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'''광자'''(光子, photon) 또는 '''빛알'''은 기본입자의 일종으로, 가시광선을 포함한 모든 [[전자기파]]를 구성하는 [[양자 (에너지)|양자]]이자 전자기력의 매개입자이다. 기호는 그리스 문자 <math>\gamma</math>이다. 전자기력의 효과는 미시적, 거시적인 수준에서 쉽게 관찰할 수 있는데, 광자가 질량을 가지지 않기 때문에 장거리에서의 상호작용이 가능하다. 다른 기본입자들과 같이 광자는 양자역학과 입자-파동 이중성 이론을 통해 가장 잘 설명된다. 하나의 현상임에도 파동과 양자라는 두 가지 관측 가능한 모습을 가진 광자의 진짜 성질은 어떤 역학적 모델로도 설명할 수 없다. 이러한 빛의 이중성의 묘사, 전자기파에서의 에너지의 위상을 파악하는 것 또한 불가능하다. 전자기파의 양자의 위치는 공간적으로 국한되지 않기 때문이다. |
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광자 한 개의 에너지는 [[플랑크 상수]](h)에 빛의 [[진동수]]( |
광자 한 개의 에너지는 [[플랑크 상수]](<math> h </math>)에 빛의 [[진동수]](<math> \nu </math>)를 곱한 값, 즉 <math> h\nu </math> 이고, [[운동량]]은 <math> \frac{h\nu}{c} </math>(<math> c </math>는 [[빛의 속도|광속]])이다. |
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== 역사 == |
== 역사 == |
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[[아이작 뉴턴]]은 빛이 입자로 이뤄져 있다고 주장하였다. 그러나 고전적인 입자론은 빛의 파동적인 성질, 특히 [[간섭]]을 설명하지 못한다. 따라서 18세기에 와서는 이중 슬릿 실험을 설명할 수 있는 [[토머스 영]]의 파동설이 우세하였고, [[제임스 맥스웰]]의 고전전자기학의 완성으로 파동설은 정설로 인정되었다. 그러나 20세기 초에 와서 고전적인 파동설로 설명할 수 없는 현상이 발견되기 시작하였다. [[자외선 파탄]]이 그중 한 예인데, 이에 따르면 열적 평형에 있고 유한한 온도를 가진 고전적 흑체는 무한한 양의 전자기파를 방출하여야 한다. 이 문제를 해결하기 위해, [[막스 플랑크]]는 전자기파가 |
[[아이작 뉴턴]]은 빛이 입자로 이뤄져 있다고 주장하였다. 그러나 고전적인 입자론은 빛의 파동적인 성질, 특히 [[간섭]]을 설명하지 못한다. 따라서 18세기에 와서는 이중 슬릿 실험을 설명할 수 있는 [[토머스 영]]의 파동설이 우세하였고, [[제임스 맥스웰]]의 고전전자기학의 완성으로 파동설은 정설로 인정되었다. 그러나 20세기 초에 와서 고전적인 파동설로 설명할 수 없는 현상이 발견되기 시작하였다. [[자외선 파탄]]이 그중 한 예인데, 이에 따르면 열적 평형에 있고 유한한 온도를 가진 고전적 흑체는 무한한 양의 전자기파를 방출하여야 한다. 이 문제를 해결하기 위해, [[막스 플랑크]]는 전자기파가 양자화되었다는 가설을 도입하였다 (1901). 그러나 그는 실제로 빛이 입자로 구성되었다기보다는, 어떤 알 수 없는 현상에 의해 파동의 에너지가 양자화되었다고 해석하였다. [[알베르트 아인슈타인]]은 힐베르트의 가설에서 시작하여, 빛이 실제로 입자로 구성되었다고 가정하면서 [[광전효과]]를 설명할 수 있다는 사실을 보였다 (1905). 이후 [[양자역학]]의 발전과 [[양자전기역학]]의 도입으로, 빛이 양자화되었다는 사실을 이론적으로 설명할 수 있게 되었다. |
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== 광자에너지 == |
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:<math> E = hf , f = {{c}\over{\lambda}}</math> |
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:<math>h=6.626 \times 10^{-34} \ \mathrm{J \cdot s}</math> |
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:<math>c=2.998 \times 10^{8} \ \mathrm{m / s}</math> |
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빨간색의 광자에너지는 <math> E = h {{c}\over{\lambda}}</math> |
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:<math> E = \left(6.626 \times 10^{-34} \ \mathrm{J \cdot s}\right) {{2.998 \times 10^{8} \ \mathrm{m / s}}\over{700 \ \mathrm{nm}}}</math> |
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:<math> E = \left(6.626 \times 10^{-34} \ \mathrm{J \cdot s}\right) {{2.998 \times 10^{8} \ \mathrm{m / s}}\over{700 \times 10^{-9} \ \mathrm{m}}}</math> |
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:<math> E = 2.84 \times 10^{-19} \ \mathrm{J}</math> |
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[[아보가드로 상수]]는 |
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:<math> N_{A} = 6.022 \times 10^{23} \ \mathrm{mol^{-1}}</math> |
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이다. 따라서 단위[[물질량]]당 광자에너지는 |
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:<math> E_{m} = \left( 2.84 \times 10^{-19} \mathrm{J} \right) \left( 6.022 \times 10^{23} \ \mathrm{mol^{-1}}\right) </math> |
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:<math> E_{m} = 1.71 \times 10^{5} \ \mathrm{J/mol} </math> |
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:<math> E_{m} = 171 \ \mathrm{kJ/mol}</math> |
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== 같이 보기 == |
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* [[디랙 방정식]] |
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* [[도플러 효과]] |
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* [[에테르 (물리)]] |
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* [[포논]] |
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* [[사진술]] |
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* [[광자학]] |
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* [[가변광속 이론]] |
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== 각주 == |
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== 외부 링크 == |
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* [ |
* [https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3568271&cid=58941&categoryId=58960 네이버 캐스트 - 광자는 홍길동] |
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* [https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3567650&cid=58941&categoryId=58960 네이버 캐스트 - 빛의 이중성] |
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[[분류:게이지 보손]] |
[[분류:게이지 보손]] |
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[[분류:기본 입자]] |
[[분류:기본 입자]] |
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[[분류:스핀이 1인 아원자 입자]] |
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[[분류:양자 전기역학]] |
2024년 6월 24일 (월) 16:56 기준 최신판
구성 | 기본입자 |
---|---|
통계 | 보스-아인슈타인 통계 |
상호작용 | 전자기학, 약한 상호작용, 중력 |
기호 | γ |
이론 | 알버트 아인슈타인 (1905) Photon이라는 용어는 길버트 뉴턴 루이스가 1926년에 제안. |
질량 | 0
< 1×10−18 eV/c2 [1] |
평균수명 | 안정[1] |
전하 | 0
< 1×10−35 e[1] |
스핀 | 1 |
반전성 | −1[1] |
C-반전성 | −1[1] |
Condensed | I(JP C)=0,1(1−−)[1] |
광자(光子, photon) 또는 빛알은 기본입자의 일종으로, 가시광선을 포함한 모든 전자기파를 구성하는 양자이자 전자기력의 매개입자이다. 기호는 그리스 문자 이다. 전자기력의 효과는 미시적, 거시적인 수준에서 쉽게 관찰할 수 있는데, 광자가 질량을 가지지 않기 때문에 장거리에서의 상호작용이 가능하다. 다른 기본입자들과 같이 광자는 양자역학과 입자-파동 이중성 이론을 통해 가장 잘 설명된다. 하나의 현상임에도 파동과 양자라는 두 가지 관측 가능한 모습을 가진 광자의 진짜 성질은 어떤 역학적 모델로도 설명할 수 없다. 이러한 빛의 이중성의 묘사, 전자기파에서의 에너지의 위상을 파악하는 것 또한 불가능하다. 전자기파의 양자의 위치는 공간적으로 국한되지 않기 때문이다. 광자 한 개의 에너지는 플랑크 상수()에 빛의 진동수()를 곱한 값, 즉 이고, 운동량은 (는 광속)이다.
역사
[편집]아이작 뉴턴은 빛이 입자로 이뤄져 있다고 주장하였다. 그러나 고전적인 입자론은 빛의 파동적인 성질, 특히 간섭을 설명하지 못한다. 따라서 18세기에 와서는 이중 슬릿 실험을 설명할 수 있는 토머스 영의 파동설이 우세하였고, 제임스 맥스웰의 고전전자기학의 완성으로 파동설은 정설로 인정되었다. 그러나 20세기 초에 와서 고전적인 파동설로 설명할 수 없는 현상이 발견되기 시작하였다. 자외선 파탄이 그중 한 예인데, 이에 따르면 열적 평형에 있고 유한한 온도를 가진 고전적 흑체는 무한한 양의 전자기파를 방출하여야 한다. 이 문제를 해결하기 위해, 막스 플랑크는 전자기파가 양자화되었다는 가설을 도입하였다 (1901). 그러나 그는 실제로 빛이 입자로 구성되었다기보다는, 어떤 알 수 없는 현상에 의해 파동의 에너지가 양자화되었다고 해석하였다. 알베르트 아인슈타인은 힐베르트의 가설에서 시작하여, 빛이 실제로 입자로 구성되었다고 가정하면서 광전효과를 설명할 수 있다는 사실을 보였다 (1905). 이후 양자역학의 발전과 양자전기역학의 도입으로, 빛이 양자화되었다는 사실을 이론적으로 설명할 수 있게 되었다.
광자에너지
[편집]빨간색의 광자에너지는
이다. 따라서 단위물질량당 광자에너지는
같이 보기
[편집]각주
[편집]- ↑ 가 나 다 라 마 바 Amsler, C.; 외. (Particle Data Group) (2008). “Review of Particle Physics: Gauge and Higgs bosons” (PDF). 《Physics Letters B》 667 (1): 1. Bibcode:2008PhLB..667....1A. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018.
외부 링크
[편집]- 위키미디어 공용에 광자 관련 미디어 분류가 있습니다.
- 네이버 캐스트 - 광자는 홍길동
- 네이버 캐스트 - 빛의 이중성
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