איך להבין את הפיזיקה הקוונטית?

התחל בלמידה על המשמעות הפיזית של קבוע הפלאנק. במכניקת הקוונטים, קוונט הפעולה הוא קבוע פלאנק, המסומן בדרך כלל כ- h. כמו כן, עבור אינטראקציה של חלקיקים תת-אטומיים, הקוונטום של המומנטום הזוויתי הוא קבוע הפלאנק המופחת (קבוע הפלאנק חלקי 2π) המסומן על ידי ħ ומכונה "h-bar". הערך של קבוע הפלאנק קטן ביותר, היחידות שלו הן של תנע זוויתי, ומושג הפעולה הוא המושג המתמטי הכללי יותר. כפי שהשם מכניקת קוונטים מרמז, כמויות פיזיקליות מסוימות כגון תנע זוויתי יכולות להשתנות רק בדידותסכומים, ולא באופן רציף (ראה אנלוגי).

• לדוגמא, המומנטום הזוויתי של אלקטרון הקשור לאטום או מולקולה הוא כימות ויכול לקבל רק ערכים שהם מכפילים של קבוע הפלאנק המופחת. כימות זה מוליד מסלולי אלקטרונים של סדרה של מספר קוונטי ראשוני שלם. לעומת זאת, המומנטום הזוויתי של אלקטרון לא מאוגד קרוב אינו מכמת. קבוע פלאנק ממלא תפקיד גם בתורת הקוונטים של האור, כאשר קוונטית האור היא הפוטון ושם חומר ואנרגיה מתקשרים באמצעות מעבר אלקטרונים אטומי או "קפיצת מדרגה" של האלקטרון הקשור.
• ניתן לראות את היחידות של קבוע הפלאנק כאנרגיה פעמים זמן. לדוגמא, בתחום הנושא של פיזיקת החלקיקים, הרעיון של חלקיקים וירטואליים הם חלקיקים מבולגנים המופיעים באופן ספונטני מחוץ לוואקום במשך חלק זעיר של קטע וממלאים תפקיד באינטראקציה של חלקיקים. הגבול למשך החיים של החלקיקים הווירטואליים הללו הוא האנרגיה (מסה) של זמני החלקיקים באותו החיים. מכניקת הקוונטים היא תחום נושא גדול, אך כל חלק במתמטיקה שלה כרוך בקבוע של פלאנק.

למד על חלקיקים מסיביים. חלקיקים מסיביים עוברים מעבר קלאסי לקוונטי. למרות שהאלקטרון החופשי מציג כמה מאפיינים קוונטיים (כגון ספין), כאשר האלקטרון הלא מאוגד מתקרב לאטום ומאט (אולי על ידי פליטת פוטונים), הוא עובר מעבר מהתנהגות קלאסית לקוואנטית ככל שהאנרגיה שלו עוברת מתחת לאנרגיית היינון. אז נקשר האלקטרון לאטום והמומנטום הזוויתי שלו ביחס לגרעין האטום מוגבל לערכים מכמתים של האורביטלים שהוא יכול לתפוס. המעבר פתאומי. אפשר להשוות את המעבר הזה לזו של מערכת מכנית שמשתנה מהצגת התנהגות לא יציבה או מהתנהגות פשוטה לכאוטית, או אפילו ספינת רקטות מאטה ויורדת למטה לברוח ממהירות ולהיכנס למסלול סביב כוכב כלשהו או אובייקט שמימי אחר. לעומת זאת פוטונים (חסרי מסה) אינם עוברים מעבר כזה: פוטונים פשוט עוברים בחלל ללא שינוי עד שהם מתקשרים עם חלקיקים אחרים ואז נעלמים. כשאתה מסתכל לשמי הלילה, הפוטונים מכוכב כלשהו עברו שנות אור של חלל ללא שינוי ואז התקשרו עם אלקטרון במולקולה של הרשתית שלך, העבירו את האנרגיה שלו ואז נעלמו אחרת.