量子基础
作用量子(quantum of action)
/ Planck = PLANK /
每个领域都有一个设定尺度的单位:货币有最小的硬币,水有一个最小的有意义的水滴。量子世界有一个被物理学家称为作用量的东西的最小有意义份量——大致是能量乘以时间,或等价地,动量乘以距离。这个最小份量就是普朗克常数,记作 h,它是整个物理学中最重要的数字之一。
普朗克常数小得惊人:在日常单位下约为 6.6 乘以十的负三十四次方。它的微小正是我们在日常生活中察觉不到量子效应的原因——相比于 h,一个投出的棒球所涉及的作用量大得吓人,因此它的量子颗粒感完全不可见。但对原子里的电子而言,所涉及的作用量只有 h 的几倍,于是这种成块性就完全举足轻重。凡是一个系统的固有作用量与 h 相当之处,量子行为就占了上风;凡是它远超 h 之处,日常生活那种平滑物理便是很好的近似。
常数 h 把每一个量子关系联系在一起。它把光子的能量与其频率相连(E = hf),把粒子的波长与其动量相连(德布罗意关系),并设定了不确定性原理中的下限。物理学家常用一个密切相关的版本,叫做约化普朗克常数 h-bar,等于 h 除以二π,它出现在自旋和不确定性原理中。你可以把 h 看作自然界在波动描述与粒子描述之间的汇率:正是它把频率变成能量,把波长变成动量。
为什么旋转的陀螺看起来平滑,而电子的自旋却是锐利量子化的?因为陀螺的作用量约是 h 的十的三十次方倍,它的量子台阶细到根本无从察觉。
h 是量子世界与日常世界之间的分界线。
h 本身不是能量也不是长度;它是一个固定的换算因子(作用量),把频率换成能量、把波长换成动量。
又称
另见