Como um fóton acelera para a velocidade da luz tão rapidamente?

Anonim

Não apenas um fóton surge literalmente do nada, mas também, assim que nasce, dispara a 300 milhões de metros por segundo. Não, não acelera, ou não existe ou acontece, e se o faz, está sempre correndo à velocidade da luz, até que volta a mergulhar no nada quando é absorvido.

Os fótons não aceleram, mas já estão viajando a 300 milhões de metros por segundo quando são emitidos. (Crédito da foto: Pexels)

O nascimento de um fóton

Elétrons residem dentro de átomos em diferentes níveis de energia. Quando excitamos elétrons, por exemplo, no caso de um bulbo, aquecendo os átomos de tungstênio, elevamo-los a níveis de energia mais altos. No entanto, a natureza busca estabilidade; elétrons abominam a escalada para níveis mais altos. Para alcançar a estabilidade, os elétrons retornam aos seus níveis originais ou até mais baixos. Quando um elétron faz esse salto para baixo, o átomo emite um fóton. À medida que milhões e bilhões de elétrons baixam simultaneamente para níveis mais baixos, o tungstênio desencadeia uma enorme torrente de fótons.

Então, basicamente, a luz ou um fóton nascem quando um elétron transita de um nível de energia mais alto para um nível de energia mais baixo. No entanto, o escritor pergunta:

Se você fosse espiar dentro de um átomo, você encontraria um exército oculto de fótons incontáveis, prontos para emboscar o comando do elétron?

Bem não. O elétron pula para um nível de energia mais baixo porque anseia por estabilidade, e para conseguir isso, ele precisa perder a energia que o forçou a subir em primeiro lugar. Como o artigo explica:

O universo, diferentemente do caso da energia térmica, não pode desperdiçar essa energia organizada; deve colocar a energia extra em algum uso. O resultado é a criação instantânea de um fóton; ela literalmente surge de nada, seja lá o que for.

Como os fótons são criados. (Crédito da foto: Brighterorange / Wikimedia Commons)

O fóton emitido apenas viaja ou já está viajando a 300 milhões de metros por segundo. Não acelera de 0 m / s para 300 milhões m / s instantaneamente. Alguns podem atribuir essa excentricidade à total falta de massa de um fóton, mas isso não é verdade. Quando um nêutron livre eventualmente decai para um próton, criando um elétron e um antineutrino no processo, também por puro nada, a propósito, o elétron emitido é consistentemente observado como já viajando a uma velocidade fixa. Não acelera, apesar de possuir massa. Então, o que no mundo está acontecendo?

Uma compreensão melhor é alcançada quando olhamos para um fóton - e um elétron, aliás - não como uma esfera rígida, não como uma partícula, mas como uma onda, como uma ondulação em uma lagoa.

O fóton como uma onda

Os elétrons se comportam como ondas quando, depois de serem lançados através de duas fendas, desenham um padrão de interferência, a própria impressão digital das ondas, em uma tela à sua frente.

Uma partícula elementar pode ser considerada como uma perturbação ou excitação em seu campo de onda correspondente. Assim, enquanto um elétron é uma perturbação ou a excitação do campo de elétrons, um fóton é uma perturbação ou excitação do campo eletromagnético. É uma onda no lago eletromagnético. Agora, tenha em mente que ondulações em um lago induzidas por uma pedra lançada nele não aceleram; eles não começam como imóveis e ganham velocidade gradualmente. Em vez disso, eles irradiam para fora no instante em que a pedra toca a água. O fóton ou a onda eletromagnética já está viajando a 300 milhões de metros por segundo, porque é assim que as ondas se comportam!

(Crédito da foto: Pixabay)

Se você achar isso absurdo, não se preocupe, você não está sozinho. O absurdo surge do fato de que tendemos a confundir partículas mecânicas quânticas com objetos do cotidiano de massa m, que quando submetidos a uma força F, são acelerados por um m / s² . Partículas mecânicas quânticas, no entanto, são tudo menos objetos do cotidiano; eles são diferentes de tudo que já encontramos. Mesmo o ganhador do prêmio Nobel e uma das mentes mais brilhantes do século passado, Richard Feynman, apesar de ser um pioneiro da Eletrodinâmica Quântica (QED), refletiu: “Se você acha que entende mecânica quântica, não entende mecânica quântica .