В физике , квант (множественное число квантов ) минимальная сумма любого физического лица ( физические свойства ) , участвующем в взаимодействии . Фундаментальное представление о том, что физическое 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 единичный квант света (или любой другой формы электромагнитного излучения ). Точно так же квантуется энергия электрона, связанного внутри атома, и может существовать только в определенных дискретных значениях. (Атомы и материя в целом стабильны, потому что электроны могут существовать только на дискретных энергетических уровнях 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 « квант» является средним числом в единственном числе латинского вопросительного прилагательного « квант» , означающего «сколько». «Кванты», то стерилизовать множественного числа, сокращение от «квантов электричества» (электронов), был использован в 1902 г. статье на фотоэффекта по Ленард , который зачислена Герман фон Гельмгольц за использование слова в области электричества. Однако слово квант в целом было хорошо известно до 1900 г. [2], например, квант использовался в книге Е. А. По « Потеря дыхания» . Его часто использовали врачи , например, в терминах квантового удовлетворения.. И Гельмгольц, и Юлиус фон Майер были не только физиками, но и врачами. Гельмгольц использовал квант применительно к теплу в своей статье [3] о работе Майера, а слово квант можно найти в формулировке первого закона термодинамики Майером в его письме [4] от 24 июля 1841 года.
В 1901 году Макс Планк использовал кванты для обозначения «квантов материи и электричества» [5], газа и тепла. [6] В 1905 году в ответ на работу Планка и экспериментальную работу Ленарда (который объяснил свои результаты термином « кванты электричества» ) Альберт Эйнштейн предположил, что излучение существует в пространственно локализованных пакетах, которые он назвал «квантами света» ( «Лихткуанта»). [7]
Концепция квантования излучения была открыта в 1900 году Максом Планком , который пытался понять излучение нагретых объектов, известное как излучение черного тела . Предполагая, что энергия может поглощаться или высвобождаться только в крошечных дифференцированных дискретных пакетах (которые он назвал «пучками» или «элементами энергии») [8], Планк учел некоторые объекты, меняющие цвет при нагревании. [9] На 14 декабря 1900 г. Планк доложил свои выводы к Немецкому физическому обществу , и выдвинул идею квантования в первый раз , как часть его исследования излучения черного тела. [10]В результате своих экспериментов Планк вывел числовое значение h , известное как постоянная Планка , и сообщил более точные значения для единицы электрического заряда и числа Авогадро-Лошмидта , числа реальных молекул в моль , в Немецкое физическое общество. После того, как его теория была подтверждена, Планк был удостоен Нобелевской премии по физике за свое открытие в 1918 году.
Хотя квантование было впервые обнаружено в электромагнитном излучении, оно описывает фундаментальный аспект энергии, а не только фотоны. [11] В попытке привести теорию в соответствие с экспериментом Макс Планк постулировал, что электромагнитная энергия поглощается или излучается дискретными пакетами или квантами. [12]