2020-04-10

Foton: co to jest?

Encyklopedyczna definicja fotonu określa go jako cząstkę elementarną nieposiadającą własnego ładunku elektrycznego. Foton charakteryzuje się zerową masą spoczynkową i zerowym momentem magnetycznym. Ponadto jest on nośnikiem oddziaływań elektromagnetycznych, co stanowi jest niezwykle istotną cechę. Cząstki te zaobserwowane i wyodrębnione zostały już w XIX wieku, jednakże dopiero w 1905 roku Albert Einstein sformułował naukową hipotezę ich istnienia – włącznie z wykonywaniem doświadczeń czy szczegółowym opisem właściwości. Foton charakteryzuje się dualizmem korpuskularno-falowym. Oznacza to, że jednocześnie jest cząstką oraz falą elektromagnetyczną.

Foton i jego podstawowa charakterystyka

Definicje źródłowe mają to do siebie, iż opisują znane nam zjawiska naukowym, specyficznym i zawiłym językiem. Może być on niezrozumiały dla większości użytkowników, a w szczególności dla osób niezagłębionych w pojęcia z zakresu fizyki czy biologii. Tak jest i również w tym przypadku. Foton może zostać opisywany wieloma różnymi zależnościami i wykresami; jego energia przedstawiana w postaci wzoru matematycznego, a skutki jego absorpcji przedstawiane jako zjawisko fotoelektryczne lub fotoefekt jądrowy. W tym gąszczu specjalistycznej wiedzy brakuje jednakże konkretnego opisania fotonu jako życiodajnej cząstki, bez której nie moglibyśmy sobie wyobrazić życia na Ziemi. Fotony nie są jednolite i zawsze takie same – w zależności od charakterystyki promieniowania elektromagnetycznego oraz procesu powstawania można wyróżnić siedem rodzajów fotonów, począwszy od takiego, który przejawia najniższą wartość energii. Jest to kolejno: promieniowanie fal radiowych, mikrofalowych, podczerwieni, światła widzialnego, ultrafioletu, promieniowania rentgenowskiego i promieniowania gamma.

Dlaczego foton jest tak istotną cząstką?

Fotony docierają na naszą planetę ze Słońca. W jądrze i na powierzchni najbliższej Ziemi gwiazdy omawiane cząstki powstają dzięki złożonym reakcjom syntezy jądrowej. Wówczas z atomów wodoru powstaje reaktywny hel, uwalniając na zewnątrz ogromną ilość energii. Dalej, kaskadowo następuje adsorpcja fotonów przez sąsiadujące atomy – remisja pozwala uwolnić energię skłębioną głęboko w jądrze Słońca, na zewnątrz, na jego powierzchnię. Proces, choć na pierwszy rzut oka niezwykle gwałtowny i efektowny, może trwać miliony lat. Światło, które dociera do powierzchni Ziemi jest niczym innym, jak strumieniem spakowanych fotonów. To dzięki nim możliwe jest egzystowanie na ziemi wszystkich organizmów żywych. Bez światła docierającego na naszą planetę ze Słońca życie skończyłoby się w ekspresowym tempie, wszak nawet organizmy żyjące na dnach oceanów potrzebują do życia pokarmu – ten zaś w mniejszym, lub większym stopniu jest zależny od promieni słonecznych. Potęga omawianych cząstek, będących nośnikiem różnych oddziaływań, jest zatem niepodważalna. Człowiek cały czas uczy się korzystać z wielkości fotonów. Światło słoneczne jest znakomitym źródłem odnawialnej energii – jest tanie, dostępne i nie przyczynia się do pogorszenia stanu ekologicznego naszej planety.

Wykorzystanie fotonów do tworzenia czystej energii

Fotowoltaika jest efektywnym sposobem na pożyteczne wykorzystanie docierających promieni słonecznych. Foton jest cząstką, która istnieje tak długo, dopóki nie zostanie przechwycona, czyli pochłonięta. Może zatem przemierzać wszelkie odległości. Co więcej, absorpcja cząstki może skutkować fluorescencją, czyli zjawiskiem emitowania światła; opuszczeniem atomu przez wzbudzony elektron, który przeskakuje na inną cząsteczkę; jądrowym fotoefektem lub zjawiskiem fotoelektrycznym. Ten ostatni nierozerwalnie łączy się ze zjawiskiem fotowoltaicznym – czyli ze zjawiskiem fizycznym, określającym postanie siły elektromotorycznej pod wpływem docierających promieni świetlnych. Strumień fotonów padający na ogniwa fotowoltaiczne wprawia w ruch elektrony – te zaś przyczyniają się do tworzenia różnicy potencjałów. Dzięki ten właściwości fotonów możliwe jest uzyskanie czystej energii.