普朗克常數定義了我們宏觀實在物理學的尺寸級別,指引了通向奇異量子世界之路。而且微觀世界的量子表現能在宇宙的各種尺度觀測到。實際上,只需要測量陽光的顏色,就能觀測到這種量子表現的效果。甚至還能藉此測量普朗克常數。
芝諾著名的悖論告訴我們超越烏龜是不可能的。盡力奔跑,當你到達烏龜的初始位置是,烏龜早就向前移動了;你到達第二個位置時,烏龜又向前移動了一小點。為了超越烏龜,你需要無限次的到達之前烏龜達到的位置。每一步都比上一步短,但仍存在無限多步數。
這個悖論有一些問題,其中之一是它認為空間是無限可分的。事實並非如此,當你與烏龜之間的距離小到不可思議時,你的位置會呈現量子不確定性,當足夠接近是,這種量子模糊效應意味著無法斷言你的位置到底是在烏龜身前還是身後。這種效應,本質就是海森堡不確定性原理,描述了物體位置能被定義的最小尺度。
極小的普朗克常數:6.63×10^-34 J·s,規定了這種量子模糊的尺度。在許多方面,它定義了量子世界的可分割性。普朗克常數基本都會出現在描述量子現象的方程中。例如海森堡不確定性原理,德布羅意物質波,還有薛丁格方程,電子軌道能級,以及光子能量與頻率之間的關係。普朗克常數也定義了普朗克長度(1.6x10^-35 m),一個假象出來的值,比這個更小的尺寸沒有任何意義。
普朗克常數的影響在我們的宏觀尺度上也能觀測到。比如普朗克常數與太陽的溫度一同規定了陽光的顏色。如果普朗克常數比當前小25%,我們會看到紫太陽,其他的東西也一樣。宇宙中所有物體都根據自身溫度在發光,物體越熱,粒子振動的越快,產生的光子的平均頻率隨著溫度上升亦而增大。光子的平均頻率決定了我們觀察到的顏色,太陽是黃色的,因為其表面溫度為6000K,在電磁波譜的綠色和黃色區域產生了比其他區域更多的光子。藍巨星(參宿七)有12000K,它會產生巨量的高頻藍光以及更多的紫外線。我們的溫度大概是310K附近,因此,我們的熱量主要輻射出低頻紅外光子,這也是紅外攝像機的原理。
德國物理學家馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克在解決黑體輻射光譜時,發現了普朗克常數。這個發現過程還蠻有趣的,當時他只是為了尋求某種數學技巧去解決黑體輻射,設想了讓粒子僅能以一個最小能量的整數倍進行振動,而在最後整合公式時,引進的一個常數卻無法去掉。就好像電腦死機了亂按鍵盤湊效了一般,
普朗克的發現是愛因斯坦需要設想的光量子存在的線索。光既是波,也是粒子,攜帶量子化的能量。愛因斯坦通過光電效應證明了他的假說,為此他獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。緊隨普朗克在1918年獲獎之後。這一發現點燃了科學的狂熱,導致了20世紀20年代的量子革命。而這個普朗克在他絕望時刻弄出來的小小的數,普朗克常數仍舊待在所有量子世界的核心位置。