В физике квант ( мн. ч .: кванты ) — это минимальное количество любой физической сущности ( физического свойства ), участвующей во взаимодействии . Квант — это дискретное количество энергии , пропорциональное по величине частоте излучения, которое оно представляет. Фундаментальное понятие о том, что свойство может быть «квантовано», называется «гипотезой квантования ». [1] Это означает, что величина физического свойства может принимать только дискретные значения, состоящие из целых кратных одного кванта. Например, фотон — это один квант света определенной частоты (или любой другой формы электромагнитного излучения ). Аналогично, энергия электрона, связанного внутри атома, квантуется и может существовать только в определенных дискретных значениях. [2] Атомы и материя в целом стабильны, потому что электроны могут существовать только на дискретных уровнях энергии внутри атома. Квантование — одна из основ гораздо более широкой физики квантовой механики . Квантование энергии и его влияние на взаимодействие энергии и материи ( квантовая электродинамика ) является частью фундаментальной основы для понимания и описания природы.
Слово quantum является средним родом единственного числа латинского вопросительного прилагательного quantus, означающего «сколько». « Quanta », средний род множественного числа, сокращение от «кванты электричества» (электроны), было использовано в статье 1902 года о фотоэлектрическом эффекте Филиппом Ленардом , который приписал Герману фон Гельмгольцу использование этого слова в области электричества. Однако слово quantum в целом было хорошо известно до 1900 года [3] , например, quantum использовался в произведении Э. А. По « Потеря дыхания » . Его часто использовали врачи , например, в термине quantum satis , «количество, которого достаточно». И Гельмгольц, и Юлиус фон Майер были врачами, а также физиками. Гельмгольц использовал термин «квант» по отношению к теплу в своей статье [4] о работе Майера, а слово «квант» можно найти в формулировке первого закона термодинамики Майером в его письме [5] от 24 июля 1841 года.
.jpg/1280px-Max_Planck_(1858-1947).jpg)
В 1901 году Макс Планк использовал слово «кванты» для обозначения «квантов материи и электричества», [6] газа и тепла. [7] В 1905 году в ответ на работу Планка и экспериментальную работу Ленарда (который объяснил свои результаты, используя термин « кванты электричества ») Альберт Эйнштейн предположил, что излучение существует в пространственно локализованных пакетах, которые он назвал «квантами света» (« Lichtquanta »). [8]
Концепция квантования излучения была открыта в 1900 году Максом Планком , который пытался понять излучение излучения нагретых объектов, известное как излучение черного тела . Предположив, что энергия может поглощаться или выделяться только крошечными, дифференциальными, дискретными пакетами (которые он назвал «связками» или «элементами энергии»), [9] Планк объяснил, почему некоторые объекты меняют цвет при нагревании. [10] 14 декабря 1900 года Планк доложил о своих выводах Немецкому физическому обществу и впервые представил идею квантования как часть своего исследования излучения черного тела. [11] В результате своих экспериментов Планк вывел численное значение h , известное как постоянная Планка , и сообщил более точные значения для единицы электрического заряда и числа Авогадро–Лошмидта , числа реальных молекул в моле , Немецкому физическому обществу. После того как его теория была подтверждена, в 1918 году Планку была присуждена Нобелевская премия по физике за его открытие.
Хотя квантование было впервые обнаружено в электромагнитном излучении , оно описывает фундаментальный аспект энергии, не ограничивающийся только фотонами. [12] В попытке привести теорию в соответствие с экспериментом Макс Планк постулировал, что электромагнитная энергия поглощается или испускается дискретными пакетами, или квантами. [13]