Footon
Valgust käsitletakse tänapäeva füüsikas kahest erinevast ja kohati vastandlikust vaatepunktist – osakeste voona ja elektromagnetlainena. Valgusosakesi nimetatakse valguse kvantideks ehk footoniteks.
Kvant on iseendast üldisem mõiste ega pruugi olla seotud tingimata valgusega, võime kõnelda ka aja ja ruumi kvantidest, tugeva vastastikmõju kvantidest ja muudestki kvantidest. Footon aga on just valgusele omane kvant.
Kui valguslaine (ehk elektromagnetlaine) on sagedusega f, siis iga sellele lainele vastava footoni energia on
.
Suurus on Plancki konstant.
Footoneid kujutatakse väikeste lainepakettidena. Tihedam pakett on suurema sageduse ja energiaga footon.
Valemist on näha, et suure sagedusega elektromagnetlainetele vastavad suure energiaga footonid, madala sageduse puhul aga on footoni energia väike. Kuna sagedus ja lainepikkus on pöördvõrdelised, siis pikalainelisele valgusele vastab väikese energiaga footon, lühilainelisele aga suure energiaga footon. Valguslaine energia ei saa kunagi olla väiksem kui ühe footoni energia, ja kui energiat on rohkem, peab see olema suuruse täisarvkordne. Niisiis näiteks valguslaineid energiaga 9,7
või 105,74
looduses eksisteerida ei saa.
Footon saab olemas olla üksnes liikudes, tal puudub seisumass. Kui footon liigub, on tal mass olemas ja see on määratud seosega
.
Siin on valguse lainepikkus, teised suurused määratleti juba eespool. See seos peab kehtima, kuna ühest küljest
, teisalt aga kehtib relatiivsusteoorias seos
. Kui need kaks avaldist võrdsustada, siis
ja siit saamegi footoni massi avaldada.
Kuna valgusosakese impulss on massi
ja valguse kiiruse
korrutis, siis
.
Eksisteerib hulk nähtusi, kus valguse mõistmine footonite voona annab palju paremaid tulemusi kui laineteooria. Selline nähtus on näiteks fotoefekt, aga ka mitmed muud valguse kiirgumise ja neeldumisega seotud nähtused. Valguse kiirgamine ainete aatomites toimub siis, kui aine elektronid siirduvad kõrgematelt lubatud energiatasemetelt madalamatele, ja kiiratava energiaportsjoni suurus saab siis jällegi olla ainult footoni täisarvkordne arv.
INGLISKEELSED TERMINID
footon, valguskvant – photon, quantum of light