İşıq maddədir mi?

İşığın maddə olub olmadığını izah etmək klassik fizika sualıdır və cavab "maddə" kimi tərifin nə olduğuya bağlıdır. Fizikada "maddə" adətən bir həcmi tutan və kütləyə malik olan varlıq kimi təyin edilir. Amma işıq, elektromaqnit dalga kimi, onu gərgin maddə anlayışından fərqli edən xüsusi xassələrə malikdir. İşte işığın təbiətinin daha mühüm bir müzakirəsi:

İşığın dalğa-partikula düalizmi

• Dalğa xassəsi: İşıq dalgalanma, təsir və difraksiya imkanına malikdir. Bu cür olaylar dalğa nəzəriyyəsi ilə izah edilə bilər.

• Maxwellin elektromaqnit teorisi elektromaqnit dalgaların mövcudluğunu öncədən göstərdi və işıq elektromaqnit dalga kimi qiymətləndirildi.

• Partikula xassəsi: Fotoelektrik effekt məşqında, Einstein işıq kvantları (foton) konsepsiyasını təklif etdi və işıq enerjisinin kvantlaşmasını izah etdi. Fotondar ayrı-ayrı enerji və impuls xassələrinə malik partikulardır.

Fotondarın xassələri

• Sıfır dinamik kütləsi: Fotondar dinamik kütləsi yoxdur, amma onların impulsu və enerjisi var. Fotondarın enerjisi onun frekansına (E=hν, burada h Planck sabiti, ν isə frekansdır) nisbəttdədir.

• Sürəti: Vakuumdakı fotondarın sürəti işıq sürətidir. c, təxminən 299,792,458 metr saniyədə.

İşığın və maddənin təsirbazlığı

Qəbul və yayılma: Maddə fotondarı qəbul edə və yenidən yayabilir, bu proseslər enerjinin köçüşünü ehtiva edir.

Fotondar və maddə arasındakı təsirbazlıq kvant mexanikası qanunlarına uyğun gəlir.

İşığın yayılması:  İşıq ortamda yayıldığında, sürəti yavaşalır və refraksiya, refleksiya və digər olaylar baş verə bilər.

İşıq kimi elektromaqnit radiasiya

• Elektromaqnit dalga: İşıq yayılma istiqamətində bir-birinə perpendikulyar olan titrəyən elektrik və maqnit sahələrdən ibarət bir elektromaqnit dalga kimi təyin edilir.

• Dalğa uzunluğu və frekans: İşığın dalğa uzunluğu və frekansı onun rəngini və enerjisini təyin edir. Görünən işıq elektromaqnit spektrinin kiçik bir hissəsidir.

İşıq və maddə arasındakı fərq

• Həcm tutma: Gərgin maddə həcm tutur və kütləyə malikdir. Həmçinin fotondarlarda enerji və impuls var, amma dinamik kütləsi yoxdur və sabit bir həcm tutmur.

• Kütlə: Maddə kütləyə malikdir, fotondarlarda isə dinamik kütləsi yoxdur. Amma fotondarın enerjisi maddənin kütləsinə çevrilə bilər (partikula çifflərinin yaranması kimi).

Nəticələr

İşıq gərgin maddə anlayışı da deyil, saf enerji də deyil. Onun dalğa-partikula düalizmi var və özünə xas bir elektromaqnit olayıdır. Həmçinin fotondar enerjinin kvantlaşmış birimləri olsa da, onlar normal olaraq maddə parçacıkları (elektron, proton və s.) kimi təyin edilənlərdən fərqlidirlər. Bu səbəbdən, fiziki nöqtədən baxıldığında, işıq gərgin maddə anlayışı deyil, lakin enerji, impuls və başqa maddələrlə təsirbazlaşma imkanına malik bir real varlıqdır.

Cari fizikada, işıq bazen partikulaya, bazen dalğaya bənzəyən fotonların kvant sahəsinin bir hissəsi kimi təsvir edilir. Bu düalizm kvant mexanikasının əsas printsiplərini aydınlatır.