Kwant

Kwant – najmniejsza porcja, jaką może mieć lub o jaką może zmienić się dana wielkość fizyczna w pojedynczym zdarzeniu; np. kwant energii, kwant momentu pędu, kwant strumienia magnetycznego, kwant czasu.

W mechanice klasycznej wielkości fizyczne mogą przyjmować, a tym samym i zmieniać się o dowolną wartość. W mikroukładach (np. elektron w atomie) niektóre wielkości opisujące elektron mogą przyjmować tylko określone wartości, a więc mogą one zmieniać się tylko o określone wielkości. Tak określone porcje nazywane są kwantami. Zachowanie mikroukładów opisuje dział fizyki – mechanika kwantowa.

Etymologia i historia użycia terminu

Słowo kwant pochodzi z łaciny. Quantum jest rodzaju nijakiego, a oznacza jak dużo. Forma w liczbie mnogiej to quanta. Na przełomie XIX i XX wieku słowo quantum było używane w języku niemieckim w fizyce dla określenia elektronu. Max Planck używał słowa quanta w znaczeniu kwantów materii i elektryczności, gazu i ciepła (artykuły z lat 1883 i 1901).

Używał ich również w roku 1902 Philipp Lenard (negative Elektrizitätsquanten), który w swoim wykładzie noblowskim w roku 1906 pierwszeństwo użycia słowa przypisał Helmholtzowi (cytowane w wykładzie prace z lat 1881 i 1892). Helmholtz używał w latach 1881–1883 słowa quantum, pisząc o cieple jako o niezniszczalnym quantum pewnej substancji i quantum ożywczej (żywej) siły (energii), natomiast quanta w roku 1892 odnosiły się do ładunków elektrycznych. Helmholtz był fizykiem i lekarzem, a więc słowo quantum znał jako termin medyczny. Jednak używając go w swoich artykułach nie twierdził, że użycie quantum w fizyce jest jego własnym pomysłem. Wystąpienia Helmholtza w latach osiemdziesiątych XIX w. dotyczyły ustalenia pierwszeństwa do odkryć, dokonanych przez lekarza i podróżnika Roberta J. Mayera. W liście z 24.7.1841 Mayer pisał o quantum siły ruchu (obecnie powiedzielibyśmy energii kinetycznej), które to quantum miało odpowiadać quantum energii cieplnej. Wcześniej słowo quantum było używane przez lekarzy i aptekarzy w zwrocie quantum sufficit (dosł. "tyle, ile wystarcza"), w skrócie q.s. lub Q.S. Litery q.s. na receptach oznaczały, że składnika należało dodać tylko tyle, ile trzeba do zrobienia pigułki i osiągnięcia pożądanego skutku medycznego. Podobne znaczenie ma quantum satis (dosł. "tyle, ile jest dość"), również skracane do Q.S.

Obecnie nie wiadomo, czy quantum lub skrót q.s. pojawiały się wcześniej nie tylko na receptach, ale również w pracach naukowych z dziedziny medycyny lub analityki chemicznej. Słowo quantum w znaczeniu zbliżonym do obecnego określenia pojęcia fizycznego kwantu trafiło do wielu języków dzięki pracy Einsteina z roku 1905 na temat zjawiska fotoelektrycznego. W artykule tym, nawiązując do prac Maxa Plancka i Philippa Lenarda, Albert Einstein wprowadził pojęcie kwantów światła (po niemiecku w liczbie mnogiej Lichtquanten).

Bibliografia

• J. Mehra and H. Rechenberg, The Historical Development of Quantum Theory, Vol.1, Part 1, Springer-Verlag New York Inc., New York 1982.
• Lucretius, On the Nature of the Universe, transl. from the Latin by R.E. Latham, Penguin Books Ltd., Harmondsworth 1951. There are, of course, many translations, and the translation's title varies. Some put emphasis on how things work, others on what things are found in nature.
• M. Planck, A Survey of Physical Theory, transl. by R. Jones and D.H. Williams, Methuen & Co., Ltd., London 1925 (Dover editions 1960 and 1993) including the Nobel lecture.
• M. Planck, Ueber das thermodynamische Gleichgewicht von Gasgemengen, Annalen der Physik, 1883 vol.255, str. 358
• P. Lenard, On Cathode Rays, Nobel Lecture (1906)
• H. Helmholtz, Robert Mayer's Priorität w Vorträge und Reden, Braunschweig, wyd.IV, F. Vieweg u.Sohn (1896)
• A. Herrmann, Weltreich der Physik, GNT-Verlag (1991) Biografia Roberta J. Mayera
• E. Cobham Brewer 1810–1897. Dictionary of Phrase and Fable. 1898.
• A. Einstein, Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt, Annalen der Physik, 1905 vol. 17, str. 132 - 148