ફોટૉન : વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ ઊર્જાનો જથ્થો (quantum). તે hυ જેટલી ઊર્જા ધરાવે છે, જ્યાં h પ્લાંકનો અચળાંક અને υ વિકિરણની આવૃત્તિ છે. તે ઊર્જાકણ (energy-particle) છે. તે એવો મૂળભૂત કણ છે, જે પ્રકાશ અને વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. જોકે, ગામા કિરણો, ઍક્સ-કિરણો પારજાંબલી કિરણો, ર્દશ્ય-પ્રકાશ અધોરક્ત કિરણ અને રેડિયો-તરંગો વિદ્યુતચુંબકીય ઊર્જાનાં વિવિધ સ્વરૂપો છે. વ્યતિકરણ (interference), વિવર્તન (diffraction), ધ્રુવીભવન(polarization)ની સમજૂતી માટે વિદ્યુતઊર્જાને તરંગ તરીકે સ્વીકારવામાં આવે છે.
પ્રકાશ પરત્વે સંવેદનશીલ ધાતુ ઉપર યોગ્ય ઉચ્ચ આવૃત્તિનો પ્રકાશ આપાત કરવામાં આવે તો ધાતુની સપાટીમાંથી ઇલક્ટ્રૉનનું ઉત્સર્જન થાય છે. આ ઘટનાને ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર કહે છે. ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રૉનને ફોટોઇલેક્ટ્રૉન કહે છે, જે ફોટોઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ રચે છે. આ ઘટના પ્રકાશના તરંગસ્વરૂપ વડે સમજાવી શકાતી નથી. અર્થાત્ આ ઘટના સમજાવવા માટે પ્રકાશને કણ એટલે કે ફોટૉન તરીકે સ્વીકારવો પડે છે. ઉચ્ચ આવૃત્તિ ધરાવતો ફોટૉન જ ધાતુમાંથી ઇલેક્ટ્રૉનને મુક્ત કરી શકે છે, કારણ કે આવા ફોટૉન પાસે પૂરતી ઊર્જા હોય છે; જ્યારે તરંગ પાસે ઇલેક્ટ્રૉનને ધાતુની સપાટીમાં મુક્ત કરવા પર્યાપ્ત ઊર્જા હોતી નથી. તે જ રીતે કાળા પદાર્થ વડે ઉત્સર્જિત થતું વિકિરણ પણ ફોટૉન વડે સમજાવી શકાય છે.
પ્રકાશ અને વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ કણસ્વરૂપે મળે છે, તેવો ખ્યાલ સૌપ્રથમ 1900માં આવ્યો. જર્મન ભૌતિકવિજ્ઞાની મૅક્સ પ્લાંકે પ્રતિપાદિત કર્યું કે પ્રકાશ અને વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણ કણોના પ્રવાહ તરીકે મળે છે. આવા કણની ઊર્જાના જથ્થાને ક્વૉન્ટમ કહે છે. ઊર્જાનો ક્વૉન્ટમ એ વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોનું પૅકેટ (wave packet) છે. આવા તરંગપૅકેટ અથવા ઊર્જાના ક્વૉન્ટમનું વિભાજન કરી શકાતું નથી. એટલે કે કોઈ પણ સંજોગોમાં ઊર્જાનો અપૂર્ણાંક ક્વૉન્ટમ અથવા ફોટૉન મળી શકે નહિ, પણ ઓછી-વત્તી ઊર્જા ધરાવતો ક્વૉન્ટમ અથવા ફોટૉન મળી શકે છે.
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરમાં ફોટૉન એ વિદ્યુતચુંબકીય ઊર્જાનો ક્વૉન્ટમ છે. ફોટૉન વધુ ઊર્જા ધરાવતો હોય તો તે ઇલેક્ટ્રૉનને વધુ ઊર્જા આપી શકે છે. આવો ઇલેક્ટ્રૉન વધુ ઊર્જા સાથે ધાતુમાંથી બહાર આવે છે.
જર્મન ભૌતિકવિજ્ઞાની ફિલિપ વૉન લિયૉનાર્દોએ 1902માં શોધી કાઢ્યું કે ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રૉનની ઊર્જા ધાતુ ઉપર આપાત પ્રકાશના રંગ ઉપર આધાર રાખે છે.
આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને 1905માં બતાવ્યું કે ફોટૉનની ઊર્જાનો આધાર તેની તરંગલંબાઈ અથવા આવૃત્તિ ઉપર હોય છે.
ફોટૉનની ઊર્જા E ∞ વિકિરણની આવૃત્તિ (υ), ∴ E = hυ, જ્યાં h, પ્લાંકનો અચળાંક છે. વિકિરણની આવૃત્તિ (υ) : પ્રકાશની તરંગલંબાઈ(λ)ના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં હોય છે.
∴ υ = c/λ, જ્યાં c પ્રકાશનો વેગ છે.
આથી ફોટૉનની ઊર્જા 
અને ફોટૉનનું વેગમાન P = h/λ
ફોટૉન પરમાણુ કે અણુને ઉત્તેજિત (excite) કરે છે. ફોટૉન વધુ ઊર્જા ધરાવતો હોય તો તે પરમાણુ કે અણુનું આયનીકરણ (ionization) કરે છે.
જાંબલી પ્રકાશની આવૃત્તિ વધુ (એટલે કે તરંગલંબાઈ ઓછી) હોવાથી તેનો ફોટૉન વધુ ઊર્જા ધરાવે છે; જ્યારે લાલ પ્રકાશની આવૃત્તિ ઓછી (એટલે કે તરંગલંબાઈ વધુ) હોવાથી તેનો ફોટૉન ઓછી ઊર્જા ધરાવે છે.
યુ. એસ. ભૌતિકશાસ્ત્રી આર્થર કૉમ્પ્ટને, 1922માં ‘કૉમ્પ્ટન અસર’ના નામે જાણીતી ઘટના શોધી કાઢી. આ ઘટના પ્રકાશ કે વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણની કણપ્રકૃતિ સુનિશ્ચિત કરે છે. ઍક્સ-કિરણનો ફોટૉન જ્યારે ઇલેક્ટ્રૉન સાથે અથડાય છે ત્યારે બંને કણો આવર્તન પામે છે, અને પરિણામે બંને કણ તેમના મૂળ માર્ગથી વિચલિત થાય છે. અહીં X-કિરણોનો ફોટૉન ઇલેક્ટ્રૉનને ઊર્જા આપે છે આથી ફોટૉનની ઊર્જામાં ઘટાડો થાય છે માટે તેની તરંગલંબાઈમાં વધારો થાય છે.
ફોટૉન, દ્રવ્ય કણની જેમ, ઊર્જા, વેગમાન અને અન્ય યાંત્રિક ગુણધર્મો ધરાવે છે, પણ તે સ્થિર દળ (restmass) ધરાવતો નથી. એટલે કે ફોટૉનનું સ્થિર દળ શૂન્ય હોય છે. અર્થાત્ ફોટૉન કદાપિ સ્થિર હોય નહિ. સ્થિર ફોટૉનની કલ્પના ભયંકર છે. પૃથ્વી ઉપરની જીવસૃષ્ટિનો વિકાસ સૂર્યપ્રકાશના ફોટૉન અને તેની ઊર્જાને કારણે થયો છે. સૂર્યમાં પેદા થતા ફોટૉન સ્થિર હોય તો પૃથ્વી ઉપર ફોટૉન આવે જ નહિ, પરિણામે જીવસૃષ્ટિ શક્ય જ બને નહિ.
આનંદ પ્ર. પટેલ