量子基礎
作用量子(quantum of action)
/ Planck = PLANK /
每個領域都有一個設定尺度的單位:貨幣有最小的硬幣,水有一個最小的有意義的水滴。量子世界有一個被物理學家稱為作用量的東西的最小有意義份量——大致是能量乘以時間,或等價地,動量乘以距離。這個最小份量就是普朗克常數,記作 h,它是整個物理學中最重要的數字之一。
普朗克常數小得驚人:在日常單位下約為 6.6 乘以十的負三十四次方。它的微小正是我們在日常生活中察覺不到量子效應的原因——相比於 h,一個投出的棒球所涉及的作用量大得嚇人,因此它的量子顆粒感完全不可見。但對原子裡的電子而言,所涉及的作用量只有 h 的幾倍,於是這種成塊性就完全舉足輕重。凡是一個系統的固有作用量與 h 相當之處,量子行為就占了上風;凡是它遠超 h 之處,日常生活那種平滑物理便是很好的近似。
常數 h 把每一個量子關係聯繫在一起。它把光子的能量與其頻率相連(E = hf),把粒子的波長與其動量相連(德布羅意關係),並設定了不確定性原理中的下限。物理學家常用一個密切相關的版本,叫做約化普朗克常數 h-bar,等於 h 除以二π,它出現在自旋和不確定性原理中。你可以把 h 看作自然界在波動描述與粒子描述之間的匯率:正是它把頻率變成能量,把波長變成動量。
為什麼旋轉的陀螺看起來平滑,而電子的自旋卻是銳利量子化的?因為陀螺的作用量約是 h 的十的三十次方倍,它的量子台階細到根本無從察覺。
h 是量子世界與日常世界之間的分界線。
h 本身不是能量也不是長度;它是一個固定的換算因子(作用量),把頻率換成能量、把波長換成動量。
又稱
另見