ההבדל העיקרי בין פוטון לקוונטי הוא שפוטון הוא חלקיק אלמנטרי, בעוד שקוונטי הוא מדד לכמות.
פוטון הוא חלקיק אלמנטרי בעוד הקוונטים הוא חבילה בדיד עם אנרגיה מאוחסנת בתוכה. פוטון וקוונטי הם שני מושגים חשובים מאוד בפיזיקה המודרנית. יתר על כן, מושגים אלו שימושיים בתחומים כגון פיזיקת קוונטים, כימיה קוונטית, תיאוריה אלקטרומגנטית, אופטיקה, פיזיקת חלקיקים וכו'. מושגים אלו חשובים גם ביישומים רבים בעולם האמיתי כגון LASER, מיקרוסקופיה ברזולוציה גבוהה, מדידות של מולקולריות מרחקים, קריפטוגרפיה קוונטית ופוטוכימיה.
מה זה פוטון?
פוטון הוא חלקיק אלמנטרי שאין לו תת-מבנה. חלקיקים יסודיים הם אבני הבניין של היקום; כל שאר החלקיקים עשויים מהחלקיקים האלה. פוטונים שייכים לקטגוריה של בוזונים יסודיים. אלברט איינשטיין הוא אבי המושג המודרני של פוטונים. הוא השתמש במושג זה כדי להסביר תצפיות ניסיוניות שלא התאימו למודל הגלים הקלאסי של האור.
פוטון הוא חלקיק עם מסת מנוחה אפס, אבל יש לו מסה רלטיביסטית. כמו כן, אין לו מטען חשמלי. חוץ מזה, הוא לא מתכלה באופן ספונטני בחלל. יתר על כן, הוא נע במהירות האור בחלל. אנו יכולים למצוא את האנרגיה של פוטון לפי E=hf, כאשר E היא אנרגיה, f היא התדר של הפוטון ו-h הוא הקבוע של הפלנק. אנו יכולים לתת את המשוואה הזו גם בצורה E=hc/λ, כאשר מהירות האור היא c ו-λ היא אורך הגל.
איור 01: כאשר אלקטרון עובר מרמת אנרגיה גבוהה לרמת אנרגיה נמוכה, פוטון נפלט (יש לו אנרגיית hv)
יתר על כן, פוטונים, כמו כל אובייקטים קוונטיים אחרים, מציגים תכונות דמויות גל וחלקיקים. וטבע כפול-גל חלקיקי זה הוא הרעיון שאנו מכנים דואליות גל-חלקיקי של פוטון. פוטונים נפלטים בתהליכים טבעיים רבים; למשל, בעת האצת מטען, במהלך מעבר מולקולרי, אטומי או גרעיני לרמה נמוכה יותר, וכאשר חלקיק והאנטי-חלקיק המתאים לו נמצאים בהשמדה.
מה זה Quantum?
המונח quantum בא מהלטינית 'quantus' שפירושה 'כמה'. קוונטי הוא 'חבילה בדיד' עם אנרגיה מאוחסנת בתוכה. האנרגיה של החומר אינה רציפה. כלומר, העברת כל כמות אנרגיה אינה אפשרית. מדענים גילו כי אנרגיה מכונסת והיא עוברת ביחידות נפרדות (או מנות) בגודל hf.אנו קוראים לכל אחת מחבילות האנרגיה 'קוונטי'.
איור 02: חבילת גל מייצגת חלקיק קוונטי
לדוגמה, פוטון הוא קוואנטום יחיד של אור. הרבים של קוונטים הוא קוונטה. מקס פלאנק גילה את מושג הקוונטיזציה. הוא השתמש במושג זה כדי להסביר את פליטת הקרינה מעצמים מחוממים; אנחנו קוראים לזה קרינת גוף שחור.
מה ההבדל בין פוטון לקוואנטום?
פוטון הוא הכמות הבדידה או הקוואנטום הקטן ביותר של קרינה אלקטרומגנטית בעוד שקוונטי היא כמות בדיד של אנרגיה פרופורציונלית בגודלה לתדירות הקרינה שהיא מייצגת. לכן, ההבדל העיקרי בין פוטון לקוונטי הוא שהפוטון הוא חלקיק אלמנטרי, ואילו הקוונטים הוא מדד לכמות.
יתר על כן, הבדל משמעותי נוסף בין פוטון לקוונטי הוא שהפוטון חשוב כקוונטי של קרינה אלקטרומגנטית בעוד שקוונטי חשוב למדידת כמות בקנה מידה תת-אטומי.
סיכום – פוטון נגד קוואנטום
אנו יכולים לתאר את הקוונטים כמדד לכמות, אבל פוטון אינו עוסק במדד של כמות. למעשה, אנו יכולים לתאר את הפוטון כקוונטי של אנרגיה. לפיכך, ההבדל העיקרי בין פוטון לקוונטי הוא שהפוטון הוא חלקיק אלמנטרי, בעוד שקוונטי הוא מדד לכמות.
