כאשר formula_67 ו-formula_68 הם האנרגיה וגודל התנע של הפולריטון, ו-formula_69 ו-formula_70 הם התדירות הזוויתית ומספר הגל בהתאמה. במקרים מסוימים, הנפיצה עשויה לגרום לאור לנוע במהירות איטית מאוד בחומר. בתוצאות האינטראקציה של הפוטון עם דמוי-חלקיקים אחרים ניתן לצפות באופן ישיר בתהליכי פיזור רמן ופיזור ברילואי.
פוטונים עשויים להיבלע על ידי אלקטרונים באטומים ובמולקולות, ולגרום לשינויים ברמות האנרגיה שלהם. דוגמה קלאסית לכך היא התהליך המולקולרי ברטינל (C20H28O, ראו תמונה משמאל), המולקולה שאחראית על הראייה. תהליך זה נתגלה ב-1958 על ידי הביוכימאי זוכה פרס נובל ג'ורג' ואלד ועמיתיו. כפי שניתן לראות, בליעת הפוטון גורמת לאיזומריות ציס-טראנס אשר, בשילוב עם תהליכים אחרים, מתורגמת לאותות עצביים. בליעת הפוטונים עשויה אפילו לפרק קשרים כימיים, למשל בפוטוליזה של כלור; בתהליכים כאלה עוסקת הפוטוכימיה.
יישומים טכנולוגיים.
לפוטונים יישומים רבים בטכנולוגיה. בדוגמאות שלהלן נבחרו יישומים של מודל הפוטונים עצמו, ולא יישומים אופטיים כלליים שהיו מתאימים גם למודל הגלי הקלאסי. הלייזר הוא דוגמה ליישום חשוב במיוחד (ראו למעלה).
בפוטונים בודדים ניתן להבחין באמצעות מספר שיטות. שפופרת מכפילת אור מנצלת את האפקט הפוטואלקטרי: פוטון שפוגע בלוח מתכת פולט אלקטרון, וגורם לתגובת שרשרת גוברת והולכת של אלקטרונים. שבבי CCD משתמשים באפקט דומה במוליכים למחצה: פוטון מייצר מטען שניתן לגלותו על קבל מיקרוסקופי. גלאים אחרים כגון מונה גייגר משתמשים ביכולת של פוטון ליינן מולקולות גז, וכך לגרום לשינוי במוליכות שניתן להבחין בו.
נוסחת פלאנק-איינשטיין, E = hν, משמשת לעיתים קרובות מהנדסים וכימאים, גם על מנת לחשב את השינוי באנרגיה כתוצאה מבליעת פוטון וגם כדי לחזות את תדירות האור שנפלט ממעבר אנרגיה מסוים. לדוגמה, את ספקטרום הפליטה של נורת פלואורסצנט ניתן לקבוע על ידי שימוש במולקולות גז בעלות רמות אנרגיה שונות, והתאמת האנרגיה הטיפוסית של האלקטרונים הפוגעים במולקולות הגז שבתוך הנורה.
בתנאים מסוימים, אף על פי שלפוטון יחיד אין מספיק אנרגיה כדי לעורר מעבר אנרגיה, ניתן לעשות זאת באמצעות שני פוטונים כאלה. שיטה זו מאפשרת מיקרוסקופיה בהפרדה גבוהה, מאחר שהדגימה בולעת אנרגיה רק באזורים בהם שתי קרניים מצבעים שונים חופפות בצורה משמעותית, ואזור החפיפה עשוי להיות קטן בהרבה מאזור הפגיעה של קרן יחידה (ראו מיקרוסקופ דו-פוטוני). יתרון נוסף הוא ששני הפוטונים גורמים פחות נזק לדגימה, מאחר שהם בעלי אנרגיה קטנה יותר בהשוואה לפוטון יחיד.
ישנם מקרים בהם שני מעברי אנרגיה עשויים להיקשר כך שבעוד מערכת אחת קולטת פוטון, מערכת אחרת "גונבת" את האנרגיה שלו ופולטת מחדש פוטון בתדירות שונה. זהו הבסיס לשיטת העברת אנרגיה לפי פרסטר אשר משמשת למדידת מרחקים ברמה המולקולרית.
מחקר נוכחי.
כיום סבורים שטבעו היסודי של הפוטון ידוע ומובן מבחינה תאורטית: לפי המודל הסטנדרטי, הפוטון הוא בוזון כיול בעל ספין 1, ללא מסה וללא מטען, הנובע מסימטריית הכיול U(1)‎ ומתווך באינטראקציות אלקטרומגנטיות. למרות זאת, הפיזיקאים ממשיכים לחפש אי-התאמות בין התאוריה והניסוי, בתקווה למצוא רמזים לתאוריות אפשריות אשר ירחיבו את המודל הסטנדרטי. בפרט, פיזיקאים ניסיוניים ממשיכים להגדיר גבולות עליונים טובים יותר ויותר למטען והמסה של הפוטון: אם יתגלה ערך שונה מאפס לאחד מהערכים האלו, תהא זו הפרה חמורה של המודל הסטנדרטי. בכל זאת, כל המידע הניסיוני שנאסף עד עתה מצביע על כך שלפוטון מטען ומסה אפס. הגבולות העליונים המקובלים כיום למטען ולמסה של הפוטון הם 5×10−52 קולון (או 3×10−33 כפול המטען האלמנטרי) ו-1.1×10−52 קילוגרם (או 1×10−22 כפול מסת האלקטרון), בהתאמה.
מחקר רב נערך בנושא היישום של פוטונים באופטיקה קוונטית. פוטונים הם מועמדים מתאימים לתפקיד הגורמים במחשב קוונטי, ושזירה קוונטית בפוטונים היא מוקד למחקר רב. אופטיקה לא ליניארית היא תחום מחקר פעיל נוסף, ובו נושאים כגון קליטה דו-פוטונית, מודולציית מופע עצמית ומתנד פרמטרי אופטי. למרות זאת, תהליכים כאלה בדרך כלל אינם דורשים את הנחת קיומם של הפוטונים כשלעצמה; לעיתים קרובות ניתן להסביר אותם באמצעות התייחסות לאטומים כאל מתנדים לא ליניארים. התהליך הלא-ליניארי של המרת SPDC משמש לעיתים קרובות ליצירת מצבים של פוטון יחיד. לבסוף, פוטונים הם חיוניים בהיבטים מסוימים של תקשורת אופטית, ובמיוחד הצפנה קוונטית.
מדבר
מִדְבָּר (ברבים: מִדְבָּרִים, מִדְבָּרוֹת או מִדְבָּרִיּוֹת; נקרא גם אזור צחיח) הוא אזור נרחב שהאקלים בו יבש ביותר ולעיתים קרובות גם חם במשך היום. בשל כך, ובעיקר בשל המחסור במים, התנאים בו מאפשרים מחיה לאוכלוסייה קטנה מאוד של צמחים וחיות, אם בכלל. במרבית המדבריות יורדים משקעים מעטים. ניתן להגדיר אזור כמדברי אם יורדים בו פחות מ-200 מילימטר משקעים בשנה, מה שנכון גם בקטבים משני צידי הכדור, שם ישנם מדבריות קרח בשממות הקרובות לקטבים בהם לא יורדים ממטרים. כמות משקעים זו אינה מאפשרת חקלאות בעל – חקלאות המסתמכת על גשמים בלבד. המדבריות מכסים כרבע משטח היבשה בכדור הארץ.
הגבול בין המדבר לאזור בעל אקלים אחר הוא קו דמיוני הקרוי קו הצחיחות.
סוגי מדבריות.
"יְשֻׂשׂוּם מִדְבָּר וְצִיָּה, וְתָגֵל עֲרָבָה".
לפי פירוש מלבי"ם (), קרקע המדבר איננה טובה לצמחים (בעיקר לצמחים בעלי תועלת לאדם) – בניגוד לצייה, אשר איננה פורייה מפאת השמש היוקדת, ולערבה, אשר מאפשרת צומח פראי כקוצים אך לא גידולים חקלאיים.
החי והצומח במדבר.
עקב מיעוט המים, המביא להפחתת מסת הצמחים, ברוב המדבריות גם אוכלוסיית בעלי החיים קטנה יחסית לזו שבאזורים אחרים. מיעוט הצמחים מביא להפחתת האנרגיה הניתנת לניצול על ידי המערכת האקולוגית כולה. מעבר לזאת, אוכלוסיות הצמחים ובעלי החיים שכן מצויות במדבריות הן בעיקר מינים טקסונומיים בעלי התאמות ייחודיות לחיים במדבר.
לנוף המדברי מאפיינים ברורים. בדרך כלל הקרקע היא חולית, סלע חשוף או דיונות, אך במדבריות קרים (למשל אנטארקטיקה) הנוף כולל רק קרח ושלג. במדבר קר – הצמחייה מסתכמת בטחב וחזזיות, ובמדבר חם – הצמחייה מתרכזת בנחלים ונאות מדבר. לצמחי מדבר (חם) אסטרטגיות שונות כדי לשרוד במדבר, ובהן –
גם לחיות מדבר אסטרטגיות הישרדות רבות, ובהן –
אופק אירועים
לפי תורת היחסות הכללית, אופק אירועים הוא מעטפת דמיונית המקיפה חור שחור, שאירועים המתרחשים עליה או מעבר לה אינם יכולים להשפיע על צופה חיצוני כלשהו והוא לא יכול להבחין בהם. שום מידע, לרבות אור, הנפלט מצדו הפנימי של אופק האירועים, לא יוכל לעולם להגיע לצופה חיצוני, וכל עצם או קרינה העוברים את אופק האירועים מצד הצופה, לא ייראו שוב, ויתרכזו, בסופו של דבר, בנקודה מסוימת במרחב-זמן.
בהכללה, ניתן להתייחס לאופק אירועים עבור צופה מסוים, כגבול במרחב-זמן, שאירועים המתרחשים עליו או מעבר לו לא יגיעו לעולם אל אותו צופה.
אופק אירועים של חור שחור.
לפי התיאור היחסותי, חור שחור הוא עצם שמיימי דחוס עד כדי כך, שחומר וקרינה אינם יכולים להימלט משדה הכבידה שלו. לעיתים מגדירים זאת כאזור בחלל שמהירות הבריחה ממנו גדולה ממהירות האור. הגדרה מדויקת יותר היא שבתוך האופק, כל המסלולים הם lightlike, ומכאן - כל המסלולים בקונוס האור בתוך האופק, מתעקמים פנימה, לעבר מרכז החור השחור. מרגע שחלקיק עובר את האופק, התקדמותו אל תוך מרכז החור היא בלתי נמנעת.
המעטפת הדמיונית המוגדרת על ידי רדיוס שוורצשילד מתפקדת כאופק אירועים של גוף לא-מסתובב ברדיוס זה (יש לשים לב שחור שחור מסתובב פועל בצורה שונה במקצת). רדיוס שוורצשילד של עצם מסוים פרופורציונלי למסה שלו. עבור מסת השמש הוא שווה ל-3 קילומטרים בערך, ועבור זו של כדור הארץ - כ-9 מילימטרים. לחור שחור שנוצר מקריסת כוכב בעל מסה הגדולה מגבול צ'נדראסקאר, הגבול התחתון הוא 4 קילומטרים בערך.
אופקי אירועים של חורים שחורים ראויים לציון במיוחד משלוש סיבות: ראשית, קיימות דוגמאות רבות לחורים שחורים, הקרובות דיין על מנת שיתאפשר לחקרן. שנית, חורים שחורים נוטים לספוח חומר מסביבתם, מה שמספק דוגמאות למקום בו חומר העובר אופק אירועים צפוי להראות. שלישית, התיאור של חורים שחורים באמצעות יחסות כללית ידוע כהערכה מקורבת, ומשערים כי תופעות של כבידה קוונטית תהפוכנה למשמעותיות בקרבת אופק אירועים. דבר זה מאפשר להשתמש בעקיפין בתצפיות על חומר בקרבת אופק אירועים של חור שחור, לחקר היחסות הכללית וההרחבות המוצעות שלה.
הגדרה רחבה יותר לאופק אירועים.
בעוד שההגדרה הנ"ל לאופק אירועים היא ההגדרה המקובלת יותר, יש המרחיבים את ההגדרה גם מעבר לאופק אירועים של חור שחור (ראו, למשל,). לפי גישה זו, מקבל המונח אופק אירועים משמעות כללית יותר, של גבול במרחב-זמן, מעבר לו אין לאירועים השפעה על צופה חיצוני מסוים. כך, למשל, מבחינת צופה אחד יהיה קיים אופק אירועים, בעוד שמבחינת צופה אחר - לא.
לדוגמה:
אינטראקציה עם אופק אירועים.