Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος, nazwa zbudowana przez Gilberta N. Lewisa) jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a albowiem wykazują dualizm korpuskularno-falowy są równocześnie falą elektromagnetyczną.
W fizyce foton jest kwantem pola elektromagnetycznego, np. widzialnego światła. W mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne zachowuje się jak zbiór cząstek (fotonów). Z kwantowego punktu widzenia światło jest dużym strumieniem fotonów. Bardzo czułe instrumenty optyczne umieją rejestrować pojedyncze fotony.
W zależności od energii fotonów promieniowanie, na które się składają, ma inną nazwę. I tak powiada się (poczynając od najwyższej energii fotonu) o promieniowaniu gamma, rentgenowskim (promieniowaniu X), ultrafiolecie, świetle widzialnym, promieniowaniu podczerwonym (podczerwieni), mikrofalach, falach radiowych (promieniowaniu radiowym). Jednak z fizycznego punktu widzenia wszystkie te rodzaje promieniowania posiadają jednakową naturę.
Fotony poruszają się z prędkością światła. W próżni fotony potrafią pokonywać dystanse wielu miliardów lat świetlnych, poruszając się po torach lekko tylko zakrzywianych przez pola grawitacyjne ciał niebieskich. Zakrzywienie to, przy odpowiedniej konfiguracji źródła oraz masy powodującej zakrzywienie, może prowadzić do efektu soczewkowania grawitacyjnego. Zaledwie czarne dziury posiadają wystarczająco silne pole grawitacyjne, by móc uwięzić światło wewnątrz horyzontu zdarzeń.
Historia
Doświadczenie Younga z 1805 roku pokazało, że światło może zachowywać się jak
fala, co pomogło w zwalczaniu wczesnych cząsteczkowych modeli światła.
Aż prawie do końca XVII wieku przeważajaca ilość teorii zakładała, że światło składa się z cząstek. Gdyż model cząsteczkowy nie może łatwo wyjaśnić załamania, dyfrakcji oraz dwójłomności, powstały teorie o falowej naturze światła, zaproponowane przez Kartezjusza (1637), Roberta Hooke’a (1665) oraz Christiaana Huygensa (1678). Pomimo to wciąż dominowały modele cząsteczkowe, z reguły z powodu wpływu Isaaca Newtona. Na początku dziewiętnastego wieku Thomas Young oraz Augustin-Jean Fresnel zademonstrowali dyfrakcję oraz interferencję światła oraz od 1850 roku modele falowe zostały powszechnie zaakceptowane. W 1865 roku James Clerk Maxwell wysunął przypuszczenie, że światło jest falą elektromagnetyczną. Hipoteza ta była potwierdzona eksperymentalnie w 1889 roku przez Heinricha Hertza, który odkrył fale radiowe. To ostatecznie zadecydowało o odrzuceniu cząsteczkowego modelu światła.
Teoria falowa Maxwella nie wyjaśnia jednak wszystkich własności światła. Teoria ta przewiduje, że energia fali świetlnej zależy jedynie od jej natężenia oraz nie ma związku z jej częstotliwością. Pomimo to szereg różnych, niezależnych eksperymentów pokazuje, że energia przekazywana atomom przez światło zależy jedynie od częstotliwości światła, a nie od jego natężenia. Dla przykładu niektóre reakcje chemiczne są wyzwalane tylko przez światło o częstotliwości wyższej od pewnej wartości progowej, a światło o częstotliwości niższej od progowej, bez względu na jego natężenie, nie zapoczątkuje reakcji. Podobnie elektrony potrafią zostać wybite z metalowej płytki przez oświetlanie jej światłem o wystarczająco wysokiej częstotliwości (efekt fotoelektryczny), a maksymalna energia wybitych elektronów zależy zaledwie od częstotliwości światła.
W tym samym czasie badania nad promieniowaniem ciała doskonale czarnego prowadzone przez ponad cztery dekady (1860 – 1900) przez wielu badaczy zostały uwieńczone hipotezą Maxa Plancka, głoszącą, że energia wypromieniowywana przez ciało doskonale czarne jest w postaci cząstek. Jak wykazał to Albert Einstein, pewien odmiana kwantyzacji energii musi być założony, by wyjaśnić równowagę termiczną zachodzącą pomiędzy materią a promieniowaniem elektromagnetycznym (której nie ma od kilku albo kilkunastu miliardów lat).
Gdyż teoria światła Maxwella dopuszczała wszystkie możliwe energie promieniowania elektromagnetycznego, przeważajaca ilość fizyków przypuszczała początkowo, że energia kwantyzacji jest rezultatem pewnego nieznanego ograniczenia dla materii, która pochłania albo emituje światło. W 1905 roku Einstein zasugerował jako pierwszy, że energia kwantyzacji jest własnością samego promieniowania elektromagnetycznego. Chociaż Einstein uważał teorię Maxwella za słuszną, wskazał, że wiele niewytłumaczalnych eksperymentów mogłoby być wyjaśnione gdyby energia maxwellowskiej fali świetlnej była zlokalizowana w punktowych kwantach, poruszających się niezależnie od siebie, nawet jeżeli sama fala rozprzestrzenia się w sposób ciągły w przestrzeni. W 1909 oraz 1916 roku Einstein wykazał, że jeśli prawo Plancka opisujące promieniowanie ciała doskonale czarnego jest słuszne, kwanty energii muszą posiadać pęd 
, co czyni je pełnoprawnymi cząstkami. Pęd fotonu stał się zaobserwowany eksperymentalnie przez Artura Comptona w rozpraszaniu wysokoenergetycznych fotonów na swobodnych elektronach. Fotony w takim oddziaływaniu zachowują się jak cząstki, a układ foton – elektron w zderzeniu zachowuje pęd oraz energię. Po kwantowym wyjaśnieniu zjawiska fotoelektrycznego, był to kolejny dowód na istnienie fotonów. Arthur Compton za odkrycie tego zjawiska (nazwanego od jego nazwiska efektem Comptona) otrzymał w 1927 roku Nagrodę Nobla. Kluczowe pytanie w tym okresie brzmiało: jak połączyć maxwellowską falową teorię światła z jego cząsteczkową naturą, zaobserwowaną eksperymentalnie? Odpowiedź na to pytanie zaprzątała Alberta Einsteina przez resztę jego życia, a była znaleziona przez elektrodynamikę kwantową oraz jej następcę, Model Standardowy.
Sprawdź też
Sprawdź hasło
foton w Wikisłowniku
, co czyni je pełnoprawnymi 