ค่าคงตัวของพลังค์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

บทความนี้มีลิงก์แทรกในบทความที่ข้ามไปภาษาอื่นโดยเป็นลิงก์สีฟ้าอ่อน
โดยผู้เขียนใส่ไว้เพื่อสะดวกในการเขียน และควรแก้ลิงก์ภาษาอื่นเป็นข้อความธรรมดา เมื่อมีลิงก์ภาษาไทยที่ถูกต้อง หรือเห็นควร เพื่อไม่ให้ผู้อ่านสับสน

ค่าคงตัวของพลังค์ h นั้นได้ชื่อมาจาก มักซ์ พลังค์ (Max Plank) ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้บุกเบิกทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัม ค่าคงตัวของพลังค์เป็นปริมาณที่เกี่ยวข้องกับขนาดของควอนตา (quanta) และมีค่าเท่ากับ

$h=6.626\ 069\ 3(11) \times10^{-34}\ \mbox{J}\cdot\mbox{s}$

หรือเขียนในหน่วยอิเล็กตรอนโวลต์ได้เท่ากับ

$h=4.135\ 667\ 43(35) \times10^{-15}\ \mbox{eV}\cdot\mbox{s}.$

ค่าคงตัวของพลังค์มีหน่วยเป็นพลังงานคูณกับเวลา ซึ่งเป็นหน่วยวัดaction นั่นเอง หรืออาจเขียนได้ในหน่วยของโมเมนตัมคูณระยะทางเช่นกัน

ปริมาณอีกอย่างซึ่งมีความเกี่ยวข้องกันคือค่าคงตัวของพลังค์แบบลดค่า (reduced Planck constant) หรือบางครั้งเรียกว่าค่าคงตัวของดิแรค

$\hbar\equiv\frac{h}{2\pi}=1.054\ 571\ 68(18)\times10^{-34}\ \mbox{J}\cdot\mbox{s},$

เมื่อ π คือค่าคงที่พาย ชื่อเรียกปริมาณนี้อ่านออกเสียงว่า เอช-บาร์

ตัวเลขที่ใช้ในที่นี้เป็นตัวเลขที่คณะกรรมการข้อมูลวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (CODATA) แนะนำให้ใช้ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2545 ซึ่งมาจากข้อมูลล่าสุดในปี พ.ศ. 2546 ข้อมูลของ CODATA นั้นมีกำหนดประกาศใหม่ราวทุก 4 ปี

เราใช้ค่าคงตัวของพลังค์ในการอธิบายควอนไทเซชั่น (quantization) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในระดับขนาดที่เล็กมากๆ เช่นสำหรับอนุภาคอย่างอิเล็กตรอนและโฟตอน โดยคุณสมบัติทางฟิสิกส์บางอย่างของอนุภาคเหล่านี้จะมีค่าที่เป็นไปได้เป็นจำนวนเท่าของค่าคงตัวหนึ่งเท่านั้น แทนที่จะมีค่าใดๆ ก็ได้ ตัวอย่างเช่น พลังงาน E ของแสงที่มีความถี่ ν จะมีค่าได้เป็น

$E = n h \nu \,,\quad n\in\mathbb{N}$

เท่านั้น เมื่อ n เป็นจำนวนเต็มบวกใดๆ

บางครั้งเป็นการสะดวกกว่าที่จะเขียนปริมาณนี้ในหน่วยของความถี่เชิงมุม ω = 2 π ν, ซึ่งจะเขียนได้เป็น

$E = n \hbar \omega \,,\quad n\in\mathbb{N}$

เงื่อนไขควอนไทเซชั่นเช่นข้างบนนี้มีอยู่มากมาย เงื่อนไขหนึ่งที่น่าสนใจคือควอนไทเซชั่นของโมเมนตัมเชิงมุมของอนุภาค ถ้าเราให้ J เป็นโมเมนตัมเชิงมุมโดยรวมของระบบ และ J_z เป็นโมเมนตัมเชิงมุมที่วัดในแกนใดๆ ปริมาณทั้งสองนึ้จะสามารถมีค่าได้เป็น

$\begin{matrix} J^2 = j(j+1) \hbar^2, & j = 0, 1/2, 1, 3/2, \ldots \\ J_z = m \hbar, \qquad\quad & m = -j, -j+1, \ldots, j\end{matrix}$

เท่านั้น ดังนั้นเราสามารถเรียก $\hbar$ ได้เป็นควอนตาของโมเมนตัมเชิงมุม

ค่าคงตัวของพลังค์ยังปรากฏในหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบอร์กด้วย โดยความไม่แน่นอนในการวัดตำแหน่ง Δx และความไม่แน่นอนในการวัดโมเมนตัม Δp ของระบบใดๆ จะมีความสัมพันธ์กันเป็น

$\Delta x \Delta p \ge \begin{matrix}\frac{1}{2}\end{matrix} \hbar$