إجابة سؤال: الفوتونات تحقق قانوني حفظ الزخم، والطاقة عندما تصطدم بجسيمات أخرى مثل الإلكترونات صواب خطأ
- الجواب: صواب.
شرح الإجابة:
في عالم الفيزياء، تُعد قوانين الحفظ من المبادئ الأساسية التي تحكم تفاعلات الأجسام والجسيمات. هذه القوانين تنص على أن بعض الخصائص الفيزيائية الكلية لنظام معزول تبقى ثابتة لا تتغير بمرور الزمن، ومن أهمها حفظ الطاقة وحفظ الزخم.
عندما يحدث اصطدام بين الفوتون، وهو كمّ الطاقة الضوئية، وجسيم مادي مثل الإلكترون، فإن هذا التفاعل يشكل نظاماً يمكن اعتباره معزولاً للحظة الوجيزة التي يتم فيها التفاعل. في هذا النظام، يتم تبادل للطاقة والزخم بين الجسيمين المتصادمين.
تطبيقاً لمبدأ حفظ الطاقة، فإن مجموع طاقة الفوتون قبل الاصطدام وطاقة حركة الإلكترون (إن كان متحركاً) يساوي تماماً مجموع طاقة الفوتون بعد الاصطدام وطاقة حركة الإلكترون بعده. يمتلك الفوتون طاقة تعتمد على تردده، وبعد الاصطدام قد يتغير هذا التردد وبالتالي طاقته.
وبالمثل، يطبق مبدأ حفظ الزخم. يمتلك كل من الفوتون والإلكترون زخماً قبل الاصطدام. الفوتون، رغم كونه بلا كتلة سكون، يمتلك زخماً يعتمد على طوله الموجي واتجاه حركته. خلال الاصطدام، يتم نقل جزء من زخم الفوتون إلى الإلكترون. مجموع الزخم الكلي للنظام (زخم الفوتون زائد زخم الإلكترون متجهياً) يظل ثابتاً قبل وبعد الاصطدام.
إقرأ أيضا:الشبكة العصبية وسيلة الإحساس في الإسفنجيات. صواب خطأأحد أبرز الأدلة التجريبية التي تثبت تطبيق هذه القوانين في تفاعلات الفوتونات مع الإلكترونات هو تأثير كومبتون. في هذا التأثير، يتم رصد تغير في الطول الموجي للفوتون بعد تشتته عن الإلكترون، وهذا التغير يمكن حسابه بدقة باستخدام معادلتي حفظ الطاقة وحفظ الزخم المطبقتين على الاصطدام بين الجسيمين، مما يؤكد صحة هذه القوانين على مستوى الجسيمات الدقيقة.
إن فهم كيفية محافظة الفوتونات على هذه القوانين عند تفاعلها مع الجسيمات الأخرى هو حجر الزاوية في العديد من فروع الفيزياء الحديثة، بما في ذلك ميكانيكا الكم وفيزياء الجسيمات، ويسهم في بناء نموذجنا الحالي لكيفية عمل الكون على أصغر المقاييس. هذا التوافق بين سلوك الفوتونات ومبادئ قوانين الحفظ يؤكد الطبيعة الأساسية لهذه القوانين في وصف التفاعلات الفيزيائية.
إقرأ أيضا:الغلاف الجوي هو غطاء من عدة طبقات من الغازات والغبار