1900 yılında Max Planck isimli bir bilim adamı bir sabit sayı keşfetti. Bu sayı ‘Planck Sabiti (h)’ olarak ismlendirildi. Bunun ardından birçok yeni fikirler üretilmeye başlandı. Planck, ışığı enerji paketcikleri olarak tanımladı ve bu paketciklerin her birinin enerjisini şu şekilde tanımladı:
Burada ‘f’ ışığın frekansı ve ‘h’ ise Planck sabitidir. Planck sabitinin değerleri aşağıda belirtildiği gibidir. Bunların hepsi birbirinin aynısıdır, aralarındaki tek fark birimlerdir:
h = 6,63 x 10-34 J.s (Joule x Saniye)
= 4,14 x 10-15 eV.s (Elektronvolt x Saniye)
= 1,58 x 10-34 cal.s (Kalori x Saniye)
Örneğin; eğer 1000 nm dalgaboyundaki bir kızıl ötesi fotonunun ne kadar enerji taşıdığını bulmak istiyorsak; yapacağımız tek hamle: f=c/l formülünden yararlanarak frekansı hesaplamak ve sonra da yukarıdaki formülü uygulamaktır:
Fotonların Kanıtı
Arthur Holly Compton (1892-1962), bir foton ve bir de elektron alarak, onlarla bilardo toplarının çarpışmasına benzer bir deney gerçekleştirdi. Bir dizi deneyler yapıyordu. Compton’un kullandığı foton; bir x-ışını fotonu idi. Bu fotonu, bir karbon grafitindeki atomların aralarında neredeyse serbest olarak duran bir elektronun üzerine gönderdi. Elektron başlangıçta hareketsiz olduğu için momentum <2y.htm>u sıfırdı. Varsayalım ki gönderdiğimiz fotonun momentumu ‘p’. Yukarıdaki animasyondan da görebildiğiniz üzere, düşey yönde hiçbir hareket yok. Foton elektrona çarptıktan sonra elektron hareket etmeye başlıyor. Bu demektir ki, foton momentumunun bir kısmını elektrona aktardı; çarpışma sonrası fotonun dalgaboyu arttı, yanı foton enerjisinden yitirdi. Artık düşey yönde de bir hareket var ve dikkat ettiyseniz animasyonda elektron bir tarafa, foton ise başka bir tarafa gidiyor. Compton’un deneyi de aynı bu şekilde sunuç veriyordu. Momentum korunuyor ve sonda da, başta olduğu gibi sistemin düşey doğrultuda toplam momentumu yine 0 oluyordu (elektronunki aşağıya, fotonunki yukarıya ve ikisi de eşit miktarda). Şimdi, bu sonuçları aldıktan sonra, kalkıp nasıl foton bir dalgadır deriz acaba?
kaynak: www.zamandayolculuk.com/cetinbal/spektrum2.htm
Gözlem ve deneyler, bizi ışığın doğrusal ve küresel yayıldığı gibi çelişkili bir sonuca götürür. Çelişkili gibi gözüken bu durumu, ışığın yapısını oluşturan enerji paketlerinin(fotonların) doğrusal yayılmada bir taneciğin doğru bir çizği boyunca hareketi şeklinde değil, küresel yayılmada ise ışığın su dalğası gibi küresel yayılmadığı düşüncesiyle çözebiliriz. Karanlık ortamda bir ışık demetini gözlersek, demetin genişliyerek yayıldığını görürüz. Eğer bu gözlem ışığın yayıldığı ortamda hiçbir atomun olmadığı boşlukta yapılsaydı, ışık demetini göremezdik. Işık demetini görebilmemiz, demet içinde kalan atomların sadece demet doğrultusu boyunca foton salmadıklarını, demet dışına doğru farklı doğrultularda foton saldıklarını gösterir.
–Girişim deneylerinde aydınlık ve karanlık şeritlerin oluşumu, aydınlık ve karanlık noktaların oluşumu ile izah edilir. Foton-atom etkileşmesi varsayımlarına(ışıma varsayımı) göre foton salımı yapan atomlar aydınlık, foton salımı yapmayan atomlar ise karanlık noktaları ifade eder. Işıma varsayımına göre girişim deneylerinde aydınlık ve karanlık noktaların oluşum varsayımı, ışığın maddesel ortamda ilerlerken aydınlık ve karanlık noktaların oluşması gerektiği düşüncesine götürür. Buna göre ışığın ilerlemesini sadece foton salımı yapan atomlarla(aydınlık noktalar) izah edemeyiz. Işık ilerlerken aydınlık ve karanlık noktaların oluştuğu varsayımından hareketle, ışığın ilerlemesinde sadece aydınlık noktalardan salınan fotonları dikkate aldığımızda, bu durumda ışığın ilerlemesinin her adımında aydınlık nokta sayısı gitgide azalacak ve kısa bir mesafe sonrası bitecek ve dolayısıyla ışıkta sonlanacaktır. Bu nedenle karanlık noktaları ifade eden atomlarca soğrulan fotonun enerjisinin en azından fotonun yayılma hızına(ışık hızı) eşit bir hızla herhanği bir şekilde komşu atomlara geçmesi gerekmektedir. Atomların foton salıp salmamasında diğer koşullarla birlikte bu enerjininde rolü olması gerekmektedir.
–Işıma varsayımını atomların sadece foton salıp salmamasında değil, atomların kendisini oluşturan parçacıklardan birinin salınıp salınmamasındada(örneğin fotoelektrik olay) genelleştirebiliriz. Atomdan foton veya kendisini oluşturan bir parçacığın salınıp salınmamasını; atomun yapısı, gelen enerji ve gelen enerjinin geliş durumuna göre izah edebilmeyi düşünebiliriz.