ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโฟตอนกับอิเล็กตรอนคือโฟตอนเป็นแพ็กเก็ตของพลังงานในขณะที่อิเล็กตรอนมีมวล
อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคย่อยที่มีบทบาทสำคัญในเกือบทุกอย่าง โฟตอนเป็นชุดแนวคิดของพลังงาน ซึ่งมีความสำคัญมากในกลศาสตร์ควอนตัม อิเล็กตรอนและโฟตอนเป็นสองแนวคิดที่พัฒนาขึ้นอย่างมากด้วยการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม จำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับแนวคิดเหล่านี้ เพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัม กลศาสตร์คลาสสิก และสาขาที่เกี่ยวข้องอย่างเหมาะสม
โฟตอนคืออะไร
โฟตอนเป็นหัวข้อที่เราพูดถึงในกลศาสตร์คลื่นในทฤษฎีควอนตัม เราสามารถสังเกตได้ว่าคลื่นมีคุณสมบัติของอนุภาคด้วย โฟตอนเป็นอนุภาคของคลื่น เป็นพลังงานจำนวนคงที่ขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นเท่านั้น เราสามารถให้พลังงานของโฟตอนโดยสมการ E=hf โดยที่ E คือพลังงานของโฟตอน h คือค่าคงที่ Plank และ f คือความถี่ของคลื่น
รูปที่ 01: การเคลื่อนที่ของโฟตอนเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
เราถือว่าโฟตอนเป็นแพ็กของพลังงานได้ ด้วยการพัฒนาของสัมพัทธภาพ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบว่าคลื่นก็มีมวลเช่นกัน เป็นเพราะคลื่นทำหน้าที่เป็นอนุภาคในการโต้ตอบกับสสาร อย่างไรก็ตามมวลที่เหลือของโฟตอนเป็นศูนย์ เมื่อโฟตอนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง จะมีมวลสัมพัทธภาพเท่ากับ E/C2 โดยที่ E คือพลังงานของโฟตอนและ C คือความเร็วของแสงในสุญญากาศ
อิเล็กตรอนคืออะไร
อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่มีประจุบวก และประกอบด้วยมวลและอิเล็กตรอนเกือบทั้งหมดที่โคจรรอบนิวเคลียส อิเล็กตรอนเหล่านี้มีประจุลบและมีมวลน้อยมากเมื่อเทียบกับนิวเคลียส อิเล็กตรอนมีมวลพักอยู่ที่ 9.11 x 10-31 กิโลกรัม
อิเล็กตรอนตกไปอยู่ในเฟอร์มิออนในตระกูลอนุภาคย่อยของอะตอม ยิ่งกว่านั้นพวกมันมีค่าครึ่งจำนวนเต็มเป็นสปิน สปินเป็นคุณสมบัติที่อธิบายโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอน ทฤษฎีคลาสสิกของอิเล็กตรอนอธิบายว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่โคจรรอบนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม เราจะเห็นได้ว่าอิเล็กตรอนสามารถทำตัวเป็นคลื่นได้เช่นกัน
รูปที่ 02: อิเลคตรอน (สีแดง) และนิวเคลียสอะตอม (สีน้ำเงิน) ในอะตอมไฮโดรเจน
นอกจากนี้ อิเล็กตรอนยังมีระดับพลังงานจำเพาะ ตอนนี้ เราสามารถกำหนดวงโคจรของอิเล็กตรอนเป็นฟังก์ชันความน่าจะเป็นในการค้นหาอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส นักวิทยาศาสตร์สรุปว่าอิเล็กตรอนมีพฤติกรรมเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค เมื่อเราพิจารณาอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ คุณสมบัติของคลื่นบางส่วนจะโดดเด่นกว่าคุณสมบัติของอนุภาค เมื่อเราพิจารณาปฏิสัมพันธ์ คุณสมบัติของอนุภาคจะโดดเด่นกว่าคุณสมบัติของคลื่น อิเล็กตรอนมีประจุ – 1.602 x 10-19 C เป็นจำนวนเงินที่น้อยที่สุดที่ระบบสามารถรับได้ นอกจากนี้ ประจุอื่นๆ ทั้งหมดเป็นการคูณประจุต่อหน่วยของอิเล็กตรอน
โฟตอนกับอิเล็กตรอนต่างกันอย่างไร
โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งซึ่งทำหน้าที่เป็นพาหะของพลังงาน แต่อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคย่อยที่เกิดขึ้นในอะตอมทั้งหมด ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโฟตอนและอิเล็กตรอนคือโฟตอนเป็นแพ็กเก็ตของพลังงานในขณะที่อิเล็กตรอนมีมวลยิ่งกว่านั้นโฟตอนไม่มีมวลพัก แต่อิเล็กตรอนมีมวลพัก โฟตอนสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงได้ แต่สำหรับอิเล็กตรอน ในทางทฤษฎีแล้วเป็นไปไม่ได้ที่จะได้ความเร็วแสง
นอกจากนี้ ความแตกต่างเพิ่มเติมระหว่างโฟตอนและอิเล็กตรอนก็คือ โฟตอนแสดงคุณสมบัติของคลื่นมากกว่า ในขณะที่อิเล็กตรอนแสดงคุณสมบัติของอนุภาคมากกว่า ด้านล่างนี้คืออินโฟกราฟิกเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างโฟตอนและอิเล็กตรอน
สรุป – โฟตอนกับอิเล็กตรอน
โฟตอนเป็นอนุภาคมูลฐาน และเราสามารถอธิบายมันเป็นแพ็กเก็ตของพลังงานในขณะที่อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคย่อยที่มีมวล ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าความแตกต่างที่สำคัญระหว่างโฟตอนกับอิเล็กตรอนก็คือโฟตอนเป็นแพ็กเก็ตของพลังงานในขณะที่อิเล็กตรอนมีมวล