Waar haalt een foton zijn energie vandaan?

Antwoord

Geen enkel deeltje heeft energie nodig om zich te verplaatsen met een bepaalde snelheid. Newton leerde ons dat zolang er geen krachten inwerken op een bepaald object, dat object zich blijft verplaatsen met een constante snelheid. Dat lijkt engiszins contra-intuïtief. Uit de dagelijkse realiteit weten we bijvoorbeeld dat een auto wél energie nodig heeft om zich te blijven verplaatsen met een constante snelheid (dat komt omdat er wrijvingskrachten op de auto inwerken).

Wel is er energie nodig om een deeltje te versnellen tot een bepaalde snelheid. In een deeltjesversneller wordt door middel van elektromagnetische velden energie geleverd om protonen of elektronen tot bijna-de-lichtsnelheid te versnellen. Bij ‘fotonen’ is dat niet nodig, want dat zijn lichtdeeltjes - ze verplaatsen zich dus al per definitie met de lichtsnelheid (en er werken geen wrijvingskrachten op in).

Toch hebben fotonen een welbepaalde energie ( $E= \frac{hc} {\lambda}$ ) die afhangt van hun golflengte $\lambda$ . Dit heeft te maken met de golf-deeltjes-dualiteit (licht is een elektromagnetische golf met een golflengte - maar is tegelijkertijd ook op te vatten als een bundel van lichtdeeltjes). De formule volgt uit Einsteins algemene uitdrukking: $E^{2}=p^{2} c^{2} + m^{2} c^{4}$ , waarin echter $m=0$ omdat fotonen massaloze deeltjes zijn en het momentum $p$ gelijk is aan $\frac{h} {\lambda}$ .