foton

Fotonen er den elementarpartikel, som lys og alle andre former for elektromagnetisk stråling består af. Al elektromagnetisk stråling, bl.a. radiobølger, mikrobølger, synligt lys, gammastråling osv., består af fotoner på samme måde, som almindeligt stof består af atomer.

Faktaboks

Etymologi
Ordet foton kommer af græsk phos 'lys', genitiv photos, og -on.
Også kendt som

lyskvant

Fotoner er bosoner med spin lig med Plancks konstant.

Fotoner er helt centrale i fysikken. Den elektromagnetiske kraft, der styrer alle fænomener, som har at gøre med elektricitet og magnetisme, er baseret på udveksling af fotoner mellem partikler. Uden fotoner ville mange af de processer, vi tager for givet i hverdagen, fx syn, trådløs kommunikation og endda selve eksistensen af atomer, ikke kunne finde sted. Fotoner spiller også en vigtig rolle i moderne teknologi og videnskabelig forskning.

Fotonens egenskaber

Fotonen har ingen hvilemasse, men har både energi og impuls. Ifølge Einsteins specielle relativitetsteori har partikler uden hvilemasse altid den samme hastighed i vakuum, uanset hvilket referencesystem hastigheden måles fra. Da lyspartikler, altså fotoner, var de første partikler, som man indså besad denne egenskab, kaldes hastigheden for lyshastigheden c. Den er 299.792.458 m/s, dvs. tæt på 300.000 km/s.

Fotonens energi afhænger af dens frekvens, som er relateret til strålingens farve eller type. Eksempelvis har blåt lys højere energi end rødt lys, mens gammastråling har endnu højere energi.

Partikel eller bølge?

Fotonen er både en partikel og en bølge, afhængigt af hvordan man observerer den; dette kaldes partikel-bølge-dualiteten. Når fotoner bevæger sig gennem rummet, kan de beskrives som bølger, der kan interferere og danne mønstre, som vi kender fra lysfænomener som regnbuer eller diffraktion i en krystal. Men når de interagerer med stof, opfører de sig som partikler, der kan måles enkeltvis. Dette dobbelte aspekt af fotoner har stor betydning for vores forståelse af kvantemekanik. Et eksempel på sidstnævnte er Comptoneffekten, en fysisk effekt, der ikke ville kunne finde sted, hvis fotoner blot var bølger.

Fotonens forskningshistorie

I slutningen af 1800-tallet introducerede fysikeren Max Planck ideen om kvantisering af energi for at forklare hvordan elektromagnetisk stråling kan udsendes fra helt sorte objekter, den såkaldte hulrumsstråling. Hans forklaring byggede på, at strålingsenergien skulle udsendes i diskrete enheder, som han kaldte for kvanta eller kvanter. Dette koncept blev senere videreudviklet af Albert Einstein, der i 1905 brugte ideen om energi-kvanter til at forklare den fotoelektriske effekt, hvor lys kan frigøre elektroner fra en metaloverflade. Einstein viste, at lys består af partikler, som senere blev kendt som fotoner.

En anden vigtig milepæl i fotonens forskningshistorie var opdagelsen af Comptonspredning i 1923. Arthur Compton viste, at når fotoner kolliderer med elektroner, spredes de på en måde, der kun kan forklares, hvis fotoner er partikler med energi og impuls.

Begrebet foton blev først formelt indført af kemikeren Gilbert N. Lewis i 1926, selv om mange af de grundlæggende opdagelser allerede var gjort på dette tidspunkt.

Lasere

Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) er en teknologi, som udnytter fotoners fysiske egenskaber. En laser producerer en koncentreret stråle af fotoner med samme energi, fase og retning. Det betyder, at laserstrålen har en meget højere intensitet og større præcision end en almindelig lysbølge. Lasere anvendes på en lang række områder inden for bl.a. grundforskning, medicin og telekommunikation, men også i underholdning

Kommunikationsteknologi

Moderne kommunikationsteknologi er i høj grad afhængig af fotoner. Fiberoptiske kabler, der bruges til at sende data over lange afstande, fungerer ved at lede lys (og dermed fotoner) gennem tynde glas- eller plastiktråde. Hver foton bærer information, der kodes ind i fotonen hos afsenderen, overføres, og derefter afkodes hos modtageren. Dette muliggør fx højhastigheds-internet. Fotoner anvendes også i trådløs kommunikation, fx i infrarøde fjernbetjeninger og laserbaserede datalink.

Læs mere i Lex

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig

Fagansvarlig for Specifikke partikler og resonanser

Christian Bierlich
Forsker, ph.d., Lunds Universitet

Forstå aktuelle begivenheder

Krigen i Ukraine

Krigen i Ukraine begyndte med Ruslands invasion af landet den 24. februar 2022. Baggrunden for krigen var Ukraine-konflikten, der havde stået på siden 2013.

Mellemøsten i krig

Få overblik over vigtige personer, begivenheder, krige og konflikter i Mellemøsten lige nu.

Kernevåben

Kernevåben er masseødelæggelsesvåben bestående af en kerneladning og et fremføringsmiddel. Frankrig har for nyligt åbnet for at placere deres kernevåben i andre lande i et fælleseuropæisk forsvarssamarbejde.

Seneste ændringer på Lex

Se al aktivitet