普朗克常数和基本电荷性质有差异吗
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发布时间：2022-04-20 23:39
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时间：2023-12-11 06:33
在物理学的基本常数中，有些是通过实验观测发现的，如真空中的光速c 、基本电荷e、磁常数(真空中的磁导率)μ0 、电常数(真空中的率)ε0 等。也有一些是在建立相关定律、定理时被引入或间接导出的，如牛顿引力常数G、阿伏伽德罗常数NA 、玻耳兹曼常数kB 等。而普朗克常数h 则是完全凭着普朗克的创造性智慧发现的。然而，它却是物理学中一个实实在在的、具有重要意义的、神奇的自然常数。
普朗克常数记为h，是一个物理常数，用以描述量子大小。在量子力学中占有重要的角色，马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现，只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，计算的结果才能和试验结果是相符。这样的一份能量叫做能量子，每一份能量子等于hν，ν为辐射电磁波的频率，h为一常量，叫为普朗克常数。在不确定性原理中 普朗克常数有重大地位，粒子位置的不确定性×粒子动量的不确定性×粒子质量≥普朗克常数。
普朗克认为，一个假想的共振器只能以某个最小数量改变其能量，这种能量（E）和相关的电磁波频率（ν）成正比，可以表示为E = hν，其中的比例常数就是h，它后来就被称为普朗克常量。随后，爱因斯坦将这种关系发展到描述光子的能量中，进而用光子假说解释了光电效应。
从某种意义上来说，普朗克常量及其衍生的约化普朗克常量（ħ≡h/2π）可以反映物理世界的一些最基本的性质。从玻尔的原子模型，到海森堡的不确定性原理，从架起波粒二象性的桥梁，到精准定量“千克”单位，现在，普朗克常量已经成为量子力学，甚至物理学中最重要的数值之一。由普朗克常量进一步发展出的一系列物理量，也成了指引科学家探索极限的路标。
根据狭义相对论的长度收缩和时间膨胀，两个相对运动的观测者在时间和长度上永远存在分歧。真是这样吗？他们可能会对以任何单位计量的长度和时间存在分歧。但是，也有一些“绝对”的长度和时间，是由宇宙的本质决定的。这种长度和时间完全由物理定律中的普适常量定义，无论是谁，无论是在太阳系，还是比邻星系统中，只要遵循着与我们相同的物理定律，它们就是相同的。普朗克长度P与普朗克时间tP就是这样的物理量，定义它们的三个基本常量分别是约化普朗克常量（ħ）、引力常量（G）以及真空光速（c）。
普朗克长度非常非常非常非常小，用国际单位制表示大约是1.6×10-35米，也就是0.000000000000000000000000000000000016米。如果你对这个数量级还是没什么概念，可以试着这样想想：原子大小的数量级大约在0.0000000001米，这已经是我们肉眼可见的最小物体的十万分之一。假设你以每秒1普朗克长度的速度测量原子的直径，你要花的时间将达到目前宇宙年龄的一千万倍。普朗克时间则是以真空光速通过普朗克长度所用的时间，大约是5.4×10-44秒。
事实上，从马克斯·普朗克起，物理学家发展出了一整套完整的自然单位，它们被统称为普朗克单位。普朗克单位不仅包含了时间与长度，还有质量、温度等许多方面的物理量。除了c、G与ħ，涉及的普适常量还包括波兹曼常量（kB）。（有时还会加上库伦常量，ke。）
如果使用国际单位制或者其他任何单位制来表示这些常量，常量的数值必然取决于测量所使用的单位。虽然许多单位非常适用于我们的日常经验，但在理解宇宙更复杂的方面时，它们并非总是适用。如果将上面等式中的所有普适常量改写为c = G = ħ = kB = 1，那么P、tP、mP……所有这些数值就都成了1，它们就构成了一套完备的单位系统。普朗克单位完全由基本常量的组合导出，因此，从某种意义上来说，它们是一种最普适的自然单位，这也是理论物理学家最常使用的工具。
