Forskel mellem Photon og Quantum
Share
Det vigtigste forskel mellem foton og kvante er det foton er en elementær partikel, hvorimod kvante er et mål for kvantitet.
Photon er en elementær partikel, mens kvante er en diskret pakke med energi gemt i den. Foton og kvante er to meget vigtige begreber i moderne fysik. Desuden er disse koncepter meget anvendelige inden for områder som kvantefysik, kvantekemi, elektromagnetisk teori, optik, partikelfysik osv. Disse koncepter er også vigtige i mange virkelige anvendelsesformål såsom LASER, mikroskopi med høj opløsning, måling af molekylær afstande, kvantekryptografi og fotokemi.
INDHOLD
1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er Photon
3. Hvad er Quantum
4. Sammenligning side ved side - Photon vs kvante i tabelform
5. Resume
Hvad er Photon?
Photon er en elementær partikel, der ikke har en understruktur. Elementære partikler er byggestenene i universet; alle andre partikler er fremstillet af disse partikler. Fotoner hører til kategorien af elementære bosoner. Albert Einstein er far til det moderne fotonbegreb. Han brugte dette koncept til at forklare eksperimentelle observationer, der ikke stemte overens med den klassiske bølgemodel af lys.
En foton er en partikel med nul hvilemasse, men den har en relativistisk masse. Det har heller ingen elektrisk opladning. Desuden forfalder det ikke spontant i rummet. Derudover bevæger det sig med lysets hastighed i rummet. Vi kan finde en fotons energi fra E = hf, hvor E er energi, f er fotonens frekvens og h er Plankens konstante. Vi kan også give denne ligning i formen E = hc / λ, hvor lysets hastighed er c og λ er bølgelængde.
Figur 01: Når en elektron bevæger sig fra et højt energiniveau til et lavt energiniveau, udsendes en foton (det har hv energi)
Desuden udviser fotoner, ligesom alle andre kvanteobjekter, bølgelignende og partikellignende egenskaber. Og denne dobbeltbølgefartikel-natur er det koncept, vi kalder en fotons bølge-partikeldualitet. Fotoner udsendes i mange naturlige processer; for eksempel når man accelererer en ladning under en molekylær, atomær eller nuklear overgang til et lavere niveau, og når en partikel og dens tilsvarende antipartikel er i udslettelse.
Hvad er Quantum?
Udtrykket kvante kommer fra det latinske 'kvantus', der betyder 'hvor meget'. Et kvante er 'en diskret pakke' med energi gemt i den. Materiens energi er ikke kontinuerlig. Det betyder, at overførslen af en mængde energi ikke er mulig. Forskere opdagede, at energi kvantificeres, og at det overføres i diskrete enheder (eller pakker) i størrelse hf. Vi kalder hver af energipakkerne som et "kvante".
Figur 02: En bølgepakke repræsenterer en kvantepartikel
For eksempel er en foton et enkelt kvantitet af lys. Flertallet af kvante er kvanta. Max Plank opdagede begrebet kvantisering. Han brugte dette koncept til at forklare emissionen af stråling fra opvarmede genstande; vi kalder denne sorte kropsstråling.
Hvad er forskellen mellem Photon og Quantum?
Photon er den mindste diskrete mængde eller kvantitet af elektromagnetisk stråling, mens kvante er en diskret mængde energi, der er proportional i størrelse med frekvensen af den stråling, den repræsenterer. Derfor er den vigtigste forskel mellem foton og kvante, at foton er en elementær partikel, mens kvante er et mål på kvantitet.
Desuden er en anden signifikant forskel mellem foton og kvantum, at fotonen er vigtig som et kvantum af elektromagnetisk stråling, mens kvante er vigtigt for at måle mængde i den subatomære skala.
Resume - Photon vs Quantum
Vi kan beskrive kvante som et mål på kvantitet, men en foton handler ikke om et mål på kvantitet. Faktisk kan vi beskrive foton som et energikvantum. Derfor er den vigtigste forskel mellem foton og kvante, at foton er en elementær partikel, mens kvante er et mål på kvantitet.
Reference:
1. Jones, Andrew Zimmerman. “Hvad er en foton i fysik?” ThoughtCo, 3. september 2018, tilgængelig her.
Billede høflighed:
1. “AtomicLineSpEm” (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. “Wavelet” af Thierry Dugnolle - Eget arbejde (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
