Фундаментальная физика — вещь сложная, труднопонятная, а иногда ещё и спорная. Послушаем мнение и комментарий к нему.
Фотон — это не что иное, как небольшой кусочек энергии, рождённый в какой-то звезде как отход ядерной реакции — или в другом подобном месте или при подобном событии.
Скорость света дана нам как «в вакууме», но на самом деле фотоны всегда и движутся только с этой скоростью, и они всегда находятся в вакууме. Задумайтесь над этим на миллисекунду. Фотон рождается, и он никогда не имеет скорости, отличной от скорости света в вакууме. Он не разгоняется с нуля и не увеличивает свою скорость до скорости света. Может быть, это главное чудо во всей этой сказке.
Причина этого утверждения состоит в том, что единственное, что могут сделать фотоны — это столкнуться с электроном в каком-то атоме, и на этом всё.
Количество энергии в месте, известном как «фотон», может быть любым числом или количеством в большом диапазоне. Мы называем это количество энергии «цветом».
Я не знаю, что чувствуют электроны, когда их ударяет «проходящий» фотон, но это их меняет. Какая бы энергия раньше ни была в фотоне (энергия никогда не теряется — она просто перемещается), теперь это проблема электрона. Электрон немедленно «прыгает» на более высокий энергетический уровень, доступный ему как «резиденту» того атома, в котором он находится. И если это изменение уровня энергии больше допустимого, любой «излишек» немедленно превращается в совершенно новый фотон и отправляется в путь.
Если (или когда) этот электрон в конце концов «упадёт» обратно в состояние с более низкой энергией, разница в энергии между этим «повышенным» и последующим состоянием «выплёвывается» опять же как новенький фотон — скорее всего другого цвета. Количество энергии во Вселенной при этом по-прежнему остаётся постоянным.
Это явление является причиной того, почему элементы испускают характерные цвета и как астрономы могут определить, какие именно элементы находятся «где-то там». Структура разницы энергий, на которую (от которой) электроны могут прыгать, фиксирована и уникальна для каждого элемента. У разных элементов уникальные ядра, поэтому, конечно же, у них уникальные запасы электронов и «районы» для «электронного жилья». Уникальные энергетические уровни, между которыми могут прыгать их электроны.
Вот почему фотоны всегда путешествуют в вакууме. Это всё, что они могут делать. Если «луч» света проходит через твёрдое тело, кристалл или призму, каждый фотон путешествует настолько далеко, насколько «повезёт». Пока не встречает электрон, а затем исчезает, как было описано выше. Поскольку «луч» света всегда содержит больше пуль, чем то количество, которое попадает в цель, можно сказать, что свет проходит через различные преграды.
По материалам публикации (англ.).
Из комментариев
Первое уточнение: фотоны могут взаимодействовать («испускаться» и «поглощаться») любой заряженной частицей или частицей с магнитным моментом. Это означает, что с фотонами взаимодействуют гораздо больше маленьких зверюшек, чем только электроны.
Второе уточнение: свет (имеется в виду волновая функция фотона) движется медленнее, когда проходит через среду, отличную от вакуума. Пример: когда излучение заряженных частиц, скажем, электронов высокой энергии, проходит через воду, они испускают более медленные фотоны (аналогично медленным звуковым ударам сверхзвуковых самолётов).
Форма медленно движущегося фотонного излучения видимого диапазона называется черенковским излучением (например, синее свечение вокруг затопленных ядерных батарей).