Starpība starp fotonu un kvantu

galvenā atšķirība starp fotonu un kvantu ir tas fotons ir elementāra daļiņa, turpretī kvants ir daudzuma mērs.

Fotons ir elementāra daļiņa, savukārt kvants ir diskrēta pakete ar tajā uzkrāto enerģiju. Fotons un kvants ir divi ļoti svarīgi mūsdienu fizikas jēdzieni. Turklāt šie jēdzieni ir plaši izmantojami tādās jomās kā kvantu fizika, kvantu ķīmija, elektromagnētiskā teorija, optika, daļiņu fizika utt. Šie jēdzieni ir svarīgi arī daudzās reālās lietojumprogrammās, piemēram, LASER, augstas izšķirtspējas mikroskopijā, molekulāro izmēru noteikšanā. attālumi, kvantu kriptogrāfija un fotoķīmija.

SATURS

1. Pārskats un galvenās atšķirības
2. Kas ir fotons 
3. Kas ir kvants 
4. Blakus salīdzinājums - Photon vs Quantum tabulas formā
5. Kopsavilkums

Kas ir fotons?

Fotons ir elementāra daļiņa, kurai nav apakšstruktūras. Elementārās daļiņas ir Visuma celtniecības bloki; visas pārējās daļiņas ir izgatavotas no šīm daļiņām. Fotoni pieder pie elementāro bozonu kategorijas. Alberts Einšteins ir mūsdienu fotonu koncepcijas tēvs. Viņš izmantoja šo jēdzienu, lai izskaidrotu eksperimentālos novērojumus, kas neatbilst klasiskajam gaismas viļņu modelim.

Fotons ir daļiņa ar nulles atpūtas masu, bet tai ir relativistiska masa. Turklāt tam nav elektrības lādiņa. Turklāt telpā tas spontāni nesadalās. Turklāt tas pārvietojas ar gaismas ātrumu telpā. Fotona enerģiju var atrast pēc E = hf, kur E ir enerģija, f ir fotona frekvence un h ir Planka konstante. Šo vienādojumu var sniegt arī formā E = hc / λ, kur gaismas ātrums ir c un λ ir viļņa garums.

01. attēls. Kad elektrons pārvietojas no augsta enerģijas līmeņa uz zemu enerģijas līmeni, tiek emitēts fotons (tai ir hv enerģija)

Turklāt fotoniem, tāpat kā visiem citiem kvantu objektiem, piemīt viļņiem un daļiņām līdzīgas īpašības. Un šī divviļņu daļiņu daba ir jēdziens, ko mēs saucam par fotona viļņa daļiņu dualitāti. Fotonus izstaro daudzos dabiskos procesos; piemēram, paātrinot lādiņu, molekulārā, atomu vai kodola pārejas laikā uz zemāku līmeni un kad daļiņa un tai atbilstošās antidaļiņas tiek iznīcinātas.

Kas ir kvants?

Termins kvants nāk no latīņu valodas “quantus”, kas nozīmē “cik daudz”. Kvants ir “diskrēta pakete” ar tajā uzkrāto enerģiju. Matērijas enerģija nav nepārtraukta. Tas nozīmē, ka jebkura enerģijas daudzuma pārvietošana nav iespējama. Zinātnieki atklāja, ka enerģija ir kvantitatīva un tā pārvietojas hf lieluma diskrētās vienībās (vai paketēs). Mēs katru enerģijas paketi saucam par “kvantu”.

02 attēls: viļņu pakete attēlo kvantu daļiņu 

Piemēram, fotons ir viens gaismas kvants. Kvantu daudzskaitlis ir kvants. Makss Planks atklāja kvantācijas jēdzienu. Viņš izmantoja šo koncepciju, lai izskaidrotu starojuma emisiju no apsildāmiem objektiem; mēs to saucam par melnā ķermeņa starojumu.

Kāda ir atšķirība starp fotonu un kvantu?

Fotons ir mazākais elektromagnētiskā starojuma diskrētais daudzums vai kvants, savukārt kvants ir diskrēts enerģijas daudzums, kas ir proporcionāls lielumam ar tā attēlotā starojuma frekvenci. Tāpēc galvenā atšķirība starp fotonu un kvantu ir tāda, ka fotons ir elementāra daļiņa, turpretī kvants ir daudzuma mērs.

Vēl viena būtiska atšķirība starp fotonu un kvantu ir tā, ka fotons ir svarīgs kā elektromagnētiskā starojuma kvants, savukārt kvants ir svarīgs, lai izmērītu daudzumu subatomiskajā skalā.

Kopsavilkums - Photon vs Quantum

Kvantu mēs varam raksturot kā daudzuma mēru, bet fotons nav par daudzuma mēru. Patiesībā fotonu var raksturot kā enerģijas kvantu. Tādējādi galvenā atšķirība starp fotonu un kvantu ir tāda, ka fotons ir elementāra daļiņa, turpretī kvants ir daudzuma mērs.

Atsauce:

1. Džounss, Endrjū Zimmermans. "Kas ir fotons fizikā?" ThoughtCo, 2018. gada 3. septembris, pieejams šeit.

Attēla pieklājība:

1. “AtomicLineSpEm” (CC BY-SA 3.0), izmantojot Commons Wikimedia
2. Thierry Dugnolle “Wavelet” - Savs darbs (CC BY-SA 3.0), izmantojot Commons Wikimedia