Bu soruya 2 farklı yaklaşımla cevaplayabiliriz;
1) Klasik Elektromanyetik Teori Yaklaşımı:
Işık aslında bir elektromanyetik dalgadır. Bu elektromanyetik dalganın vektörel olarak birbirine dik 2 bileşeni bulunur. Bunlar;
-Elektrik alan
-Manyetik alan
Maxwell denklemlerinden de bildiğimiz Ampere ve Faraday Yasaları bize zamanla değişen manyetik alan elektrik alan, zamanla değişen elektrik alan ise manyetik alan indüklediğini söyler. Bu yasalar boşlukta (vakumda, yük bulunmadığı uzayda) çözüldüğü zaman bize elektromanyetik dalga denklemlerini verir. Ayrıca bu denklemleri çözdüğümüzde
Elde ederiz. Burada epsilon vakumda elektrik geçirgenlik, mü ise vakumda manyetik geçirgenliktir. Bu da ışığın bir elektromanyetik dalga olduğunu kanıtlar nitelikte.[2]
2)Standart Model Yaklaşımı:
Kuantum alan teorisi ve Standart Model'e göre ışık, fotonlar olarak adlandırılan kütlesiz, spin-1 bozonların hareketiyle açıklanır. Elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olan foton, kuantum elektrodinamiği (QED) çerçevesinde tanımlanır.
Standart Model'de elektromanyetik alan, gauge simetrisi (ölçüm simetrisi) temelinde tanımlanır. Elektromanyetizmayı açıklayan Abel gauge grubu olan U(1) simetrisi, fotonların varlığını zorunlu kılar. Dirac denklemi ile tanımlanan yüklü parçacıklar (örneğin elektronlar ve kuarklar), elektromanyetik alana foton alışverişi yoluyla bağlanır.
Kütlesizdir, çünkü elektromanyetik kuvvetin simetrisini bozmadan bir kütleli foton tanımlamak mümkün değildir.
Spin-1 parçacıktır, yani bir vektör bozonudur.
Elektrik yükü sıfırdır, dolayısıyla başka fotonlarla doğrudan etkileşmez.
Dalga-parçacık ikiliği gösterir, yani hem bir elektromanyetik dalga hem de parçacık özelliklerine sahiptir.
Klasik elektromanyetik teori bize ışığın bir dalga olduğunu söylerken, kuantum mekaniği ışığın aynı zamanda bir parçacık (foton) gibi davrandığını gösterir. Young'ın çift yarık deneyi, ışığın girişim modeli oluşturduğunu, yani dalga özelliği taşıdığını gösterirken; fotoelektrik etki, ışığın kuantumlanmış enerji paketleri (fotonlar) halinde davrandığını ortaya koyar.
Işığın enerjisi, Planck-Einstein ilişkisi ile verilir:
h Planck sabiti, f ise ışığın frekansıdır.
Bu, ışığın kesikli bir yapıya sahip olduğunu gösterir.
Elektromanyetik kuvvet, QED çerçevesinde foton değiş tokuşu ile açıklanır. Örneğin, iki elektron birbirini iterken, aslında sanal fotonlar alışverişi yaparlar. Bu, Feynman diyagramları ile modellenebilir.
Gerçek fotonlar, gözlemleyebildiğimiz ışık dalgalarını oluşturur.
Sanal fotonlar, yükler arasındaki etkileşimleri taşır ve klasik Coulomb kuvveti bu sanal foton değiş tokuşuyla açıklanır.[1]
Kaynaklar
- David J. Griffiths. Temel Parçacıklara Giriş. ISBN: 6051339299. Yayınevi: Nobel Akademik Yayıncılık.
- David J. Griffiths. Elektromagnetik Teori. ISBN: 9799758640828. Yayınevi: Gazi Kitabevi.
