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과학

광자

광자과학
영어
Photon
대상
전자기 복사의 양자
한 광자의 에너지
E=hf
진공에서
E=hc/λ
광자는 전자기장의 양자이며 빛이 물질과 에너지와 운동량을 교환할 때 사용하는 기본입자 개념이다. 가시광선뿐 아니라 전파, 적외선, 엑스선도 광자로 기술할 수 있다. 진동수가 높고 파장이 짧을수록 광자 하나의 에너지가 크다.

보이는 빛만의 입자가 아님

사람이 볼 수 있는 가시광선은 전자기 스펙트럼의 일부다. 전파와 마이크로파, 적외선, 자외선, 엑스선, 감마선도 전자기 복사이며 각각의 광자를 말할 수 있다. 서로 다른 종류의 전자기 복사는 파장과 광자 에너지 범위가 다르다.

광자 하나와 빛의 세기

파장이 절반이면 진공에서 광자 하나의 에너지는 두 배가 된다. 반면 같은 파장의 빛이 더 세진다는 것은 보통 일정한 시간과 면적을 지나는 광자 수가 많아지는 것과 연결된다. 광자 하나의 에너지와 빛줄기 전체의 에너지를 구분해야 한다.

파동 설명과 함께 사용

간섭과 회절에서는 빛의 파동적 성질이 중요하고, 광전 효과처럼 에너지를 교환하는 과정에서는 광자 개념이 유용하다. 두 설명을 상황에 따라 이용한다고 해서 빛이 임의로 고전적 입자와 파동 사이에서 바뀐다는 뜻은 아니다.

색과 분광

가시광선에서 짧은 파장의 파란 광자는 긴 파장의 빨간 광자보다 에너지가 높다. 다만 사람이 느끼는 색은 여러 파장의 조합과 시각 반응에도 영향을 받는다. 분광에서는 이를 눈의 색 이름으로만 다루지 않고 파장별 빛의 분포로 측정한다.

관련 문서

전자기파 / 에너지 / 파장 / 빛 / 광전 효과 / 컴프턴 효과 / 간섭 / 회절 / 보손