Valo on fotoneita, eikö niin. Miten sinisen ja punaisen valon fotonit eroavat...

Valo on fotoneita, eikö niin. Miten sinisen ja punaisen valon fotonit eroavat...

Valo on fotoneita, eikö niin. Miten sinisen ja punaisen valon fotonit eroavat toisistaan? Fotoneitahan on kai olemassa vain yhdenlaisia ja ne liikkuvat kaikki samalla nopeudella.

3 vastausta

Kiitos kysymyksestä.

Valolla on sekä hiukkasten että aaltojen ominaisuudet, ja se etenee fotoneina eli valokvantteina. Puhuttaessa valonnopeudesta tarkoitetaan sen nopeutta tyhjiössä. Eri väliaineissa valon nopeus riippuu aineen optisesta tiheydestä.

Näkyvän valon värit riippuvat aallonpituuksista, jotka ovat välillä 400 - 700 nm tai, jos valo ei ole monokromaattista, sen fotonien energiajakaumasta eli spektristä. Väriä ei tule ajatella valon fysikaalisena ominaisuutena sillä sama väriaistimus voidaan saada monella erilaisella spektrillä. Valon spektrin saa esiin esimerkiksi prisman avulla. Valon eri aaltopituudet taittuvat eri tavoilla, joten silmä erottaa ne eri värisinä.

Eli ajattelemasi erot syntyvät aallonpituuksien eroista.

http://fi.wikipedia.org/wiki/Valo
http://fi.wikipedia.org/wiki/Valon_nopeus
http://fi.wikipedia.org/wiki/Spektri#Valon_spektri
http://fi.wikipedia.org/wiki/Fotoni
http://fi.wikipedia.org/wiki/Taajuus
http://fi.wikipedia.org/wiki/Aallonpituus

Kommentit (0)
02.07.201721:07
188
21

Loistava (!) lyhyt yleistajuinen johdanto aiheeseen monien mielestä kaikkien aikojen suurimmalta ja neroimmalta fyysikolta, Richard Feynmanilta: QED: The Strange Theory of Light and Matter (QED: kvanttielektrodynamiikka).

Itse kysymykseen hyvin lyhyt vastaus:

Juuri kuten kysyit. Tavallaan eroavat, mutta vain ja ainoastaan energian osalta.

Fotonit ovat toki aina olleet ja aina tulevat olemaan tismalleen samanlaisia kaikki tyynni. Valon eri värejä välittävät fotonit eivät eroa toisistaan yhtään mitenkään. Valon "väri" rippuu vain niitä välittävien fotonien yhteisestä aaltomuotoisesta säteilypaineen intensiteetistä, matemaatisestia näkökulmasta kokonaisenergiasta. Kysymyksen sininen ja punainen ovat kyllä yksittäisten fotonien eri energiatasoja, vaan väri ei riipu yksittäisestä fotonista ollenkaan, tai riippuu, olettaen mistä lähtökohdasta kysmystä lähestyy. Lisää myöhemmin...

Me kutsumme historiallisista ja tietenkin biologisista syistä puhekielessä yleensä valoksi juuri niitä fotonien energiatasoja, jotka ihmissilmä kykenee havaitsemaan. Kaikki fotonien kuljettama energia, siis kaikki fotonit, miksi säteilyn muodoksi niiitä ikinä kutsutaankaan, on kuitenkin kaikki täsmälleen samaa valoa - elektromagneettista "säteilyä". Lainausmerkit täysin tarkoituksella, koska fysiikassa sanalla "säteily" on laajempi merkitys.

Fotoni liikkuu aina - tyhjiössä tai väliaineessa - maksiminopeudellaan.  Se, mitä yleensä kutsumme valonnopeudeksi, eli fysiikan vakio c, on valon havaittu maksiminopeus tyhjiössä (eli kun se ei kulje väliaineessa), silloin kun valon havaitsijan suhteellinen liike valon lähteeseen nähden on täysin levossa.

Valon ja kaiken "säiteilyn" energia riippuu sen aaltoliikkeen taajuudesta. Mitä tiheämpi aalto, sitä suurempi energia. Gammasäteet ovat kaikkein suurienergisintä valoa, radioaallot sieltä matalimmasta päästä. Radiovalon aallonpituus voi olla määritelmästä riippuen millimetreistä jopa satoihin kilometreihin asti. Mikroaallot ovat jossain radioaaltojen tiheämmässä päässä

"Valon nopeus" ei siis ole aina sama "valonnopeus". Esimerkiksi vedessä, öljyssä, lasissa tai valoa läpäisevissä kiteissä valo yhtenäsisenä aaltorintamana liikkuu hitaammin verrattuna liikkumiseen tyhjiössä tai harvassa kaasussa, kuten ilmassa. Valon nopeus - vaan ei yksittäisen fotonin! - muuttuu sen väliaineesta toiseen siirtyessä, sen energian (yleensä) kuitenkin säilyessä. Siksi prisma tai vesipisarat saavat "sateenkaaren värit" näkyviin. Eri energiatasot omaavat fotonit "reagoivat rajapintaan" energiansa mukaan, toisinsanoen tarvitsevat aaltona atomeihin "varastoituessaan" enemmän tai vähemmän "kavereitaan" ennen kuin voivat taas emittoitiua "yksin". Tämä on ehkä kurjin ja karmein selostus asiasta, mitä koskaan olen sepustanut. Anteeksi.

Lisäksi, koska valon nopeus on aina vakio, siten näkyvän valon värin täytyy vaihtua havaitsijan suhteellisen liikkeen perusteella valonlähteeseen verrattuna. Siksi esim. punasiirtymä.

Valo myös välittää lämpöä, joo kuulostaa kivan lämpöiseltä. Pitäisi jälleen olla itsestään selvää määritelmänsä perusteella. "Lämmin" on ehkä tavallaan se, miksi kvattimekaniikka ylipäätään "keksittiin" tai "löydettiin". Anteeksiantamattoman äärimmilleen yksinkertaistettuna: kun Maxwellin aivan erinomaisten elektromagnetiikkaa kuvaavien ja hyvin tunnettujen aaltofunktuioiden avulla ei tavalliseen uuniin syntyvää lämpöä pystyttykään laskemaan pätevästi, jotain täytyi muuttaa. Fysikaalinen lämpotila ei olekaan jatkumo vaan sen täytyy olla kvantittunut. Bohr, Einstein ja Heisenberg muiden monien suurten jättiläisten joukossa astuivat areenalle.

Tieteen historia on äärimmäisen herkullinen ja mielenkiintoinen ihan jo ammoisista ajoista asti. Viimeistään siinä kohtaa alan aina hihittelemään, kun Feynman ja Higgs astuvat kehiin. :P

Kun mietitään vaikka Bosen-Einsteinin kondensaattia, fotoninkaan "nopeus" ei enää olekaan ihan yksinkertainen asia.

Kommentit (0)
02.07.201721:04
188
15

Loistava (!) lyhyt yleistajuinen johdanto aiheeseen monien mielestä kaikkien aikojen suurimmalta ja neroimmalta fyysikolta, Richard Feynmanilta: QED: The Strange Theory of Light and Matter (QED: kvanttielektrodynamiikka).

Itse kysymykseen hyvin lyhyt vastaus:

Juuri kuten kysyit. Tavallaan eroavat, mutta vain ja ainoastaan energian osalta.

Fotonit ovat toki aina olleet ja aina tulevat olemaan tismalleen samanlaisia kaikki tyynni. Valon eri värejä välittävät fotonit eivät eroa toisistaan yhtään mitenkään. Valon "väri" rippuu vain sitä välittävien fotonien yhteisestä aaltomuotoisesta säteilypaineen intensiteetistä eli kokonaisenergiasta. Kysymyksen sininen ja punainen ovat yksittäisten fotonien eri energiatasoja, vaan valon väri ei riipu yksittäisestä fotonista ollenkaan, tai riippuu, olettaen mistä lähtökohdasta kysmystä lähestyy. Lisää myöhemmin...

Me kutsumme historiallisista ja tietenkin biologisista syistä puhekielessä yleensä valoksi juuri niitä fotonien energiatasoja, jotka ihmissilmä kykenee havaitsemaan. Kaikki fotonien kuljettama energia, siis kaikki fotonit, miksi säteilyn muodoksi niiitä ikinä kutsutaankaan, on kuitenkin kaikki täsmälleen samaa valoa - elektromagneettista "säteilyä". Lainausmerkit täysin tarkoituksella, koska fysiikassa sanalla "säteily" on laajempi merkitys.

Fotoni liikkuu aina - tyhjiössä tai väliaineessa - maksiminopeudellaan.  Se, mitä yleensä kutsumme valonnopeudeksi, eli fysiikan vakio c, on valon havaittu maksiminopeus tyhjiössä (eli kun se ei kulje väliaineessa), silloin kun valon havaitsijan suhteellinen liike valon lähteeseen nähden on täysin levossa.

Valon ja kaiken "säiteilyn" energia riippuu sen aaltoliikkeen taajuudesta. Mitä tiheämpi aalto, sitä suurempi energia. Gammasäteet ovat kaikkein suurienergisintä valoa, radioaallot sieltä matalimmasta päästä. Radiovalon aallonpituus voi olla määritelmästä riippuen millimetreistä jopa satoihin kilometreihin asti. Mikroaallot ovat jossain radioaaltojen tiheämmässä päässä

"Valon nopeus" ei siis ole aina sama "valonnopeus". Esimerkiksi vedessä, öljyssä, lasissa tai valoa läpäisevissä kiteissä valo yhtenäsisenä aaltorintamana liikkuu hitaammin verrattuna liikkumiseen tyhjiössä tai harvassa kaasussa, kuten vaikka maapallon ilmakehässä. Valon nopeus - vaan ei yksittäisen fotonin! - muuttuu sen väliaineesta toiseen siirtyessä, sen energian (yleensä) kuitenkin säilyessä ja silti ja juuri siksi hajaantuessa.  Siksi prisma tai vesipisarat saavat "sateenkaaren värit" näkyviin. Eri energiatasot omaavat fotonit "reagoivat rajapintaan" energiansa mukaan, toisinsanoen tarvitsevat aaltona atomeihin "varastoituessaan" enemmän tai vähemmän "kavereitaan" ennen kuin voivat taas emittoitiua "yksin". Tämä on ehkä kurjin ja karmein selostus asiasta, mitä koskaan olen sepustanut. Anteeksi.

Lisäksi, koska valon nopeus on aina vakio, siten näkyvän valon värin täytyy vaihtua havaitsijan suhteellisen liikkeen perusteella valonlähteeseen verrattuna. Siksi esim. punasiirtymä.

Valo myös välittää lämpöä, joo kuulostaa kivan lämpöiseltä. Pitäisi jälleen olla itsestään selvää määritelmänsä perusteella. "Lämmin" on ehkä tavallaan se, miksi kvattimekaniikka ylipäätään "keksittiin" tai "löydettiin". Anteeksiantamattoman äärimmilleen yksinkertaistettuna: kun Maxwellin aivan erinomaisten elektromagnetiikkaa kuvaavien ja hyvin tunnettujen aaltofunktuioiden avulla ei tavalliseen uuniin syntyvää lämpöä pystyttykään laskemaan pätevästi, jotain täytyi muuttaa. Fysikaalinen lämpotila ei olekaan jatkumo vaan sen täytyy olla kvantittunut. Bohr, Einstein ja Heisenberg muiden monien suurten jättiläisten joukossa astuivat areenalle.

Tieteen historia on äärimmäisen herkullinen ja mielenkiintoinen ihan jo ammoisista ajoista asti. Viimeistään siinä kohtaa alan aina hihittelemään, kun Feynman ja Higgs astuvat kehiin. :P

Kun mietitään vaikka Bosen-Einsteinin kondensaattia, fotoninkaan "nopeus" ei enää olekaan ihan yksinkertainen asia.

Kommentit (0)

Vastauksesi