Когда мы говорим о свете, мы имеем в виду видимый свет, благодаря которому мы хоть что-то видим в этом темном мире. Но видимый свет всего лишь небольшая часть широкого электромагнитного спектра. Тут все понятно, идем дальше.
Квант света называется фотоном. В квантовой физике он описывается как частица, состоящая из дискретных пакетов энергии, как наименьшая единица или просто – «квант». Согласно корпускулярно-волновому дуализму свет может проявлять себя в двух формах – и как волна, и как частица. Поэтому в некоторых случаях можно сказать, что свет – это поток частиц (фотонов), в некоторых – что это электромагнитная волна. Оба правильные.
Фотоны обладают такими свойствами, как энергия, импульс и поляризация, и не обладают строением и размерами. Энергия фотона прямо пропорциональна его частоте и описывается уравнением E = h*f, где E – энергия, h – постоянная Планка (фундаментальная константа в квантовой физике), а f – частота световой волны.
Когда свет взаимодействует с веществом, фотоны могут поглощаться, испускаться или рассеиваться. Это взаимодействие между фотонами и веществом лежит в основе различных явлений в оптике, таких как отражение, преломление, дифракция и поглощение.
Может ли квант света иметь массу?
Нет, не может. Фотоны по определению являются безмассовыми частицами, и это единственная причина, по которой они могут двигаться со скоростью света. Любая частица с массой, какой бы малой она ни была, потребовала бы бесконечного количества энергии, чтобы разогнаться до скорости света, или обладала бы бесконечной энергией, если бы каким-то образом возникла, уже двигаясь со скоростью света.
Фотоны может перенаправить гравитация тяжелого объекта, но они перенаправляются, потому что само пространство вокруг объекта искривлено — фотоны всегда движутся по прямой линии, но математическое определение «прямой линии» изменяется под действием гравитации.
Интересно отметить, если частица с массой движется очень быстро, когда она попадает в область, где скорость света ниже, чем текущая скорость частицы, лишняя энергия уходит в виде фотонов. Именно по этой причине радиоактивные отходы светятся при хранении в бассейнах с водой на ядерных объектах; чрезвычайно быстрое ядерное излучение, испускаемое радиоактивными отходами, попадает в воду, где скорость света ниже, чем она была бы в вакууме, и ядерное излучение вынуждено снижать свою скорость, а избыточная энергия сбрасывается в виде фотонов. Это называется «черенковское излучение».
