Var kommer de foton som produceras av en ljuskälla från?

Lukas Graham - Love Someone [OFFICIAL MUSIC VIDEO] (Maj 2019).

Anonim

Om du tittar inuti en lampa eller ett rörlampa, skulle du inte hitta en dold armé av otaliga fotoner som är redo att hysa på omkopplarens kommando. I fallet med en glödlampa är det mest du hittar en metallfilament. När det gäller ett rörljus, skulle du hitta det bra

.

ingenting. Var kommer då fotonen från? Får de från tunn luft? Faktiskt ja. Fotonerna dyker upp i existens från absolut ingenting. Här är hur.

Var kommer fotonen från? (Fotokredit: Pixabay)

Mer energi = mer ljus

En volframfilament i en glödlampa värmer vid 2500 grader Celsius för att producera ljus.

Trots att vi har böjt ljuset mot våra lustar i tusentals år, var det bara förra seklet vi fick en övergripande förståelse för hur foton skapas.

Photon

Hur foton produceras. (Foto Credit: Brighterorange / Wikimedia Commons)

Huruvida det producerade ljuset kommer att vara synligt eller osynligt beror på den elektromagnetiska vågens frekvens eller fotonens energi. Det elektromagnetiska spektrumet kan delas in i sju kategorier. Det mänskliga ögat kan bara upptäcka en av dem, så det kallas med rätta det synliga spektret. Frekvensen hos en elektromagnetisk våg eller en fotons energi är direkt proportionell mot avståndet hoppat av en elektron.

När elektroner, såsom elektronerna i en volframfilament, gör ett nedåtgående språng som översätter till en frekvens som ligger inom detta spektrum, är de producerade fotona synliga. Hoppar till ett utrymme utanför detta intervall, oavsett om det är större eller mindre, kommer att producera foton som är osynliga. Det är därför det ljus som varma kroppar producerar inte kan detekteras av det mänskliga ögat, men det kan detekteras av enheter som är anpassade till lågfrekventa infraröda vågor. Språnget elektronerna som producerar dessa fotoner gör är inte tillräckligt stora. Så är fallet med radiovågorna överförda och mottagna av våra telefoner. Utöver det synliga spektret ligger vågor som kännetecknas av längre språng, såsom ultraviolett eller röntgenstrålning, vågor som emitteras av stjärnor och andra överdrivet hög energifenomen, såsom kvasar och supernova.

Det elektromagnetiska spektrumet.

Det spelar ingen roll om man exciterar elektronerna genom att utsätta dem för värme eller el. Vad som är viktigt är storleken på deras höjd. Denna insikt ledde oss att överge vårt uppfattning att mer värme är lika med mer ljus. Medan det är sant, som exemplifierat av stjärnor, är det ineffektivt. Av den anledningen är glödlampor - som släpper ut en enorm mängd värmeenergi - tragiskt ineffektiva jämfört med CFL, vilket exciterar och lyfter upp elektroner genom att helt enkelt överföra elektricitet genom rör som innehåller argon och kvicksilverångor.

Så, ljus eller en foton produceras när en elektron övergår från en högre energinivå till en lägre energinivå. Men om du skulle kika inuti en atom, skulle du hitta en dold armé av otågliga fotoner, redo att baklägga på elektronens kommando?

Tja, nej. Som förklarad hoppar en elektron till en lägre energinivå för att uppnå stabilitet, det förlorar den energi som tvingade den att klättra i första hand. Universum, till skillnad från värmeenergi, kan inte slösa denna organiserad energi; det måste sätta den extra energin att använda vissa. Resultatet är den momentana skapandet av en foton; det dyker upp i existens ut ur ren ingenting, vad som än är.

Människor är sjukligt nyfiken: man kanske vill gräva djupare, men det här är den djupaste man kan gräva. Att fråga en djupare "varför" stämmer överens med att fråga "varför är mindre föremål lockade till massiva föremål?" Eller "varför är ljusets hastighet cirka 3, 00 000 km / s?" Det är hur gravitationen fungerar i grunden och det är hastighet med vilken en elektromagnetisk våg färdas i vakuum. Foton skapas när elektroner gör en nedåtgående övergång eftersom det är hur kvantelektrodynamik fungerar, åtminstone i detta universum. På en nivå som är så grundläggande, fysiker, som Cornell fysiker David Mermin befallde (även om maximen är missfördelad till Richard Feynman och ibland Paul Dirac) "håll käften och beräkna".