [[Fizyka|fizycznego]] punktu widzenia wszystkie te rodzaje promieniowania mają jednakową naturę.

Fotony w próżni poruszają się z [[prędkość światła|prędkością światła]]. W ośrodkach przezroczystych ta prędkość jest mniejsza i zależy od energii. W próżni fotony mogą pokonywać dystanse wielu miliardów [[rok świetlny|lat świetlnych]], poruszając się po torach lekko tylko zakrzywianych przez pola grawitacyjne [[Ciało niebieskie|ciał niebieskich]]. Zakrzywienie to, przy odpowiedniej konfiguracji źródła i masy powodującej zakrzywienie, może prowadzić do efektu [[soczewkowanie grawitacyjne|soczewkowania grawitacyjnego]]. Jedynie [[Czarna dziura|czarne dziury]] mają wystarczająco silne [[pole grawitacyjne]], by móc uwięzić światło wewnątrz [[horyzont zdarzeń|horyzontu zdarzeń]].

== Historia ==
[[Plik:Young Diffraction.png|thumb|400px|[[Doświadczenie Younga]] z 1805 roku pokazało, że światło może zachowywać się jak [[fala]], co pomogło w zwalczaniu wczesnych cząsteczkowych modeli światła.]]
[[Plik:fala swietlna.svg|thumb|400px|[[Promieniowanie elektromagnetyczne|Fala elektromagnetyczna]]]]

Aż niemal do końca XVII wieku większość teorii zakładała, że światło składa się z cząstek. Ponieważ model cząsteczkowy nie może łatwo wyjaśnić [[Refrakcja|załamania]], [[Dyfrakcja|dyfrakcji]] i [[dwójłomność|dwójłomności]], powstały teorie o falowej naturze światła, zaproponowane przez [[René Descartes|Kartezjusza]] (1637), [[Robert Hooke|Roberta Hooke’a]] (1665) oraz [[Christiaan Huygens|Christiaana Huygensa]] (1678). Pomimo to wciąż dominowały modele cząsteczkowe, głównie z powodu wpływu [[Isaac Newton|Isaaca Newtona]]. Na początku dziewiętnastego wieku [[Thomas Young]] i [[Augustin Jean Fresnel|Augustin-Jean Fresnel]] zademonstrowali dyfrakcję oraz [[Interferencja|interferencję]] światła i od 1850 roku modele falowe zostały powszechnie zaakceptowane. W 1865 roku [[James Clerk Maxwell]] wysunął przypuszczenie, że światło jest falą elektromagnetyczną. Hipoteza ta została potwierdzona eksperymentalnie w 1889 roku przez [[Heinrich Hertz|Heinricha Hertza]], który odkrył [[Radio|fale radiowe]]. To ostatecznie zadecydowało o odrzuceniu cząsteczkowego modelu światła.

[[Równania Maxwella|Teoria falowa Maxwella]] nie wyjaśnia jednak wszystkich własności światła. Teoria ta przewiduje, że energia fali świetlnej zależy wyłącznie od jej natężenia i nie ma związku z jej [[częstotliwość|częstotliwością]]. Pomimo to szereg różnych, niezależnych eksperymentów pokazuje, że energia przekazywana atomom przez światło zależy wyłącznie od częstotliwości światła, a nie od jego natężenia. Na przykład [[Fotochemia|niektóre reakcje chemiczne]] są wyzwalane tylko przez światło o częstotliwości wyższej od pewnej wartości progowej, a światło o częstotliwości niższej od progowej, bez względu na jego natężenie, nie zapoczątkuje reakcji. Podobnie elektrony mogą zostać wybite z metalowej płytki przez oświetlanie jej światłem o wystarczająco wysokiej częstotliwości ([[efekt fotoelektryczny]]), a maksymalna energia wybitych elektronów zależy jedynie od częstotliwości światła.

W tym samym czasie badania nad promieniowaniem [[Ciało doskonale czarne|ciała doskonale czarnego]] prowadzone przez ponad cztery dekady (1860–1900) przez wielu badaczy zostały uwieńczone hipotezą [[Max Planck|Maxa Plancka]] głoszącą, że energia wypromieniowywana przez ciało doskonale czarne ma postać cząstek. Jak wykazał [[Albert Einstein]], pewien rodzaj kwantyzacji energii musi być założony, by wyjaśnić równowagę termiczną zachodzącą pomiędzy materią a [[Promieniowanie elektromagnetyczne|promieniowaniem elektromagnetycznym]] (której nie ma od kilku lub kilkunastu miliardów lat).

Ponieważ teoria światła Maxwella dopuszczała wszystkie możliwe energie promieniowania elektromagnetycznego, większość fizyków przypuszczała początkowo, że energia kwantyzacji jest rezultatem pewnego nieznanego ograniczenia dla materii, która pochłania lub emituje światło. W 1905 roku Einstein jako pierwszy zasugerował, że energia kwantyzacji jest własnością samego promieniowania elektromagnetycznego. Chociaż Einstein uważał teorię Maxwella za słuszną, wskazał, że wiele niewytłumaczalnych zjawisk mogłoby być wyjaśnione, gdyby energia maxwellowskiej fali świetlnej była zlokalizowana w punktowych [[kwant]]ach, poruszających się niezależnie od siebie, nawet jeżeli sama fala rozprzestrzenia się w przestrzeni w sposób ciągły. W 1909 i 1916 roku Einstein wykazał, że jeśli [[prawo Plancka]] opisujące promieniowanie ciała doskonale czarnego jest słuszne, kwanty energii muszą mieć [[Pęd (fizyka)|pęd]] <math>p=\frac{h}{\lambda},</math> co czyni je pełnoprawnymi [[Cząstka elementarna|cząstkami]]. Pęd fotonu został zaobserwowany eksperymentalnie przez [[Arthur Compton|Artura Comptona]] w rozpraszaniu wysokoenergetycznych fotonów na swobodnych elektronach. Fotony w takim oddziaływaniu zachowują się jak cząstki, a układ foton–elektron w zderzeniu zachowuje pęd i energię. Po kwantowym wyjaśnieniu zjawiska fotoelektrycznego był to kolejny dowód na istnienie fotonów. Arthur Compton za odkrycie tego zjawiska (nazwanego od jego nazwiska [[Zjawisko Comptona|efektem Comptona]]) otrzymał w 1927 roku [[Nagroda Nobla|Nagrodę Nobla]]. Kluczowe pytanie w tym okresie brzmiało: jak połączyć maxwellowską falową teorię światła z jego korpuskularną naturą, zaobserwowaną eksperymentalnie? Szukanie odpowiedzi na to pytanie zaprzątało Alberta Einsteina przez resztę jego życia, a odpowiedź została znaleziona w ramach [[Elektrodynamika kwantowa|elektrodynamiki kwantowej]].

== Zobacz też ==
{{wikisłownik|foton}}
* [[oddziaływanie elektromagnetyczne]]

== Przypisy ==
{{Przypisy}}

== Linki zewnętrzne ==
* ''Hologram fotonu pozwala dojrzeć ukryte dotąd cechy cząstki światła'', [http://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,410561,hologram-fotonu-pozwala-dojrzec-ukryte-dotad-cechy-czastki-swiatla.html naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,410561]

* ''Fotony nie oddziałują ze sobą? A jednak! Rozproszono światło na świetle'', [http://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,413551,fotony-nie-oddzialuja-ze-soba-a-jednak-rozproszono-swiatlo-na-swietle.html naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,413551]

{{Cząstki elementarne}}

{{Kontrola autorytatywna}}

[[Kategoria:Optyka]]
[[Kategoria:Bozony]]