Η βασική διαφορά μεταξύ φωτονίου και ηλεκτρονίου είναι ότι το φωτόνιο είναι ένα πακέτο ενέργειας ενώ το ηλεκτρόνιο είναι μια μάζα.
Ένα ηλεκτρόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που παίζει ζωτικό ρόλο σχεδόν σε όλα. Το φωτόνιο είναι ένα εννοιολογικό πακέτο ενέργειας, το οποίο είναι πολύ σημαντικό στην κβαντομηχανική. Το ηλεκτρόνιο και το φωτόνιο είναι δύο έννοιες που αναπτύχθηκαν πολύ με την ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής. Είναι ζωτικής σημασίας να κατανοήσουμε σωστά αυτές τις έννοιες, να κατανοήσουμε σωστά το πεδίο της κβαντικής μηχανικής, της κλασικής μηχανικής και των σχετικών πεδίων.
Τι είναι το Photon;
Το Το φωτόνιο είναι ένα θέμα που συζητάμε στην κυματομηχανική. Στην κβαντική θεωρία, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι τα κύματα έχουν επίσης ιδιότητες σωματιδίων. Το φωτόνιο είναι το σωματίδιο του κύματος. Είναι μια σταθερή ποσότητα ενέργειας που εξαρτάται μόνο από τη συχνότητα του κύματος. Μπορούμε να δώσουμε την ενέργεια του φωτονίου με την εξίσωση E=hf, όπου E είναι η ενέργεια του φωτονίου, h η σταθερά Plank και f η συχνότητα του κύματος.
Εικόνα 01: Η κίνηση ενός φωτονίου ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
Μπορούμε να θεωρήσουμε τα φωτόνια ως πακέτα ενέργειας. Με την ανάπτυξη της σχετικότητας, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα κύματα έχουν επίσης μάζα. Είναι επειδή τα κύματα συμπεριφέρονται ως σωματίδια στις αλληλεπιδράσεις με την ύλη. Ωστόσο, η υπόλοιπη μάζα ενός φωτονίου είναι μηδέν. Όταν ένα φωτόνιο κινείται με την ταχύτητα του φωτός, έχει σχετικιστική μάζα E/C2, όπου E είναι η ενέργεια του φωτονίου και C είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό.
Τι είναι το ηλεκτρόνιο;
Ένα άτομο αποτελείται από έναν πυρήνα που έχει θετικό φορτίο και περιέχει σχεδόν όλη τη μάζα και τα ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα. Αυτά τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο και περιέχουν πολύ μικρή ποσότητα μάζας σε σύγκριση με τον πυρήνα. Ένα ηλεκτρόνιο έχει μάζα ηρεμίας 9,11 x 10-31 κιλά.
Το ηλεκτρόνιο εμπίπτει στα φερμιόνια της οικογένειας των υποατομικών σωματιδίων. Επιπλέον, έχουν μισές ακέραιες τιμές ως spin. Το σπιν είναι μια ιδιότητα που περιγράφει τη γωνιακή ορμή του ηλεκτρονίου. Η κλασική θεωρία του ηλεκτρονίου περιέγραψε το ηλεκτρόνιο ως ένα σωματίδιο που περιφέρεται γύρω από τον πυρήνα. Ωστόσο, με την ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής, μπορούμε να δούμε ότι το ηλεκτρόνιο μπορεί επίσης να συμπεριφέρεται ως κύμα.
Εικόνα 02: Ηλεκτρόνιο (με κόκκινο) και ατομικός πυρήνας (με μπλε) σε άτομο υδρογόνου
Επιπλέον, το ηλεκτρόνιο έχει συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας. Τώρα, μπορούμε να ορίσουμε την τροχιά του ηλεκτρονίου ως τη συνάρτηση πιθανότητας εύρεσης του ηλεκτρονίου γύρω από τον πυρήνα. Οι επιστήμονες καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το ηλεκτρόνιο συμπεριφέρεται και ως κύμα και ως σωματίδιο. Όταν εξετάζουμε ένα διακινούμενο ηλεκτρόνιο, ορισμένες από τις κυματικές ιδιότητες γίνονται εμφανείς από τις ιδιότητες των σωματιδίων. Όταν εξετάζουμε τις αλληλεπιδράσεις, οι ιδιότητες των σωματιδίων είναι πιο εμφανείς από τις ιδιότητες των κυμάτων. Το ηλεκτρόνιο έχει φορτίο – 1,602 x 10-19 C. Είναι το μικρότερο ποσό φόρτισης που μπορεί να αποκτήσει οποιοδήποτε σύστημα. Επιπλέον, όλα τα άλλα φορτία είναι πολλαπλασιασμοί του φορτίου μονάδας του ηλεκτρονίου.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ φωτονίου και ηλεκτρονίου;
Το φωτόνιο είναι ένας τύπος στοιχειώδους σωματιδίου που δρα ως φορέας ενέργειας, αλλά το ηλεκτρόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που εμφανίζεται σε όλα τα άτομα. Η βασική διαφορά μεταξύ φωτονίου και ηλεκτρονίου είναι ότι το φωτόνιο είναι ένα πακέτο ενέργειας ενώ το ηλεκτρόνιο είναι μια μάζα. Επιπλέον, το φωτόνιο δεν έχει μάζα ηρεμίας, αλλά ένα ηλεκτρόνιο έχει μάζα ηρεμίας. Ως άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ φωτονίου και ηλεκτρονίου, το φωτόνιο μπορεί να κινηθεί με την ταχύτητα του φωτός, αλλά για ένα ηλεκτρόνιο, είναι θεωρητικά αδύνατο να ληφθεί η ταχύτητα του φωτός.
Επιπλέον, μια περαιτέρω διαφορά μεταξύ φωτονίου και ηλεκτρονίου είναι ότι το φωτόνιο εμφανίζει περισσότερες κυματικές ιδιότητες ενώ το ηλεκτρόνιο εμφανίζει περισσότερες ιδιότητες σωματιδίων. Ακολουθεί ένα infographic σχετικά με τη διαφορά μεταξύ φωτονίου και ηλεκτρονίου.
Σύνοψη – Φωτόνιο εναντίον Ηλεκτρονίου
Το φωτόνιο είναι ένα στοιχειώδες σωματίδιο και μπορούμε να το περιγράψουμε ως ένα πακέτο ενέργειας ενώ το ηλεκτρόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο με μάζα. Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι η βασική διαφορά μεταξύ φωτονίου και ηλεκτρονίου είναι ότι το φωτόνιο είναι ένα πακέτο ενέργειας ενώ το ηλεκτρόνιο είναι μια μάζα.
