Foton
Foton (qadimgi yunoncha: φωτός — „yorugʻlik“) elementar zarracha boʻlib, elektromagnit nurlanish (xususan, yorugʻlik) kvantidir. Foton — yorugʻlikning elementar zarrasi deb tasavvur qilinadi. Issiqlik nurlanishi, fotoeffekt hodisalari foton tushunchasi asosida tushuntiriladi. Bu hodisalarni tushuntirishda yorugʻlik energiyasi (yaʼni, elektromagnit energiya) fotonlarda mujassamlangan, yorug‘lik energiyasi fotonlar ko‘rinishida tarqaladi degan fikr asos qilib olingan. Foton energiyasi va tebranish chastotasi orasidagi bogʻlanish E = h ν {\displaystyle E=h\nu } munosabat bilan aniqlanadi. Energiya va massaning ekvivalentlik qonuni E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} ifodadan foydalangan holda fotonning massasini ifodalash mumkin m f c 2 = h ν {\displaystyle m_{f}c^{2}=h\nu } , m f = h ν c 2 {\displaystyle m_{f}={\frac {h\nu }{c^{2}}}} Ikkinchi tomondan, har qanday zarraning massasi uning tezligi bilan nisbiylik nazariyasi asosida quyidagicha bogʻlangan m = m 0 1 − υ 2 / c 2 ( 1 ) {\displaystyle m={\frac {m_{0}}{\sqrt {1-\upsilon ^{2}/c^{2}}}}(1)} Bu formuladan koʻrinadiki, zarra harakatsiz (yaʼni, υ {\displaystyle \upsilon } =0) holda boʻlganda, uning massasi m0ga teng, demak, m0 — zarraning tinch holatdagi massasidir. Tajribalarda tinch holatdagi massa m0 oʻlchanadi, chunki aksariyat hollarda υ {\displaystyle \upsilon } <<c (1) munosabat esa katta tezliklar bilan harakatlanayotgan zarralar uchun to‘g‘ri boʻladi. U holda yorugʻlik fotoni uchun (1) ifoda qanday boʻlishini ko‘raylik. m o = m 1 − υ 2 / c 2 {\displaystyle m_{o}=m{\sqrt {1-\upsilon ^{2}/c^{2}}}} Yorugʻlik fotoni uchun υ {\displaystyle \upsilon } =c boʻlganda foton massasining qiymati chekli kattalik ekanligi koʻrinadi. Shuning uchun yuqoridagi ifoda asosida yorugʻlik fotonining tinch holdagi massasi m 0 {\displaystyle m_{0}} ning qiymati nolga teng boʻlishi kerak, degan xulosa chiqadi. Yoki boshqacha aytganda, yorugʻlik fotoni „to‘xtab qolsa“, uning barcha xususiyatlari yo‘qoladi, yaʼni massasi ham, energiyasi ham nolga teng boʻladi. Fotonning „to‘xtashi“ deganda, uning biror jism tomonidan yutilishi tushuniladi. To‘xtash jarayonida fotonning energiyasi (unga ekvivalent boʻlgan massasi) yutuvchi jismga o‘tadi. Natijada yutuvchi jismning energiyasi (massasi) mos ravishda ortadi. Demak, yorugʻlik fotonining boshqa zarralardan (masalan, elektron, proton, neytron, atom, molekula va h.k.)dan farqi shundaki, foton tinch holdagi massasiga ega boʻlmaydi, yaʼni uning tinch holatdagi massasi nolga teng. Foton faqat harakatlanish jarayonida mavjud boʻlib, uning tezligi yorugʻlik tezligiga teng. Demak, foton harakatlanish jarayonida mavjud boʻlib, u energiya, massa va impulsga ega boʻladi. Fotonlarning mavjudligi birqator tajribalarda tasdiqlandi. Bu tajribalardan biri 1922-yilda A. F. Ioffe va N. I. Dobronravovlar tomonidan oʻtkazilgan tajribadir. Tajriba quyidagicha: yassi kondensatorning A va B qoplamalari orasida zaryadlangan vismut (Vi) zarrasi „muallaq“ vaziyatda turadi, yaʼni zarraning og‘irlik kuchi zarraga teskari yoʻnalishda taʼsir etuvchi elektr kuchi bilan muvozanatlashgan boʻladi. Kondensator qoplamalaridan biri rentgen trubkasining anodi vazifasini bajaradi Kichik intensivlikdagi elektrontar oqimi A anodga kelib urilgach, unda tormozlanadi Natijada A dan bir sekundda mingga yaqin rentgen impulslari chiqariladi. Bu rentgen nurlari taʼsirida vismut zarrasi 30 minutlar davomida hir marta titrab muvozanatdan chiqqan. Hisoblarning koʻrsatishicha, shuncha vaqt (30 minut) ichida zarra yoʻnalishida bitta rentgen kvanti nurlanar ekan. Bu rentgen kvanti zarra bilan to ‘qnashgach, fotoeffekt hodisasi yuz beradi, yaʼni zarradan elektron ajralib chiqadi. Elektron ajralib chiqqani uchun zarraning zaryadi o ‘zgaradi va u muvozanat vaziyatidan chiqadi. Bunday tajribani shunday tushuntirish mumkin. Bu tajriba rentgen nurlarining jism bilan taʼsirlashuvi kvant xarakterga ega ekanligini tasdiqlaydi. Agar rentgen nurlari toʻlqin tarzida tarqaladi deb qaralsa, zarradan elektronning ajralib chiqishi uchun kerak boMadigan energiya elektronning chiqish ishi qiymatiga yetguncha yig‘ilishi kerak. Tajribada foydalanilgan rentgen nurlarining intensivligi kichik boʻlganligi uchun, bunday energiya har qancha vaqt o ‘tsa ham yigʻilmas ekan, buni hisoblashlar koʻrsatadi. V. I. Vavilovning fikriga ko‘ra, yorugʻlik oqimi ayrim fotonlarning yig‘indisidan iborat bo‘lsa, statistik fizika qonunlariga asosan fotonlarning fluktuatsiyasi kuzatilishi kerak. Bu fikr 1933—1942- yillarda oʻtkazilgan tajribalarda tasdiqlandi. Bu esa yorugʻlikning foton tabiatiga ega ekanligini isbotlovchi yana bir dalildir.