[물리학백과] https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3536926&cid=60217&categoryId=60217
광자는 입자로서의 빛으로, 빛알이라고도 한다. 그러나 이는 고전역학에서 기술하는 입자, 즉 고전 입자(classical particle)와는 다르다. 고전 입자는 주어진 시간에 위치와 속도를 동시에 기술할 수 있다. 양자역학의 입자는, 파동으로서의 성질과 함께 상보적으로 이해해야 한다. 입자물리학의 표준 모형에서는 광자를 전자기력을 매개하는 기본입자라고 보고 있다. 광자의 운동과 상호작용은 양자장론으로 기술한다.
광자를 이야기할 때 빛은 좁은 의미인 가시광선이 아니라 넓은 의미인 전자기파를 뜻한다. 양자역학의 발전을 통해, 빛은 개수를 셀 수 있는 입자, 즉 양자(quantum)로 볼 수 있게 되었다.
- 뉴턴 : 입자 (빛의 반사 등 설명)
- 하위헌스 : 파동
- 영 : 파동 (이중 슬릿 실험)
- 외르스테드, 패러데이 : 전기와 자기 현상이 연관
- 맥스웰 : 최종적으로 빛은 전자기파의 일종 (광속C)
- 플랑크(1901) : 흑체복사. 양자화
- 아인슈타인(1905) : 광전효과. 양자화
- 콤프턴 : 콤프턴 효과. 입자
- 드브로이 : 파동. 물질파이론.
<성질>
- 광자는 질량0, 스핀 1, 전하 0
- 광자 하나의 물리량이지만 파장과 진동수를 통해 주어진다. 마이클 영의 이중슬릿 실험을 통해 광자 하나도 파동의 고유한 성질인 간섭현상이 일어남을 알게 됨
>> 위 식을 보면, 에너지 (E) 는 진동수(f)에 비례한다. 즉 진동수가 높으면 에너지도 높아진다.
진동수(frequency)의 정의는 "1초 동안 진동한 횟수"이다.
빛의 경우 광속 (c)을 파장(λ)으로 나눈 값이 진동수이다.
빛의 경우 1초 동안 300,000km를 가는 동안 파장값으로 나누면 진동수가 된다.
(파장은 마루에서 마루 사이, 혹은 골에서 골 사이의 길이를 말한다.)
※ f = 1/ λ 로서 반비례 관계이고, 분모에 광속(c)값을 대입하면 빛의 진동수가 된다.
만약 1초 동안 1번 진동했다면 에너지는 E = hf = h×1 이다. (파장은 300,000km가 됨)
(E=h·C/λ 로 계산한다면 E = h×300,000km/300,000km = h×1 )
만약 1초 동안 300,000번 진동했다면 에너지는 E = hf = h×300,000 이다. (파장은 1km가 됨)
(E=h·C/λ 로 계산한다면 E=h×300,000km/1km=h×300,000 임.)
이때 운동량(P)은, 에너지(E)를 광속(c)으로 나눈값이므로,
P = E/c = hc/λ/c = hc/λc= h/λ 가 된다.
만약 1초 동안 1번 진동했다면 파장(λ)이 300,000km이므로 P=h/300,000 이다.
만약 1초 동안 300,000번 진동했다면 파장(λ)이 1km이므로 P=h/1 이다.
● [두산백과] https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1065036&cid=40942&categoryId=32227
빛은 파동성과 입자성 두 가지 성질을 지니고 있다. 파동의 성질로 본다면 빛은 전자기파에 해당하며, 입자의 성질로 볼 때 광자(광양자)로 명명한다. 광자 한 개의 에너지는 플랑크상수(h)에 빛의 진동수(ν)를 곱한 값, 즉 hν 이고 운동량은 hν/c (c는 진공에서 빛의 속도)이다.
(※ 위 물리학백과에서는 진동수를 f로 나타냈고, 두산백과에서는 ν (뮤)로 표시함. ν와 f는 같은 것임.)
빛의 회절(diffraction) 및 간섭(interference) 현상은 빛의 파동성으로 설명된다. 하지만 직진성을 가지는 입자의 성질로는 파동의 원형으로 퍼져나가는 회절 및 간섭현상을 설명할 수 없다. 반면에 콤프턴 산란과 같은 현상은 빛을 여러 개의 입자 즉 광자로 구성된 것으로 생각해한다. 이 중 한 개의 입자가 물질 내 전자와 부딪친다. 부딪친 후 광자는 전자에 에너지를 주고 자신은 에너지가 낮아져서 나온다. 이렇게 빛을 입자의 성질을 띤 광자로 보는 입장은 원자처럼 아주 작은 단위의 자연계현상에서 관측이 된다.
한편 파동성에서 진동수와 연관을 살피면, 일정한 진동수에 빛은 그 진동수에 플랑크 상수 (h)를 곱한 값이 한 개의 광자의 에너지(E)이다 ( E = hν )
여기서 J는 에너지의 단위인 줄이며, s는 시간의 단위 초이다. 한편 진동수 ν의 단위는 1/s 이다. 이 광자의 수가 많을수록 빛의 세기가 커지게 된다.
빛의 에너지와 세기가 나타내는 효과는 아인슈타인이 발견한 광전효과로 그 차이를 알 수 있다. 광전효과의 개요는 다음과 같다. 한 개의 광자가 물질 내의 전자와 충돌한다. 이때 전자는 원자 안에 속박된 상태로 있다가 일함수라고 하는 충분한 에너지를 얻으면 원자 밖으로 나가게 된다. 빛의 세기가 커도 즉 빛이 많은 수의 광자로 이루어져도 광자 한 개의 에너지가 작으면 광전효과는 나타나지 않는다. 광자의 에너지가 충분히 클 경우는 빛의 세기가 클수록 더 많은 수의 전자가 나오게 된다.
빛에 대한 이 생각은 1905년 아인슈타인이 빛의 광양자설(光量子說)을 제창하였고, 그 뒤 콤프턴효과에 의해서 그 이론의 정당성이 증명되었다.
● [위키백과] https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B4%91%EC%9E%90
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 hν 이고, 운동량은 hν /c? (c는 광속)이다.
"광자란 전자기 방사선을 전달하는 소립자나 파동을 일컫는다. 광자는 정지 질량이 0이라는 점에서 전자(electron)와 같은 유형의 소립자와 구별된다."
● [Wikipedia] https://en.wikipedia.org/wiki/Photon