Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 27 dotazů obsahujících »fotonů«
5) Energie fotonů
29. 01. 2007
Dotaz: Dobrý den, chtěla jsme se zeptat: Foton, kterého světla má větší
energii? Modrého nebo červeného? (Libuše Weinerová)
Odpověď: Energie fotonu je přímo úměrná frekvenci (a tím pádem nepřímo úměrná vlnové délce), přičemž konstanta této přímé úměrnosti se nazývá Planckova konstanta (h = 6,626 176·10-34 J·s) a je jednou ze fundamentálních konstant ve fyzice vůbec. Energie modrého světla (s frekvencí okolo 6,5·1014 Hz) je tedy zhruba o polovinu vyšší než energie světla červeného (s frekvencí okolo 4,5·1014 Hz).
Dotaz: v jednom dotazu jste psali že žádné hmotné těleso nemůže dosáhnout rychlosti
světla,ale jak vysvětlíte,že fotony,které jsou hmotné se pohybují rychlostí
světla? Děkuji za odpověď. (vojta)
Odpověď: Hmotnost tělesa lze rozdělit na dvě složky - na tzv. klidovou hmotnost (kterou naměříme, když se těleso nebude vůči nám pohybovat) a na hmotnost, kterou těleso získá v důsledku relativistických jevů (čím rychleji se pohybuje, tím větší tato složka hmotnosti je). Většina těles se vůči nám pohybuje relativně pomalu - u nich pak měříme pouze onu klidovou hmotnost, ona druhá složka hmotnosti je zanedbatelně malá. Když se postavím na váhu, naměřím tedy prakticky pouze svou klidovou hmotnost. Jiná situace je ale u fotonů. Fotony nemají žádnou klidovou hmotnost (ta je nulová) a veškerá jejich hmotnost je pouze ona relativistická složka hmotnosti spojená s pohybem. Pouze díky tomu, že mají nulovou klidovou hmotnost, se mohou pohybovat rychlostí světla. A má to ještě jeden zajímavý důsledek - fotony není možné zastavit. Pokud bychom je zastavili, byla by jejich hmotnost nulová, přestaly by existovat.
Dotaz: Dobrý den, mám dotaz je pravda že podle kvantové teorie může hmota existovat jak
v částicích tak ve vlnách? A je pravda, že kdybychom u nějakého objektu na
subatomární úrovni posunuli vlny o 180 stupňů, stal by se pro nás neviditelný?
(Tomáš Macejka)
Odpověď: Já bych spíše řekl, že v kvantové teorii se stírá rozdíl mezi částicemi a
vlnami, což jsou pojmy, které do mikrosvěta plného zajímavých a neobyčejných
jevů přinášíme z našeho makrosvěta. Například na rentgenové záření se někdy hodí
dívat jako na vlny (když studujeme jeho difrakci na krystalech) a někdy jako na
proud částic - fotonů (když nás bude zajímat, co třeba způsobí v polovodičovém
detektoru). Cesta k poznání není v meditacích, jak je to možné, ale v seznámení
se s ději mikrosvěta a jejich popisem. Když k vlnění přidáte další posunuté ve
fázi o 180° a se stejnou amplitudou a když zařídíte interferenci obou těchto
vlnění, tak se obě vlnění navzájem vyruší. Ale strefit se do fáze i amplitudy
není vůbec snadné, prakticky se takový efekt využívá při aktivní protihlukové
ochraně.
Dotaz: Základním zákonem zachování je zákon zachování hmoty a to i relativistické, tj.
izolovaná soustava má stálou relativistickou hmotnost. Pokud by se v této
soustavě začalo nějaké těleso pohybovat (nebo by zvětšilo svou stávající
rychlost), tj. zvětšilo svou hmotnost, muselo by jiné těleso "zhubnout", aby
první těleso získalo energii na zvětšení rychlosti? Děkuji za odpověď. (Iveta Krahulcová)
Odpověď: Záleží na tom, jak na sebe budou tělesa v té izolované soustavě působit. Pokud bychom si představili například pružný ráz, pak skutečně platí, že součet hmotností těles se nezmění. Když se v Newtonovské teorii řeší úlohy o pružných srážkách, vychází se ze zákona zachování hybnosti a energie. Ve speciální relativitě to je stejné, zákon zachování energie lze skrze vztah E = m c2 považovat za ekvivalentní právě zákonu zachování hmotnosti.
Poněkud složitější to je v případě, že uvažujeme elektromagnetické působení. Např. Slunce (nebo libovolná jiná hvězda) vyzařuje energii ve formě elektromagnetických vln. Kvanta této energie se nazývají fotony a podle vlnové délky mají různou povahu (v případě Slunce je vnímáme převážně jako teplo a světlo). Díky tomuto vyzařování hvězda ztrácí určitou hmotnost (schválně si pomocí vzorce E = m c2 a údajů o Slunci spočítejte, kolik to bude za jeden den). Má-li zde tedy platit zákon zachování hmotnosti, je nutné započítat i hmotnost odpovídající energii vyzářených fotonů.
Dotaz: Elektromagnetické pole se vždy vlní. Toto pole má navíc vždy duální charakter,
tzn. vlnění + fotony. Co víme o gravitačním poli? Vlní se také jako
elektromagnetické pole a má také duální charakter? Nakonec bych se ještě rád
zeptal, zda existují nějaké paralelní teorie elektromagnetického pole, které by
nepoužívaly slova "duální charakter"? (Tomáš Trojan)
Odpověď: Z Einsteinovy obecné teorie relativity plyne existence gravitačních vln.
Jejich povaha je ale hodně odlišná od elektromagnetických. Jeden ze
zásadních rozdílů je ten, že rovnice popisující gravitační pole jsou
nelineární.
Nicméně v jisté aproximaci fungující pro slabá pole lze gravitační vlny
považovat za poruchy na plochém (nezakřiveném) prostoru, které se chovají
lineárně. V této linearizované teorii skutečně existuje přímá analogie
fotonů, které se říká graviton. Kvantovat nelineární gravitační pole ale
zatím uspokojivě nikdo neumí, ostatně skloubení obecné relativity a
kvantové teorie pole je již delší dobu jednen z klíčových problémů
fundamentální fyziky vůbec (viz např. J. D. Barrow: Teorie všeho nebo
S. Weinberg: Snění o finální teorii).
Ke druhé části otázky. Klasická elektrodynamika o kvantování pole (tj.
ani o fotonech) nic neví. Proto s ní také nelze vysvětlit jevy, ve kterých
se tato vlastnost pole projevuje. Fotony se objevují až v kvantové
elektrodynamice a není mi známa žádná snaha tuto teorii přeformulovat tak,
aby v ní byla nějak přímo obsažena klasická teorie. Zmíněná dualita není ani
tak vlastnosti teorie, jako spíše naší interpretace související s tím,
kterou teorii k popisu konkrétních jevů používáme.
