Published in: الفيزياء

الفوتون – هل نلاحظه؟ هل هو موجة أم جسيم؟

Author د. جاسم الفواز

Published on: 26 يوليو، 2023

هل هو موجة أ

د. جاسم الفواز

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هو الفوتون؟

الفوتون (Photon) عبارةٌ عن جسيمٍ طاقي دون ذرية أساسية، ويعدُّ الحامل الأساسي للقوة الكهرومغناطيسية (Electromagnetic force). بعباراتٍ أبسط الفوتون هو جسيمٌ كَمّيٌّ يُعبر عن الوحدة الأساسية للإشعاع الكهرومغناطيسي.

كيف نلاحظ الفوتونات في حياتنا؟

كلُّ شخصٍ منا محاطٌ بالفوتونات أينما ذهب، فالضوء القادم من الشاشة التي تقرأ منها هذا المقال هو فوتونات، وأشعة الشمس التي تتعايش معها كل يوم هي فوتونات، ويستخدم الطبيب الأشعة السينية التي هي فوتونات أيضاً، ويستقبل الراديو في السيارة إشاراته التي هي أيضاً فوتونات، وجهاز الميكرويف في مطبخك يسخن الطعام بالفوتونات، وأنت تتصل بالهاتف الجوال باستخدام الفوتونات، وباختصار حياتنا بكل جوانبها محاطةٌ بالفوتونات. ^[1]

هل الفوتون موجةٌ أم جسيمٌ؟

هنالك الكثير من الجدل التاريخي القديم عن ماهية الفوتون، فهل هو موجةٌ (Waves) تمتلك خواص الموجة، مثل: الانتشار، والتبدُّد، وله طول موجة وتواتر أم هو جُسيمٌ (Particle) له خواص جسيمات المادة، مثل: الاصطدام بالأجسام الأخرى، والارتداد، وغيرها من خواص الجسيمات.

من أغرب اكتشافات ميكانيكا الكمّ أن الفوتونات هي ذات طبيعةٍ مزدوجة، فهي تسلك أحياناً سلوك الجسيمات، وتسلك أحياناً أخرى سلوك الأمواج، وذلك اعتماداً على التجربة التي يخضع لها الفوتون. عندما يمرُّ الضوء وهو حزمةٌ من الفوتونات عبر الموشور (Prism)، فإنه ينتشر ويتشتّت حسب الطول الموجي لكل لون، فالفوتون هنا يسلك سلوك موجة.

على العكس من ذلك، عندما نسلط حزمةً ضوئيةً على سطح معدن، فإن الفوتونات تتصادم مع إلكترونات هذا المعدن، وتعطيها جزءاً من طاقتها لتتحرر هذه الإلكترونات من المعدن كما في الخلايا الشمسية، وبهذه التجربة يسلك الفوتون سلوك جسيم، هذه التجربة تُسمّى (Photoelectric effect) التأثير الكهروضوئي, حيث قام بها آينشتاين عام 1905، وبعدها تبلورت فكرة الفوتون، وهي التي أكسبت آينشتاين جائزة نوبل في الفيزياء. ^[2]

ومع ذلك مصطلح الفوتون المأخوذ من اليونانية Phōs ، Phōtos، ويعني الضوء لم يستخدم حتى عام 1926 على يد كيميائي يُدعى جيلبرت لويس (Gilbert Lewis)، والفيزيائي فريثيوف ولفرز (Frithiof Wolfers )، وكان هذا بعد أن أظهر الفيزيائي الأمريكي آرثر كومبتون عام 1923 الطبيعة الجسمية للأشعة السينية، وهي فوتونات أيضاً من خلال تجربةٍ شهيرةٍ باسم تجربة كومبتون. ^[3]

ما هي خواص الفوتون؟

1- له طبيعةٌ مزدوجةٌ موجة (جسيم).

2- تتحرك الفوتونات دائماً في الفراغ بسرعةٍ ثابتة تبلغ حوالي 300000 كيلو متر في الثانية، ويُشار إلى هذا عادةً باسم سرعة الضوء (Speed of light)، ويشار إليها بالحرف C أي يستطيع الفوتون أن يدور 7 مرات حول الأرض بثانية واحدة.

3- ليس للفوتون كتلة.

4- ليس للفوتون شحنة كهربائية. ^[4]