Nøkkelforskjellen mellom foton og kvante er at foton er en elementær partikkel, mens kvantum er et mål på kvantitet.
Foto er en elementær partikkel mens kvante er en diskret pakke med energi lagret i den. Foton og kvante er to svært viktige begreper i moderne fysikk. Videre er disse konseptene nyttige innen felt som kvantefysikk, kvantekjemi, elektromagnetisk teori, optikk, partikkelfysikk, etc. Disse konseptene er også viktige i mange virkelige applikasjoner som LASER, høyoppløselig mikroskopi, målinger av molekylær avstander, kvantekryptografi og fotokjemi.
Hva er Photon?
Foton er en elementær partikkel som ikke har en understruktur. Elementærpartikler er universets byggesteiner; alle andre partikler er laget av disse partiklene. Fotoner tilhører kategorien elementære bosoner. Albert Einstein er faren til det moderne konseptet fotoner. Han brukte dette konseptet for å forklare eksperimentelle observasjoner som ikke passet med den klassiske bølgemodellen av lys.
Et foton er en partikkel med null hvilemasse, men den har en relativistisk masse. Dessuten har den ingen elektrisk ladning. Dessuten forfaller den ikke spontant i rommet. Dessuten beveger den seg med lysets hastighet i rommet. Vi kan finne energien til et foton ved E=hf, der E er energi, f er frekvensen til fotonet og h er Plankens konstant. Vi kan også gi denne ligningen på formen E=hc/λ, der lysets hastighet er c og λ er bølgelengden.
Figur 01: Når et elektron beveger seg fra et høyt energinivå til et lavt energinivå, sendes det ut et foton (det har hv-energi)
I tillegg har fotoner, som alle andre kvanteobjekter, bølgelignende og partikkellignende egenskaper. Og denne doble bølge-partikkel-naturen er konseptet vi kaller bølge-partikkel-dualitet av et foton. Fotoner sendes ut i mange naturlige prosesser; for eksempel når en ladning akselereres, under en molekylær, atomær eller nukleær overgang til et lavere nivå, og når en partikkel og dens tilsvarende antipartikkel er i utslettelse.
Hva er Quantum?
Begrepet kvante kommer fra det latinske ‘quantus’ som betyr ‘hvor mye’. Et kvante er "en diskret pakke" med energi lagret i den. Materiens energi er ikke kontinuerlig. Det betyr at overføring av en hvilken som helst mengde energi ikke er mulig. Forskere oppdaget at energi er kvantisert og den overføres i diskrete enheter (eller pakker) av størrelse hf. Vi kaller hver av energipakkene som «et kvante».
Figur 02: En bølgepakke representerer en kvantepartikkel
For eksempel er et foton et enkelt kvantum av lys. Flertall av quantum er quanta. Max Plank oppdaget konseptet kvantisering. Han brukte dette konseptet for å forklare utslipp av stråling fra oppvarmede objekter; vi kaller dette svart kroppsstråling.
Hva er forskjellen mellom foton og kvante?
Foton er den minste diskrete mengden eller kvanten av elektromagnetisk stråling, mens kvante er en diskret energimengde proporsjonal i størrelsesorden med frekvensen til strålingen den representerer. Derfor er nøkkelforskjellen mellom foton og kvante at foton er en elementær partikkel, mens kvantum er et mål på kvantitet.
I tillegg er en annen betydelig forskjell mellom foton og kvante at fotonet er viktig som et kvantum av elektromagnetisk stråling, mens kvante er viktig for å måle kvantitet på subatomær skala.
Summary – Photon vs Quantum
Vi kan beskrive kvantum som et mål på kvantitet, men et foton handler ikke om et mål på kvantitet. Faktisk kan vi beskrive foton som et energikvantum. Derfor er den viktigste forskjellen mellom foton og kvante at foton er en elementær partikkel, mens kvantum er et mål på kvantitet.
