ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโฟตอนและควอนตัมคือโฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐาน ในขณะที่ควอนตัมเป็นตัววัดปริมาณ
โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐานในขณะที่ควอนตัมเป็นแพ็กเก็ตแยกที่มีพลังงานสะสมอยู่ภายใน โฟตอนและควอนตัมเป็นสองแนวคิดที่สำคัญมากในฟิสิกส์สมัยใหม่ นอกจากนี้ แนวคิดเหล่านี้ยังมีประโยชน์อย่างกว้างขวางในสาขาต่างๆ เช่น ฟิสิกส์ควอนตัม เคมีควอนตัม ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ทัศนศาสตร์ ฟิสิกส์อนุภาค ฯลฯ แนวคิดเหล่านี้มีความสำคัญในการใช้งานจริงหลายอย่าง เช่น LASER กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูง การวัดโมเลกุล ระยะทาง การเข้ารหัสควอนตัม และโฟโตเคมี
โฟตอนคืออะไร
โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐานที่ไม่มีโครงสร้างย่อย อนุภาคมูลฐานเป็นส่วนประกอบสำคัญของจักรวาล อนุภาคอื่นๆ ทั้งหมดทำมาจากอนุภาคเหล่านี้ โฟตอนอยู่ในหมวดหมู่ของโบซอนเบื้องต้น Albert Einstein เป็นบิดาแห่งแนวคิดโฟตอนสมัยใหม่ เขาใช้แนวคิดนี้เพื่ออธิบายการสังเกตการทดลองที่ไม่เข้ากับแบบจำลองคลื่นแสงแบบคลาสสิก
โฟตอนเป็นอนุภาคที่มีมวลเหลือเป็นศูนย์ แต่มีมวลสัมพัทธภาพ นอกจากนี้ยังไม่มีประจุไฟฟ้า นอกจากนี้ยังไม่สลายตัวตามธรรมชาติในอวกาศ ยิ่งกว่านั้นมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงในอวกาศ เราสามารถหาพลังงานของโฟตอนได้โดย E=hf โดยที่ E คือพลังงาน f คือความถี่ของโฟตอน และ h คือค่าคงที่ของแพลงก์ เราสามารถให้สมการนี้ในรูปแบบ E=hc/λ โดยที่ความเร็วของแสงคือ c และ λ คือความยาวคลื่น
รูปที่ 01: เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากระดับพลังงานสูงไปเป็นระดับพลังงานต่ำ โฟตอนจะถูกปล่อยออกมา (มีพลังงาน hv)
นอกจากนี้ โฟตอน เช่นเดียวกับวัตถุควอนตัมอื่น ๆ ทั้งหมด มีคุณสมบัติคล้ายคลื่นและคล้ายอนุภาค และธรรมชาติของอนุภาคคลื่นคู่นี้เป็นแนวคิดที่เราเรียกว่าความเป็นคู่ของอนุภาคคลื่นของโฟตอน โฟตอนถูกปล่อยออกมาในกระบวนการทางธรรมชาติหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น เมื่อเร่งประจุ ระหว่างการเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุล อะตอม หรือนิวเคลียร์สู่ระดับที่ต่ำกว่า และเมื่ออนุภาคและปฏิปักษ์ที่สอดคล้องกันอยู่ในการทำลายล้าง
ควอนตัมคืออะไร
คำว่า quantum มาจากภาษาละติน 'quantus' แปลว่า 'เท่าใด' ควอนตัมคือ 'แพ็คเก็ตที่ไม่ต่อเนื่อง' ที่มีพลังงานสะสมอยู่ในนั้น พลังงานของสสารไม่ต่อเนื่อง นั่นหมายความว่าไม่สามารถถ่ายโอนพลังงานในปริมาณเท่าใดก็ได้ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าพลังงานถูกวัดปริมาณและถ่ายโอนในหน่วยที่ไม่ต่อเนื่อง (หรือแพ็คเก็ต) ขนาด hfเราเรียกแต่ละแพ็คเก็ตของพลังงานว่า 'ควอนตัม'
รูปที่ 02: A Wave Packet แสดงถึงอนุภาคควอนตัม
ตัวอย่างเช่น โฟตอนเป็นควอนตัมของแสงเดียว พหูพจน์ของควอนตัมคือควอนตัม Max Plank ค้นพบแนวคิดของการหาปริมาณ เขาใช้แนวคิดนี้เพื่ออธิบายการแผ่รังสีจากวัตถุที่ให้ความร้อน เราเรียกสิ่งนี้ว่าการแผ่รังสีของร่างกายสีดำ
โฟตอนและควอนตัมต่างกันอย่างไร
โฟตอนเป็นปริมาณหรือควอนตัมที่เล็กที่สุดที่ไม่ต่อเนื่องของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในขณะที่ควอนตัมเป็นปริมาณพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องตามสัดส่วนตามขนาดความถี่ของรังสีที่มันแสดง ดังนั้น ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโฟตอนและควอนตัมก็คือ โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐาน ในขณะที่ควอนตัมเป็นตัววัดปริมาณ
นอกจากนี้ ความแตกต่างที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งระหว่างโฟตอนและควอนตัมก็คือ โฟตอนมีความสำคัญในฐานะควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ในขณะที่ควอนตัมมีความสำคัญในการวัดปริมาณในระดับอะตอม
สรุป – โฟตอนกับควอนตัม
เราสามารถอธิบายควอนตัมเป็นตัววัดปริมาณได้ แต่โฟตอนไม่ได้เกี่ยวกับการวัดปริมาณ ในความเป็นจริง เราสามารถอธิบายโฟตอนว่าเป็นควอนตัมของพลังงานได้ ดังนั้น ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโฟตอนและควอนตัมก็คือ โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐาน ในขณะที่ควอนตัมเป็นตัววัดปริมาณ