Φωνόνιο
Στη φυσική, ένα φωνόνιο είναι μια κβαντισμένη δόνηση πλέγματος. Η λέξη κβάντωση χρησιμοποιείται στη φυσική για να σημαίνει ότι επιτρέπονται μόνο ορισμένες τιμές κάποιου πράγματος. Κάτι που είναι κβαντισμένο μπορεί να φανταστεί κανείς ως σκάλα- μπορείτε να μετακινηθείτε μόνο από σκαλοπάτι σε σκαλοπάτι και δεν μπορείτε να σταθείτε ανάμεσα στα σκαλοπάτια. Κάτι που δεν είναι κβαντισμένο μπορεί να θεωρηθεί ως ράμπα ή ομαλή κλίση- μπορείτε να κινηθείτε σε οποιαδήποτε απόσταση προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Το πλέγμα είναι η επαναλαμβανόμενη ή περιοδική δομή ενός κρυστάλλου. Ένας κρύσταλλος αποτελείται από άτομα ή μόρια σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο. Τα σημεία του μοτίβου στα οποία βρίσκονται τα άτομα ή τα μόρια είναι το πλέγμα. Τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια μπορούν να παρουσιάσουν δονήσεις. Το ότι μια δόνηση είναι κβαντισμένη σημαίνει ότι επιτρέπονται μόνο ορισμένες συχνότητες δονήσεων.
Διαισθητικά, δεν υπάρχει λόγος οι δονήσεις του πλέγματος να είναι κβαντισμένες. Οι μακροσκοπικές ή μεγάλης κλίμακας δονήσεις ενός υλικού δεν κβαντίζονται και μπορούν να πάρουν ουσιαστικά οποιαδήποτε συχνότητα. Μόνο όταν εξετάζουμε τις μικροσκοπικές δονήσεις των σωματιδίων που συνθέτουν ένα υλικό -άτομα και μόρια- η έννοια της κβάντισης και των φωνονίων αποκτά σημασία. Για να κατανοήσουμε γιατί υπάρχουν φωνόνια, απαιτείται περίπλοκη κβαντομηχανική. Χωρίς να υπεισέλθουμε σε πολλές λεπτομέρειες, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων ή μορίων που συνθέτουν έναν κρύσταλλο αναλύονται κβαντομηχανικά. Λόγω της διάταξής τους σε ένα μοτίβο που επαναλαμβάνεται, όταν φτάνει κανείς σε μια μαθηματική έκφραση για τη συχνότητα της ταλάντωσης, διαπιστώνει ότι επιτρέπονται μόνο διακριτές κβαντισμένες τιμές. Δυστυχώς δεν υπάρχει απλός τρόπος να εξηγηθεί αυτό.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι ένα φώνημα;
Α: Ένα φωνόνιο είναι μια κβαντισμένη δόνηση πλέγματος στη φυσική.
Ερ: Τι σημαίνει η λέξη "κβαντισμένο" στη φυσική;
A: Στη φυσική, η λέξη κβαντισμένη σημαίνει ότι επιτρέπονται μόνο ορισμένες τιμές κάποιου πράγματος.
Ερ: Πώς μπορεί να θεωρηθεί κάτι που είναι κβαντισμένο;
Α: Κάτι που είναι κβαντισμένο μπορεί να φανταστεί κανείς σαν σκάλα- μπορείτε να μετακινηθείτε μόνο από σκαλοπάτι σε σκαλοπάτι και δεν μπορείτε να σταθείτε ανάμεσα στα σκαλοπάτια.
Ε: Τι είναι το πλέγμα;
Α: Το πλέγμα είναι η επαναλαμβανόμενη ή περιοδική δομή ενός κρυστάλλου, που αποτελείται από άτομα ή μόρια σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο με σημεία στο μοτίβο στα οποία βρίσκονται τα άτομα ή τα μόρια.
Ερ: Μπορούν τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια να παρουσιάζουν δονήσεις;
Α: Ναι, τα στερεά, τα υγρά και τα αέρια μπορούν να παρουσιάζουν δονήσεις.
Ερ: Γιατί υπάρχουν φωνόνια;
Α: Για να κατανοήσουμε γιατί υπάρχουν φωνόνια, απαιτείται περίπλοκη κβαντομηχανική. Χωρίς να υπεισέλθουμε σε πολλές λεπτομέρειες, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων ή μορίων που συνθέτουν έναν κρύσταλλο αναλύονται κβαντομηχανικά. Λόγω της διάταξής τους σε ένα μοτίβο που επαναλαμβάνεται, όταν καταλήγει κανείς σε μια μαθηματική έκφραση για τη συχνότητα της ταλάντωσης, διαπιστώνει ότι επιτρέπονται μόνο διακριτές κβαντισμένες τιμές.
