Er ljós efni?

Eru ljós efni er klassísk spurning í eðlisfræði, og svarið fer eftir því hvernig við skilgreinum „efni“. Í eðlisfræði merkir „efni“ venjulega eining sem tekar ákveðna rými og hefur massa. En ljós, sem geislaröð, hefur einstaka eiginleika sem gera það ólíkt efni í venjulegum skilningi. Hér er nánari umræða um ljósnaturen:

Tvívæmisferill ljóss

• Veglaust: Ljós birtir veglaust og getur komist í veg fyrir myndun og dreifingu. Þessi eiginleikar eru hægt að útskýra með vélbreytilegar kenningar.

• Maxwell's eðliskenning varpaði fram tilganginn á tilvist geislaröða, og ljós var sett fram sem geislaröð.

• Efnavægi: Í forsókn á ljósefnum setti Einstein fram hugmyndina um ljóskvant (foton), sem lýsir kvantun ljóses. Fotón birtir eiginleika efna, eins og diskret orka og stefnu.

Eiginleikar fotóna

• Núll hvilemassa: Fotón eru efni sem hafa engan hvilemassa, en þau hafa stefnu og orku. Orkan fotóns er samhverf við frekvanseini (E=hν, þar sem h er Planck's fasti og ν er frekvanseini).

• Hraði: Hraði fotóna í tölvu er hraði ljóss.c, um 299,792,458 metrar á sekúndu.

Samspil ljóss og efna

Sökkun og útgefandi: Efnin geta sökkvað fotón og endursendað þau, og þessar aðgerðir innihalda orkuflutning.

Samspilið milli fotóna og efna fylgir lögmálum kvantamekínfræði.

Flæði ljóss: Þegar ljós flæðir í miðlara verður hraði hans hætt, og mun kunna að koma yfirmyndun, endurbrot og aðrir atburðir.

Ljós sem geislaröð

• Geislaröð: Ljós er geislaröð sem er samsett af svifandi rafmagnsfelum og magnétískum felum sem eru hornrétt á hver öðrum í flæðidreifingu.

• Bölusvið og frekvanseini: Bölusvið og frekvanseini ljóss ákvarða lit og orku. Sýnilegt ljós er aðeins litill hluti af geislaröðaspeglinu.

Mismunurinn á ljósi og efni

• Rými: Efnin í venjulegum skilningi taka ákveðna rými og hafa massa. Þó fotón hafi orku og stefnu, hafa þau ekki hvilemassa og taka ekki ákveðinn rými.

• Massa: Efnin hafa massa, en fotón hafa ekki hvilemassa. En orkan fotóna má breyta í massu efna (til dæmis í gegnum myndun partakvikna).

Úrfærsla:

Ljós er annaðhvort efni í venjulegum skilningi né hrein orka. Það hefur tvívæmisferil og er sérstök geislaröð. Þó fotón séu kvantaðar orkueiningar, eru þau ólík því við kallum vanalega efnavægi (líkt og elektrón, prótón o.s.frv.). Þannig er ljós ekki efni í venjulegum skilningi, en það er raunt einkunn með orku, stefnu og getu að samspila við önnur efni.

Í nútíma eðlisfræði er ljós lýst sem hluti af kvantareldsvæði fotóna sem í sumum tilvikum birtast eins og efnavægi og í öðrum eins og vélbreytur. Þessi tvívæmisferill hefur grunnkvæða kvantamekínfræði.