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