Er Fotonen den kraftoverførende partikel? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Er Fotonen den kraftov...

09. juli 2012

Er Fotonen den kraftoverførende partikel?

Hej Spørg om Fysik
Jeg har to spørgsmål om fotoner:

1. Det siges, at fotonen er den kraftoverførende partikel, som indgår i det elektromagnetiske felt. Men er der tale om 'almindelige' fotoner, som vi kender dem fra det elektromagnetiske spektrum, eller er der tale om såkaldte virtuelle fotoner. Hvis det sidste er tilfældet, kan det så forklares på jævnt dansk?

2. Man læser i flere af svarene i NBI's brevkasse, at fotoner er masseløse. At sige, at hvilemassen er nul forekommer lidt sært, da den jo altid bevæger sig med lysets hastighed. Er det ikke meningsfuldt at tilskrive en foton en masse ved hjælp af formlen h*f = m*c^2 ?

I så fald har fotonen jo en masse.

Med venlig hilsen
B C

1. Når man siger, at fotonen er en kraftoverførende partikel, så er det en korrekt, omend en noget uklar beskrivelse af de faktiske forhold i kvanteteorien.

Fotonudsendelse

De involverede fotoner er såkaldt virtuelle partikler, idet energien af den tilstand, hvor de er tilstede ikke har samme energi systemet i udgangssituationen. Det er imidlertid ikke 'ulovligt' da Heisenbergs ubestemthedsrelation tillader brud på energibevarelsen, bare det sker i et tilpas kort tidsrum. Kræfter, som i Newtons 2. lov, er strengt taget et klassisk begreb, som ikke umiddelbart forekommer i kvanteteorien. Her har man i stedet at gøre med impulsoverførsler.

Når to ladninger vekselvirker, så sker det ved, at den ene udsender en virtuel foton - med en impulsoverførsel fra den udsendende ladning til følge - og når den anden ladning absorberer fotonen, vil den modtage den samme impuls. 

Albert Einstein (D, 1879 - 1955)

Albert Einstein (D, 1879 - 1955)

2. Einsteins berømte formel E = m c2 (E energi, m masse og c lyshastighed) er i virkeligheden en 'journalistisk stramning'.

Den korrekte formel er

                       ( p er impuls).

Hvis en partikel er i hvile vil dens impuls p være 0, og dens energi være E = m c2. Hvis partiklen ikke har nogen hvilemasse, bliver den korrekte formel E = p c, og partiklen vil bevæge sig med lysets hastighed. Frekvens og bølgelængde kommer ind via kvante-mekanikken. Her gælder E = h f og p = h/l (h plancks konstant,  f frekvens og l bølgelængde).

Sætter man det ind i formlen E = p  c fås f=c/l, hvilket er den kendte sammenhæng mellem frekvens og bølgelængde fra bølgelæren. 

Med venlig hilsen
Per Hedegård