Photon және Phonon
Фонон мен фотон бір-біріне өте жақын екі сөз, оларды бір нәрсемен қателесуге болады. Фотон - бұл кванттық механиканың негізі болып табылатын энергия пакеті. Фонон - бірнеше атомдардың жиынтық тербелісі. Бұл екі ұғым да физикада өте маңызды. Фотон теориясы - қазіргі физиканың көпшілігі тәуелді болатын негізгі теория. Фонон материалдар мен олардың ішкі тербелістерін зерттеуде де маңызды ұғым болып табылады. Бұл мақалада біз фонон мен фотонның не екенін, олардың ұқсастықтарын, анықтамаларын, фонон мен фотонның қолданылуын және соңында фотон мен фононның айырмашылығын талқылаймыз.
Фотон дегеніміз не?
Фотон – толқындық механикада талқыланатын тақырып. Кванттық теорияда толқындардың бөлшектік қасиеті де бар екені байқалады. Жарықтың кванттық теориясы жарық толқындар шоғырымен таралады деп болжайды. Осы толқындық пакеттердің әрқайсысы бөлшек ретінде әрекет етеді. Фотон толқынның бөлшегі болып табылады. Бұл тек толқын жиілігіне байланысты тұрақты энергия мөлшері. Фотонның энергиясы E=h f теңдеуімен берілген, мұндағы E - фотонның энергиясы, h - Планк тұрақтысы, f - толқын жиілігі. Фотондар энергия пакеттері ретінде қарастырылады. Салыстырмалылықтың дамуымен толқындардың да массасы бар екені анықталды. Себебі толқындар затпен әрекеттесу кезінде бөлшектер ретінде әрекет етеді. Алайда фотонның қалған массасы нөлге тең. Фотон жарық жылдамдығымен қозғалғанда, оның релятивистік массасы E/C2 болады, мұндағы E – фотонның энергиясы, ал C – вакуумдағы жарық тұқымы.
Фонон дегеніміз не?
Қатты және кейбір сұйықтықтар сияқты конденсацияланған заттарда материал атомдық деңгейде серпімділік көрсетеді. Атомдар мен молекулааралық байланыстар серпімді. Бұл атомдар мен молекулалардың тербелістерін тудырады. Конденсацияланған заттағы атомдардың немесе молекулалардың периодты, серпімді орналасуындағы ұжымдық қозу фонон деп аталады. Мұндай тербелмелі бөлшектердің жиынтығын көбінесе квазибөлшек деп атайды. Кванттық механикада байланыс ішінде тербелетін электрон бір өлшемді кванттық шұңқыр ретінде қарастырылады. Квазибөлшек осындай электрондардың жиыны болғандықтан, оны екі өлшемді немесе үш өлшемді кванттық жүйе ретінде қарастыруға болады. Фонон - әрбір бөлшек бірдей жиілікте тербелетін тордағы тербелістің ерекше түрі. Бұл классикалық механикада қалыпты режим ретінде белгілі. Бұл негізгі жиілік тұрғысынан еркін тор қозғалыстарының жиіліктерін есептеу үшін Фурье теоремасын қолдануда өте пайдалы.
Фонон мен фотонның айырмашылығы неде?
• Фотон – энергия түрі, бірақ фонон – торлы құрылымдарда болатын тербеліс режимі.
• Фотонды физикалық бақыланатын нысандар болып табылатын толқын және бөлшек ретінде қарастыруға болады. Фонон - толқын да, бөлшек те емес тербеліс режимі.
