Квант

У этого термина существуют и другие значения, см. Квант (значения).

Квант (от лат. quantum — «сколько») — неделимая часть какой-либо величины в физике; общее название определённых порций энергии (квант энергии), момента количества движения (углового момента), его проекции и других величин, которыми характеризуют физические свойства микро- (квантовых) систем. В основе понятия лежит представление квантовой механики о том, что некоторые физические величины могут принимать только определённые значения (говорят, что физическая величина квантуется). В некоторых важных частных случаях эта величина или шаг её изменения могут быть только целыми кратными некоторого фундаментального значения^[1] — и последнее называют квантом. Например, энергия монохроматического электромагнитного излучения угловой частоты ${\displaystyle \omega }$ может принимать значения ${\displaystyle (N+1/2)\hbar \omega }$, где ${\displaystyle \hbar }$ — редуцированная постоянная Планка, а ${\displaystyle N}$ — целое число. В этом случае ${\displaystyle \hbar \omega }$ имеет смысл энергии кванта излучения (иными словами, фотона), а ${\displaystyle N}$ — смысл числа́ этих квантов (фотонов). В смысле, близком к этому, термин квант был впервые введён Максом Планком в его классической работе 1900 года — первой работе по квантовой теории, заложившей её основу. Вокруг идеи квантования с начала 1900-х годов развилась полностью новая физическая концепция, обычно называемая квантовой физикой.

Ныне прилагательное «квантовый» используется в названии ряда областей физики (квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая оптика и т. д.). Широко применяется термин квантование, означающий построение квантовой теории некоторой системы или переход от её классического описания к квантовому. Тот же термин употребляется для обозначения ситуации, в которой физическая величина может принимать только дискретные значения — например, говорят, что энергия электрона в атоме «квантуется».

Сам же термин «квант» в настоящее время имеет в физике довольно ограниченное применение. Иногда его употребляют для обозначения частиц или квазичастиц, соответствующих бозонным полям взаимодействия (фотон — квант электромагнитного поля, фонон — квант поля звуковых волн в кристалле, гравитон — гипотетический квант гравитационного поля и т. д.), также о таких частицах говорят как о «квантах возбуждения» или просто «возбуждениях» соответствующих полей.

Кроме того, по традиции «квантом действия» иногда называют постоянную Планка. В современном понимании это название может иметь тот смысл, что постоянная Планка является естественной единицей измерения действия и других физических величин такой же размерности (например, момента импульса).

Некоторые кванты

Кванты некоторых полей имеют специальные названия:

• фотон — квант электромагнитного поля;
• глюон — квант векторного (глюонного) поля в квантовой хромодинамике (обеспечивает сильное взаимодействие);
• гравитон — гипотетический квант гравитационного поля;
• бозон Хиггса — квант поля Хиггса;
• фонон — квант колебательного движения кристалла.
• хронон — гипотетический квант времени

Примечания

1. Заметим, что это не всегда так. Например, энергия в атоме водорода квантуется: ${\displaystyle E_{n}=-{\frac {Z^{2}m_{e}e^{4}}{32{\pi }^{2}\varepsilon _{0}^{2}\hbar ^{2}}}\cdot {\frac {1}{n^{2}}}}$, где n — главное квантовое число. Однако в данном случае невозможно выделить «квант», целым кратным которого она бы была.

Литература

• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). — Издание 6-е, исправленное. — М.: Физматлит, 2004. — 800 с. — («Теоретическая физика», том III). — ISBN 5-9221-0530-2.