Foton farklı şekillerde üretilebilen bir elektromanyetik kuvvettir. Tüm foton oluşturma yollarında atom içindeki aynı mekanizma kullanılmaktadır. Bu mekanizmalar ise atom çekirdeğinde dönen elektronlara enerji verilmesi sayesinde olmaktadır. Elektronlar çekirdeklerin sabit yörünge içerisinde dairede bulunmasını sağlamaktadır.
Bu durum Dünya’nın yörüngesinde dönen uydular örnek olarak gösterilebilmektedir. Karanlık bir yerde elinizde iki adet fener olduğunu düşünün. Bunların ışıklarının birbirleri ile kesişecek şekilde fenerleri açın. Burada tuhaf bir şey meydana gelmez. Çünkü ışığı meydana getiren fotonlar etkileşim içerisinde olmamaktadır.
Fotonun Kütlesi Var mıdır?
Fotonların normalde bir kütleleri yoktur. Saniyede 300.000 km/s hız ile hareket etme yeteneklerine sahiptir. Ancak konu ile ilgili araştırmalar yapan bilim insanları bağlı olan fotonların elektron kütlelerinden yalnızca bir kısmını elde ettiğini keşfetmişlerdir.
Foton Nedir
Fotonun 1900’lü yılların ortalarına doğru bulunmasına rağmen, foton enerji parçacıklarının görüntülenmesi ancak 2007 yılında gerçekleşmiştir. Bu yılda Fransız fizikçiler çok önemli bir iş gerçekleştirerek, fotonun görüntüsünü yakalamayı başarmışlardır. Fransız fizikçiler, bu olayı başarırken Albert Einstein’in bir sözünden yola çıkmışlar ve deneylerini bu söze yakın olarak gerçekleştirmişlerdir.
Albert Einstein, ismini kendisinin verdiği fotonlar hakkında bir fotonu bir kutucuğa koyup tarttığında, fotonun o kutucukta olduğunu söylemiştir. Fransız bilim adamları bu söylem ışığında süper iletken yapıda aynalarla kaplanmış kutucukları kullanarak, bu deneyi gerçekleştirmişlerdir.
19. yüzyılda en çok tartışılan konulardan biri, ışığın parçacık mı yoksa dalga mı olduğu sorusuydu. James Clerk Maxwell‘in elektromanyetik kuramı ve Hertz’in deneylerinden sonra ışığın dalga olduğu kabul edilmeye başlandı. Ancak bazı deneyler ışığın dalga olduğu gözlemiyle uyuşmuyordu. Karacisim ışıması hakkında Rayleigh ile Jeans’in kurduğu teori bunun zirveye çıktığı yerlerden biriydi. Rayleigh ve Jeans dalga yaklaşımını kullanarak, belli bir sıcaklığa sahip bir cismin etrafa hangi dalga boyunda ne kadar ışıma yapacağını hesaplamaya çalıştılar. Buldukları sonuç, uzun dalga boylarında deneylerle uyumluydu ama düşük dalga boylarında çok büyük bir sapma gösteriyordu. Teorileri, dalga boyu küçüldükçe, yapılan ışımanın sonsuza gideceğini söylüyordu (bu yüzden buna morötesi felaketi denir).
İlerleyen yıllarda Max Planck, ışık dalga olarak değil de enerji paketçikleri olarak düşünülürse bu problemin aşılabileceğini fark etti (bu, Max Planck’a 1918 Nobel Fizik Ödülü‘nü kazandırmıştır). Daha sonra Arthur Compton tarafından açıklanan Compton saçılması olayı ve Albert Einstein’ın açıkladığı Fotoelektrik olay ışığın parçacık yapısını ortaya çıkardı. Fakat girişim ve kırınım deneyleri gibi başka deneyler de ancak ışığın dalga olduğu varsayıldığında açıklanabilmektedir. Şu anda kabul edilen ışığın ikili bir yapısı olduğu ve hem parçacık hem dalga özeliği gösterdiğidir (daha sonraki deneyler bütün maddelerin böyle olduğunu göstermiştir).
Elektromanyetik dalgalar, sürekli bir şekilde dalga halinde değildir. Bu nedenle fotonlar kuantum formunda olmaktadır. Elektromanyetik dalgalar foton isimli ayrıl parçalardan oluşur. Foton terimi 1800’lü yılların sonlarına doğru fotoelektrik isimli deney ile keşfedilmiştir.
Fotonların özellikleri şu şekildedir;
• Elektrik yükleri bulunmaz
• Kütleleri sıfırdır.
• Fotonlar kararlı bir yapıda bulunur.
• Uzay boşluğunda ışık hızında ilerlerler.
Frekanslarına bağlı bir şekilde enerjileri ve momentumları bulunmaktadır. Diğer parçacıklar ile etkileşim göstermektedirler. Bu özellikleri ile elektrona benzemektedir.
Farklı doğal süreçler ile elde edilebilir ya da yok edilebilirler.
Fotonlar maddeler ile etkileşime girebilir. Bu nedenle de parçacık gibi davranış sergilemektedir. Çoğu zaman foton enerjisinin maddelerce emildiği de olabilmektedir. Böyle bir durum ile karşılaşılması halinde fazla enerjiler ısı olarak çevreye yayılmaktadır.
Isaac Newton ışığın parçacıklardan oluştuğundan ilk defa bahseden kişidir. Sonrasında ise ışığın dalgalardan oluştuğu düşünülmeye başlamıştır. Max Planck’in yapmış olduğu deneyler sonucunda ise ışığın tanecik gibi davrandığı ortaya çıkmıştır. Işık devamlı bir şekilde dalgalar halinde değil, daha çok enerji paketçikleri gibi hareket etmektedir. Einstein ile Planck bu enerji paketlerinden ışık kuantumu ya da foton olarak bahsetmişlerdir.
Fotonların bir parçacıkmış gibi hareket ettikleri keşfedilmiştir. İzafiyet teorisine göre, parçacıkların ışık hızında hareket edebilmeleri için kütlelerinin sıfıra yakın olması gerekmektedir.
Bu da ışık enerjisinin yalnızca kinetik enerjiye sahip olduğunu göstermektedir. Yani kütleye bağlı bir enerjisi bulunmamaktadır. Einstein o zamana kadar açıklanamayan fotoelektrik kavramını bu şekilde açıklamıştır.
Fotonun durgun kütlesinin sıfır olduğu bilinmektedir. Işık hızı ile hareket edebilme yeteneğine sahiptir.
Etkileşimlere parçacık olarak girip dalga olarak yayılma özelliğine sahiptir.
E=h x f, p=h/λ, E=p x c bağıntılarını kullanmak mümkündür. Kütlesi sıfırdır. Ancak diğer parçacıklarda olduğu gibi kütle çekimlerinden etkilenebilme özelliğine sahiptir.
E= enerji miktarı anlamına gelmektedir.
h = 6.6 X 10-34 Js = Planck sabiti olarak isimlendirilir.
f = frekans anlamına gelmektedir.
Işığın dalga özellikleri de bulunmaktadır. Etkileşimlere ise parçacık şeklinde girip dalga olarak yayılma özelliğine sahiptir.
Işık hızında giden bir taneciğin momentumu P = m x c formülünden hesaplanır.
Bir taneciğin enerjisi E= m x c2 bağıntısından hesaplanır.
Bir foton enerjisi ise E= h x (c /λ ) formülünden hesaplanmaktadır.
Kaynak: Wikipedia
