Nøgleforskellen mellem foton og kvante er, at foton er en elementær partikel, hvorimod kvante er et mål for kvantitet.
Foto er en elementær partikel, mens kvante er en diskret pakke med energi lagret i den. Foton og kvante er to meget vigtige begreber i moderne fysik. Ydermere er disse begreber meget nyttige inden for områder som kvantefysik, kvantekemi, elektromagnetisk teori, optik, partikelfysik osv. Disse begreber er også vigtige i mange virkelige applikationer såsom LASER, højopløsningsmikroskopi, målinger af molekylær afstande, kvantekryptografi og fotokemi.
Hvad er Photon?
Photon er en elementær partikel, der ikke har en understruktur. Elementarpartikler er universets byggesten; alle andre partikler er lavet af disse partikler. Fotoner tilhører kategorien af elementære bosoner. Albert Einstein er faderen til det moderne begreb om fotoner. Han brugte dette koncept til at forklare eksperimentelle observationer, der ikke passede med den klassiske bølgemodel af lys.
En foton er en partikel med en hvilemasse nul, men den har en relativistisk masse. Desuden har den ingen elektrisk ladning. Desuden forfalder det ikke spontant i rummet. Desuden bevæger den sig med lysets hastighed i rummet. Vi kan finde energien af en foton ved E=hf, hvor E er energi, f er frekvensen af fotonen og h er Plankens konstant. Vi kan også give denne ligning på formen E=hc/λ, hvor lysets hastighed er c og λ er bølgelængde.
Figur 01: Når en elektron bevæger sig fra et højt energiniveau til et lavt energiniveau, udsendes en foton (den har hv-energi)
Yderligere udviser fotoner, ligesom alle andre kvanteobjekter, bølgelignende og partikellignende egenskaber. Og denne dobbeltbølge-partikel-natur er det koncept, vi kalder bølge-partikel-dualitet af en foton. Fotoner udsendes i mange naturlige processer; for eksempel når en ladning accelereres, under en molekylær, atomær eller nuklear overgang til et lavere niveau, og når en partikel og dens tilsvarende antipartikel er i udslettelse.
Hvad er Quantum?
Udtrykket quantum kommer fra det latinske 'quantus', der betyder 'hvor meget'. Et kvante er 'en diskret pakke' med energi lagret i den. Materiens energi er ikke kontinuerlig. Det betyder, at overførsel af enhver mængde energi ikke er mulig. Forskere opdagede, at energi er kvantiseret, og den overføres i diskrete enheder (eller pakker) af størrelse hf. Vi kalder hver af energipakkerne som 'et kvante'.
Figur 02: En bølgepakke repræsenterer en kvantepartikel
For eksempel er en foton et enkelt kvantum af lys. Flertal af kvante er kvante. Max Plank opdagede begrebet kvantisering. Han brugte dette koncept til at forklare emissionen af stråling fra opvarmede genstande; vi kalder dette sort kropsstråling.
Hvad er forskellen mellem foton og kvante?
Photon er den mindste diskrete mængde eller kvante af elektromagnetisk stråling, mens kvante er en diskret mængde energi proportional i størrelsesorden med frekvensen af den stråling, den repræsenterer. Derfor er den vigtigste forskel mellem foton og kvante, at foton er en elementær partikel, mens kvante er et mål for mængde.
En anden væsentlig forskel mellem foton og kvante er desuden, at fotonen er vigtig som et kvantetal af elektromagnetisk stråling, mens kvante er vigtigt for at måle kvantitet på subatomær skala.
Opsummering – Photon vs Quantum
Vi kan beskrive kvante som et mål for mængde, men en foton handler ikke om et mål for kvantitet. Faktisk kan vi beskrive foton som et energikvantum. Derfor er den vigtigste forskel mellem foton og kvante, at foton er en elementær partikel, hvorimod kvante er et mål for kvantitet.
