แสงเป็นสารหรือไม่
ว่าแสงเป็นสสารหรือไม่ เป็นคำถามทางฟิสิกส์คลาสสิก และคำตอบขึ้นอยู่กับว่าเราได้นิยาม "สสาร" ไว้อย่างไร ในฟิสิกส์ "สสาร" มักหมายถึงสิ่งที่มีพื้นที่และมวล แต่แสงในฐานะคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีคุณสมบัติพิเศษบางอย่างที่ทำให้มันแตกต่างจากสสารในความหมายดั้งเดิม นี่คือการอภิปรายโดยละเอียดเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง:
ภาวะคลื่น-อนุภาคของแสง
ความผันผวน: แสงแสดงถึงความผันผวนและสามารถเกิดการแทรกซ้อนและการหักเหได้ เหล่านี้สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีคลื่น
ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ได้ทำนายการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และแสงถูกมองว่าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
คุณสมบัติของอนุภาค: ในการทดลองผลรังสีโฟโตอิเล็กทริก อายินสไตน์ได้เสนอแนวคิดของควอนตัมแสง (โฟตอน) เพื่ออธิบายปรากฏการณ์การแบ่งแยกพลังงานของแสง โฟตอนแสดงถึงคุณสมบัติของอนุภาค เช่น พลังงานและโมเมนตัมที่แยกเป็นช่วงๆ
คุณสมบัติของโฟตอน
มวลนิ่งเป็นศูนย์: โฟตอนเป็นอนุภาคที่ไม่มีมวลนิ่ง แต่มีโมเมนตัมและพลังงาน พลังงานของโฟตอนมีความสัมพันธ์กับความถี่ (E=hν โดย h คือค่าคงที่ของพลังค์ และ ν คือความถี่)
ความเร็ว: ความเร็วของโฟตอนในสุญญากาศคือความเร็วของแสง c ประมาณ 299,792,458 เมตรต่อวินาที
การปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและสสาร
การดูดกลืนและการแผ่รังสี: สสารสามารถดูดกลืนโฟตอนและปล่อยออกใหม่ และกระบวนการเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงาน
การปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฟตอนและสสารยึดตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม
การแพร่กระจายของแสง: เมื่อแสงกระจายในกลางจะมีความเร็วลดลง และอาจเกิดการหักเห การสะท้อน และปรากฏการณ์อื่นๆ
แสงในฐานะรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประกอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่แกว่งตัวตั้งฉากกันในทิศทางของการแพร่กระจาย
ความยาวคลื่นและความถี่: ความยาวคลื่นและความถี่ของแสงกำหนดสีและพลังงานของมัน แสงที่เห็นได้เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น
ความแตกต่างระหว่างแสงและสสาร
การครอบครองพื้นที่: สสารในความหมายดั้งเดิมครอบครองพื้นที่และมีมวล แม้ว่าโฟตอนจะมีพลังงานและโมเมนตัม แต่ไม่มีมวลนิ่งและไม่ครอบครองปริมาตรที่แน่นอน
มวล: สสารมีมวล ในขณะที่โฟตอนไม่มีมวลนิ่ง แต่พลังงานของโฟตอนสามารถแปลงเป็นมวลของสสารได้ (เช่น ผ่านการสร้างคู่อนุภาค)
สรุป
แสงไม่ใช่สสารในความหมายดั้งเดิมและไม่ใช่พลังงานบริสุทธิ์ มันมีภาวะคลื่น-อนุภาคและเป็นปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าพิเศษ แม้ว่าโฟตอนจะเป็นหน่วยพลังงานที่ถูกแบ่งแยก แต่พวกมันแตกต่างจากอนุภาคสสารที่เราเรียกว่าปกติ (เช่น อิเล็กตรอน โปรตอน ฯลฯ) ดังนั้น จากมุมมองทางฟิสิกส์ แสงไม่ใช่สสารในความหมายดั้งเดิม แต่เป็นสิ่งที่มีพลังงาน โมเมนตัม และความสามารถในการปฏิสัมพันธ์กับสสารอื่น
ในฟิสิกส์สมัยใหม่ แสงถูกอธิบายเป็นส่วนหนึ่งของสนามควอนตัมของโฟตอนที่บางครั้งแสดงพฤติกรรมเหมือนอนุภาคและบางครั้งเหมือนคลื่น ภาวะสองด้านนี้สะท้อนหลักการพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม
