Kas valgus on aine?

Kas valgus on aine, on klassikaline füüsika küsimus, ja vastus sellele sõltub sellest, kuidas me defineerime "ainet". Füüsikas viitab "aine" tavaliselt üksusele, mis võtab mõne ruumi ja omab massi. Kuid valgus, olenemata elektromagnetlaine, omab mõnda unikaalset omadust, mis teeb selle erinevaks traditsioonilisest ainest. Siin on detailne arutelu valguse loomusest:

Valguse laineliikumise duaalsus

• Väljenduvus: Valgus väljendub volatiilsena ja on võimeline interferentsile ja difraktsioonile. Need fenomenid saavad selgitada laineteooriaga.

• Maxwelli elektromagnetiline teooria ennustas elektromagnetlike lainete olemasolu ja valgust peeti elektromagnetlaineeks.

• Osake omadus: Fotodielektrilise efekti eksperimendis esitas Einstein valguskvantide (fotonide) mõiste, selgitades valguse energia kvantisatsiooni. Fotodid näitavad osake omadusi, nagu diskreetne energia ja liikumisimpuls.

Fotode omadused

• Nulline puhvrimass: Fotod on osakesed, millel puudub puhvrimass, kuid neil on liikumisimpuls ja energia. Fotode energia on proportsionaalne selle sagedusega (E=hν, kus h on Plancki konstant ja ν on sagedus).

• Kiirus: Fotode kiirus vakuumis on valguse kiirus c, umbes 299 792 458 meetrit sekundis.

Valguse ja aine suhe

Absorbeerimine ja emiteerimine: Aine saab fotodeid absorbeerida ja uuesti emiteerida, need protsessid hõlmavad energiatransfere.

Fotode ja aine vaheline suhe järgib kvantmehaanika seadusi.

Valguse levik: Kui valgus levidub keskkonnas, aeglustub tema kiirus ja võivad ilmneda refraktsioon, refleksioon ja muud fenomenid.

Valgus kui elektromagnetiline radiatsioon

• Elektromagnetiline laineväli: Valgus on elektromagnetiline laineväli, mis koosneb kõrvuti edasipropageeruvatest elektrilistest ja magnetilistest väldetest.

• Lainepikkus ja sagedus: Valguse lainepikkus ja sagedus määravad selle värvuse ja energiat. Nähtav valgus on elektromagnetilise spektri väike osa.

Valguse ja aine erinevus

• Ruumi võtmine: Traditsioonilises mõttes võtab aine mingi ruumi ja omab massi. Kuigi fotodidel on energia ja liikumisimpuls, ei oma nad puhvrimassi ega võta kindlat ruumi.

• Mass: Ainel on mass, fotodidel aga puudub puhvrimass. Siiski saab fotode energia teisenduda aine massiks (nt osakepaaride tekke kaudu).

Järeldus

Valgus ei ole traditsioonilises mõttes aine ega puht ka energia. Tal on laineliikumise duaalsus ja see on eriline elektromagnetiline fenomen. Kuigi fotod on energia kvantisatsioonühikud, on need erinevad sellest, mida me tavaliselt nimetame aine osakesteks (nt elektronid, protonid jne). Seega, füüsika seisukohalt, valgus ei ole traditsioonilises mõttes aine, kuid see on tegelik olem, millel on energia, liikumisimpuls ja võime interageeruda teiste ainega.

Moodnes füüsikas kirjeldatakse valgust osana fotonide kvantvälist, mis mõnesugustes olukordades käituvad osaketena ja mõnesugustes lainetena. See duaalsus näitab kvantmehaanika põhiseadusi.