FörberedandeFysik

FÖRFATTARE: Göran Tranströmer & Lars-Erik Berg, KTH Fysik. EDITERARE: Johan Laine, Johanna Skarpman Munter

Ljusets partikelegenskaper

I slutet av 1800-talet dominerade uppfattningen att ljus är vågor. Att ljus har diffraktionsegenskaper var känt sedan länge, så när Maxwell visade att ljus är vågor som har sitt ursprung från elektromagnetisk strålning var det ingen som tvivlade på ljusets vågegenskaper. (Diffraktion är en vågegenskap som handlar om vågors egenskaper att sprida sig och böja sig runt hörn. Se exempelvis avsnitt 4.5 eller Wikipedia.)

Många fysiker avfärdade därför Max Planck när han försökte argumentera för att ljus bara kan avges och tas upp i vissa bestämda mängder, så kallade kvanta, i ett försök att förklara svartkroppsstrålning. Han fann att den energi som finns i ljus alltid är en multipel av en lägsta möjlig energikvanta som ges av

E=hf

där f är vågens frekvens. Konstanten som binder samman frekvensen med energin kallas för Plancks konstant och har värdet

h=662606910−34 Js413610−15 eV s

Idag är det ingen som tvivlar på att modellen stämmer, men tanken var väldigt kontroversiell och hårt motarbetad under 1900-talets början. Dessa ljuskvanta är de partiklar som vi nu kallar fotoner.

Vi har sambandet f=c där är våglängden, f är frekvensen och c är ljusets hastighet. Det innebär att vi kan skriva om Plancks formel som

E=hc

Relationen hc dyker upp så ofta i dessa beräkningar att värdet kan vara bra att notera

hc198644510−25 Jm1240 eV nm

En annan konstant som ofta dyker upp i dessa sammanhang är h2. Den brukar kallas Diracs konstant eller bara "h-streck".

\displaystyle \hbar=\displaystyle\frac{h}{2\pi} \approx 1,054572 \cdot 10^{-34} \textrm{ Js} \approx 6,58 \cdot 10^{-16} \textrm{ eV s}.

Om vi kombinerar Plancks formel med Einsteins resultat att även ljus har rörelsemängd som beskrivs av \displaystyle p=E/c får vi att

\displaystyle p=\displaystyle\frac{h}{\lambda}=\displaystyle\frac{hf}{c} \,.

Mer material kommer