کوانتم

برای دیگر کاربردها، کوانتم (ابهام‌زدایی) را ببینید.

اصطلاح کوانتوم (به انگلیسی: quantum)‏ در فیزیک ، به معنای کمترین مقدار ممکن از یک موجودِ شرکت کننده در یک اندرکنش است.به عبارت دیگر،به کمترین مقدار ممکن از یک کمیت ، مقدار پایه و یا یک کوانتم آن کمیت می گویند.یک کمیت کوانتیده تنها می تواند مقدار هایی گسسته یعنی مضرب صحیحی از کوانتوم آن کمیت را اختیار کند. برای نمونه ، مقدار بار الکتریکی یک جسم که در اثر مالش باردار شده، همواره مضرب صحیحی از بار الکتریکی یک الکترون می باشد . هیچگاه مقدار بار الکتریکی یک جسم 3ر5 برابر بار الکتریکی یک الکترون نخواهد بود. در اینجا به مقدار بار الکتریکی یک الکترون، بار پایه و یا یک کوانتم بار می گویند و بار الکتریکی جسم نیز کمیتی کوانتیده است .

چند کمیت کوانتیده

در فیزیک ، تعداد کمیت های کوانتیده شناخته شده محدود هستند. شناخته شده ترین آن ها همان بار الکتریکی است.

بار الکتریکی

کوانتیده بودن این کمیت در سال 1911 توسط رابرت میلیکان و هاروی فلچر طی آزمایش قطره روغن مشاهده شد.در نظریه الکترومغناطیس کلاسیک ، قانونی کوانتیده بودن بار الکتریکی را ایجاب نمی کند.بار الکتریکی مانند ژله ، یعنی پیوسته فرض می شود و می توان هر مقدار دلخواه از آن را جدا کرد. پاول دیراک ، نشان داده است که در صورت یافت شدن تک قطبی های مغناطیسی در طبیعت ؛ که تاکنون دیده نشده اند؛ می توان کوانتیده بودن بار الکتریکی را توجیه کرد.به همین دلیل ، هنوز در شتاب دهنده ها جستجو برای یافتن بار های مغناطیسی ادامه دارد.

رسانندگی الکتریکی

یک مثال دیگر از کمیت های کوانتیده در فیزیک کوانتومی ، رسانایی است که بر اساس تعریف، نسبت جریان الکتریکی به ولتاژ الکتریکی می باشد.در بعضی از مواد و در شرایطی خاص، جریان اکتریکی با تغییر ولتاژ الکتریکی به طور پیوسته وهموار تغییر نمی کند، بلکه به صورت پله ای افزایش می یابد.بنابراین در اینجا رسانایی فقط می تواند ضرایب صحیحی از یک کوانتوم رسانایی را اختیار کند.در اثر کوانتومی هال و نیز در یک اتصال نقطه ای کوانتومی این پدیده مشاهده می شود.

انرژی

در مکانیک کوانتومی ،انرژی به عنوان مشتق زمانی تابع موج و به صورت عملگر انرژی تعریف می شود. معادله شرودینگر ،عملگر انرژی را با انرژی کل یک ذره یا سامانه برابر قرار می دهد.پاسخ این معادله برای برخی سامانه ها ، تنها می تواند مقادیری گسسته اختیار کند. یک فوتون ،یک کوانتوم نور است.انرژی یک الکترونِ متعلق به یک اتم ، کمیتی کوانتیده است و این پدیده عامل پایداری اتم و در نهایت ، ماده می باشد.برای مثال سطوح انرژی یک الکترون در اتم ، گسسته است. همچنین ،پاسخ این معادله برای هر نوسان گر و نیز امواج الکترومغناطیسی مقادیری گسسته اختیار می کند.در این موارد انرژی مضربی از ثابت پلانک و بسامد نوسان خواهد بود:

$E =nh\nu$

که در آن $h$ ثابت پلانک و $\nu$ بسامد نوسان گر است .

کوانتوم انرژی برای امواج الکترومغناطیسی، مانند نور ، فوتون نام دارد.

مکانیک کوانتومی نظریه ای است که اساس آن بر این فرض ها استوار است و به بررسی و مطالعه پدیده های در ابعاد اتم و یا کوچک تر از اتم می پردازد.

جستارهای وابسته

• مکانیک کوانتومی
• حالت کوانتومی
• عدد کوانتومی
• رایانه کوانتومی
• درهم تنیدگی کوانتومی