Беседуем с ребенком (2 класс) о фотонах. Он знает, что фотоны - это частицы света, летят со скоростью триста тысяч километров в секунду. Тем не менее, задает множество вопросов.
Сколько весит фотон?
Масса фотона равна нулю. Он ничего не весит. Именно поэтому фотоны такие быстрые. Ни одно массивное тело не может двигаться со скоростью света. Нам, массивным, невозможно представить, каково это - не иметь массы. Мы можем изменить свою скорость - быть быстрее или медленнее. Фотон же рождается со скоростью света, и другую скорость иметь не может.
Есть ли у фотона сила?
-Если фотон ничего не весит, он что тогда, силой не обладает?
Нет, фотон может действовать силой на предметы. Только это сила не за счет массы, а за счет скорости (формулу импульса фотона я пока ребенку не объясняю). Поток фотонов может даже двигать предметы, сила эта невелика, но она есть. Внешние силы на фотоны тоже действуют довольно слабо. Притяжение Земли действует, но очень мало. Притяжение Солнца уже можно заметить в эксперименте.
Как же фотоны поворачивают?
Никак. Фотоны не могут поворачивать, они двигаются только по прямой. Немного они могут отклоняться при очень большой силе тяжести, но это эффект не за счет массы.
Чаще всего мы наблюдаем поворот лучей света. Луч света, состоящий из множества фотонов, может повернуть из-за взаимодействия с молекулами вещества. При этом фотон на короткое время поглощается молекулой, и переизлучается уже другой фотон, такого же цвета, но другого направления. В результате весь луч меняет направление. Так лучи отражаются от зеркала, или преломляются в воде.
Как остановить фотон?
Остановить фотон невозможно. При остановке фотон уничтожается. Когда свет поглощается веществом, энергия фотона переходит атомам вещества. Замедлить фотон тоже невозможно. Но если говорить о луче света, то его можно замедлить, если он летит в каком-нибудь веществе. Молекулы вещества поглощают фотоны и переизлучают новые фотоны с некоторой задержкой.
Раньше так скакали почтовые лошади. Между двумя почтовыми станциями лошадь гнала без остановки. Когда лошадь, везущая путешественника, прибывала на станцию, ее ставили в стойло отдыхать, а путешественнику выдавали новую лошадь, отдохнувшую и накормленную, и он отправлялся по тому же маршруту так же быстро до следующей станции.
Средняя скорость луча света будет уже меньше, чем скорость отдельных фотонов в пролетах между атомами, но всё равно довольно большая.
Как уничтожить фотон? Почему я бью по нему, а он не исчезает?
Ребенок бьет рукой по пятнышку от лазерной указки. Пятнышко остается на месте.
Дело в том, что каждый раз, когда ты подставляешь руку под пятнышко, твоя рука поглощает множество фотонов. Но на их место приходят новые, точно такие же. Пока светит лазер, на твою руку постоянно падают одинаковые фотоны, ты их бьёшь, а они новые приходят.
На пятно от указки прибежали кошки, присоединились к процессу уничтожения фотонов. Они прекрасно знают, что когда я достаю указку, их ждет игра, и сразу бегут.
Вот, я выключила указку, теперь новые фотоны не образуются, и пятно от указки исчезло. Кошкина лапка поглотила все фотоны, а новые не пришли.
Почему я не вижу, как летят фотоны по воздуху?
Чтобы увидеть фотон, нужно, чтобы он попал тебе в глаз. Когда фотоны от лазерной указки летят по воздуху, они в глаз тебе не попадают. Только не подставляй глаз под луч указки - там слишком много фотонов, глаз испортится от этого. А когда фотоны попадают на пол, часть из них отражается и попадает тебе в глаз, поэтому ты видишь пятнышко. На пятнышко смотреть безопасно, не так много фотонов попадает в глаз.
Как съесть фотон?
Ребенок посветил фонариком себе в рот. "Я съел фотоны, а ты хочешь?" Конечно, с удовольствием! Открываю рот, мне он тоже посветил туда фонариком. Вот мы вместе покушали, а точнее поглотили, множество фотонов. Вкусно?
Могут ли люди питаться фотонами?
У людей нет механизмов, которые преобразовывали бы энергию света в питательные вещества. Но такие механизмы есть у растений. Это называется фотосинтез. Растения из углекислого газа и воды под действием света создают питательные вещества - углеводы. Человек не может насытиться светом, но он может посадить растение, и потом его съесть.
Кроме того, фотоны помогают нам готовить пищу. Где люди жарят мясо? На костре. А пламя костра состоит из фотонов. Тепловая энергия от печки тоже передается за счет фотонов, только невидимых - инфракрасных. В микроволновке суп греется тоже за счет фотонов. Вода поглощает микроволновые фотоны и за счёт этой энергии нагревается.
Кто ещё может питаться фотонами?
Многие устройства могут получать питание за счёт света. Например, есть солнечные батареи - за счет фотоэффекта из энергии света можно получать электроэнергию. Если разобраться подробнее, почти вся энергия на Земле берется от Солнца, а передаётся именно в виде фотонов.
Могут ли люди излучать фотоны?
Светиться видимым светом человек не может. Но человек - нагретое тело, и он светится в инфракрасном диапазоне. Когда температура человека выше окружающей среды, это излучение можно зарегистрировать тепловизором - инфракрасной камерой. Кошки тоже чувствуют фотоны, излучаемые людьми. Кошечки любят греться около человека, наши инфракрасные фотоны их греют. А мы, в свою очередь, греемся о фотончики, излучаемые нашими кошечками.
На этом приятном моменте мы с сыном закончили беседу и начали гладить кошечек. Если у вас, уважаемые читатели, возникли вопросы, пишите в комментариях. Спасибо, что прочитали до конца!
