ما هو الفوتون؟ وما هي خصائصه؟

نظرة عامة حول الفوتون

يُمكن تعريف الفوتون (بالإنجليزية: Photon) أو كما يُعرف أحياناً باسم "الضّوء الكمي"، بأنه جسيمٌ أوليٌ من الضوء، وهو يمثّل أصغر كميةٍ ممكنةٍ من الإشعاع الكهرومغناطيسي أو الضوء أو حتى الطاقة الكهرومغناطيسية، وقد يُطلق عليه أحياناً اسم الضّوء فقط، ويجدر بالذكر هنا أنه إذا كنت تقرأ هذا المقال حالياً عبر شاشة الحاسوب أو الهاتف الذكي، فإن تياراتٍ من الفوتونات تنتقل حالياً من الشاشة إلى عينيك.^[١]

وبذلك يمكننا القول إن الضّوء هو عبارةٌ عن سيلٍ من الفوتونات التي تسير في الفضاء أو عبر أي وسط، فكل شيء في الطبيعة يجب أن يتكون بالضرورة من جسيماتٍ أوليةٍ، ويعتبر الفوتون أحد أهم هذه الجسيمات.^[٢]

تاريخ اكتشاف الفوتون

برز مفهوم تكوّن الضوء من جسيمات منفصلة منذ قرون عدة قبل صياغة مصطلح الفوتون رسمياً لأول مرة على اليد العالم جيلبرت لويس عام 1926م، ثم وبعد مرور الوقت، وتحديداً في القرن التاسع عشر تم التعرف على الخصائص الموجية للضوء؛ أي خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسي بشكل عام، وتم إلغاء فرضية الخاصية الجسميّة للضوء بشكل كامل، إلا أنّه وبعد ذلك ثم اكتشاف الظاهرة الكهروضوئية على يد العالم ألبرت أينشتاين الأمر الذي أعاد بدوره نظرية الطبيعة الجسيميّة للضوء من جديد، ممّا أكّد أنّ الضوء يتمتع بخصائص موجية وأخرى جسيمية معاً وفي الوقت نفسه.^[٣]

بشكل عام يمكننا القول إنّ للفوتونات خصائص موجية وأخرى جسيمية كما ذُكر سابقاً؛ إذ تعتبر الفوتونات جسيمات، وفي الوقت نفسه فإنّ لها تردداً، وطولاً موجياً، وسعة، كما تتمتع بالكثير من الخصائص الأخرى المتعلقة بالموجات المختلفة من حولنا، وهي بذلك تتصرف كسجسيم وموجة في الوقت نفسه.^[٣]

أشهر خصائص الفوتون

يُطلق على خاصية امتلاك الفوتون لطبيعتين إحداهما موجية والأخرى جسيمية اسم "الطبيعة المزدوجة" (بالإنجليزية: Wave-Particle Duality) ولفهم الفوتونات بشكل أفضل إليك المزيد من الصفات والخصائص التي تمتاز بها الفوتونات:^[٤][٣]

• لا يمتلك الفوتون كتلةً أو طاقة سكونية.
• يعد الفوتون من الجسيمات الأولية رغم عدم وجود كتلةً له.
• لا يمتلك شحنةً كهربائيةً وهو مستقرٌ دائماً؛ أي يعتبر الفوتون جسماً متعادلاً كهربائياً.
• لا تعتمد طاقة وزخم الفوتون على كتلته مثل باقي الجسيمات وإنما تعتمد على التردد للإشعاع الصادر عنه.
• يتفاعل الفوتون مع الأجسام الأخرى كالإلكترونات وغيرها رغم عدم وجود كتلةٍ له وهذا التفاعل يتمثل في ظواهر كثيرةٍ مثل ظاهرة كومبتن (بالإنجليزية: Compton effect)، التي تصطدم فيها جسيمات الضوء مع الذرات مسببّة إطلاق الإلكترونات.
• يمتلك الفوتون سرعةً ثابتةً في الفراغ وهي نفس سرعة الضّوء والتي هي قرابة 300 ألف كيلومترٍ في الثانية الواحدة، كما أن الفوتونات تكون دائماً في حالة حركة.
• يمكن التعبير عن الطاقة التي يحملها الفوتون عبر المعادلة الآتية: طاقة الفوتون = ثابت بلانك (6.626×10^-34) × التردد بالهيرتز.^[٥]