Fononi
Fysiikassa fononi on kvantittunut ristikkovärähtely. Fysiikassa sanaa kvantittunut käytetään tarkoittamaan, että jostakin asiasta sallitaan vain tietyt arvot. Jotain kvantittunutta voidaan ajatella portaina, joissa voi liikkua vain askelmalta toiselle eikä askelmien välissä voi seisoa. Jotain, joka ei ole kvantittunut, voidaan ajatella luiskana tai tasaisena kaltevuutena; voit liikkua minkä tahansa matkan ylös- tai alaspäin. Ristikko on kiteen toistuva tai jaksollinen rakenne. Kide koostuu atomeista tai molekyyleistä tietyssä kuviossa. Kuviossa olevat pisteet, joissa atomit tai molekyylit sijaitsevat, ovat ristikko. Kiinteät aineet, nesteet ja kaasut voivat kaikki kokea värähtelyjä. Värähtelyn kvantittuminen tarkoittaa, että vain tietyt värähtelytaajuudet ovat sallittuja.
Intuitiivisesti ajateltuna ei ole mitään syytä siihen, että ristikon värähtelyt olisivat kvantittuneita. Materiaalin makroskooppiset tai laajamittaiset värähtelyt eivät ole kvantittuneita, ja niiden taajuus voi olla periaatteessa mikä tahansa. Vasta kun tarkastelemme materiaalin muodostavien hiukkasten - atomien ja molekyylien - pieniä värähtelyjä, kvantittumisen ja fononien käsite tulee tärkeäksi. Fononien olemassaolon ymmärtämiseksi tarvitaan monimutkaista kvanttimekaniikkaa. Menemättä liian pitkälle yksityiskohtiin, kiteen muodostavien atomien tai molekyylien välisiä vuorovaikutuksia analysoidaan kvanttimekaanisesti. Koska ne ovat järjestäytyneet toistuvaan kuvioon, kun värähtelytaajuudelle saadaan matemaattinen lauseke, havaitaan, että sallittuja arvoja voi olla vain erilaisia kvantittuneita arvoja. Valitettavasti tätä ei voida selittää yksinkertaisesti.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on fononi?
A: Foni on fysiikassa kvantittunut ristikkovärähtely.
K: Mitä sana "kvantittunut" tarkoittaa fysiikassa?
A: Fysiikassa sana kvantittunut tarkoittaa, että jostakin asiasta sallitaan vain tietyt arvot.
K: Miten jotain kvantittunutta voidaan ajatella?
V: Jotain kvantittunutta voidaan ajatella portaina; voit liikkua vain portaalta toiselle etkä voi seistä portaiden välissä.
K: Mikä on ristikko?
V: Ristikko on kiteen toistuva tai jaksollinen rakenne, joka koostuu atomeista tai molekyyleistä tietyssä kuviossa, jossa on pisteitä, joissa atomit tai molekyylit sijaitsevat.
K: Voivatko kiinteät aineet, nesteet ja kaasut kaikki kokea värähtelyjä?
V: Kyllä, kiinteät aineet, nesteet ja kaasut voivat kaikki kokea värähtelyjä.
K: Miksi fononeja on olemassa?
V: Fononien olemassaolon ymmärtämiseksi tarvitaan monimutkaista kvanttimekaniikkaa. Menemättä liian pitkälle yksityiskohtiin, kiteen muodostavien atomien tai molekyylien välisiä vuorovaikutuksia analysoidaan kvanttimekaanisesti. Koska ne ovat järjestäytyneet toistuvaan kuvioon, kun värähtelytaajuudelle saadaan matemaattinen lauseke, havaitaan, että sallittuja arvoja on vain erilaisia kvantittuneita arvoja.
