Kwant energii
Kwant energii to minimalna porcja energii, jaką może pochłonąć lub przekazać układ w interakcji z innym układem, na przykład atom w oddziaływaniu z polem elektromagnetycznym może emitować lub pochłaniać foton.
Koncepcja kwantów Plancka
Klasyczna teoria promieniowania Maxwella zakłada, że energia może być emitowana i pochłaniana w dowolnych ilościach, co nie wyjaśnia promieniowania termicznego ciał. W 1900 roku Max Planck wyprowadził wzór opisujący zależność energii promieniowania ciała doskonale czarnego od częstotliwości, który zgadzał się z pomiarami. Planck postulował, że energia oscylatorów elektromagnetycznych jest wielokrotnością energii podstawowej, co można zapisać jako:
,
gdzie to stała Plancka, wynosząca .
Rozwój idei Plancka
W swojej pracy Planck skupił się na modelu ciała doskonale czarnego jako zbiorze oscylatorów, nie poruszając kwestii sposobu emisji energii. Początkowo jego koncepcja kwantów spotkała się z krytyką, uznawana była za przypadkową. Z czasem jednak stała się fundamentalna dla mechaniki kwantowej.
W 1905 roku Albert Einstein rozszerzył teorie Plancka, postulując, że promieniowanie elektromagnetyczne jest emitowane i pochłaniane w porcji energii zależnej od częstotliwości. Dzięki temu wyjaśnił zjawisko fotoelektryczne, które polega na pochłanianiu pojedynczych kwantów przez materiały. W 1913 roku Niels Bohr zastosował koncepcję kwantów do opisania dyskretnych linii emisji atomu wodoru, tworząc model atomu. W 1923 roku Arthur Compton wykazał, że kwantyzacja wyjaśnia zjawisko zmiany częstotliwości promieniowania w interakcji z materią. Teoria kwantowa pola dostarcza pełnego teoretycznego uzasadnienia dla koncepcji kwantyzacji promieniowania elektromagnetycznego.
