Κβάντωση

Στη φυσική, κβάντωση (διακριτοποίηση) είναι ένα ευρέως παρατηρούμενο γεγονός της φύσης. Πολλές φυσικές ιδιότητες υπόκεινται σε κβάντωση, παίρνοντας διακριτές τιμές. Παρατηρείται σε άτομα και μόρια, εξηγώντας την σταθερότητα της ύλης. Σημαντικό ρόλο στα κβαντικά φαινόμενα παίζει και η σταθερά του Πλανκ. Το πιο γνωστό ίσως κβαντισμένο μέγεθος είναι η ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, η οποία, όπως απέδειξαν οι Μαξ Πλανκ και Άλμπερτ Άινσταϊν, εκπέμπεται και απορροφάται σε διακριτά πακέτα που ονομάζονται κβάντα. Ισχύει δηλαδή

$E=h\cdot f\,$

όπου h είναι η σταθερά του Πλανκ και f η συχνότητα της ακτινοβολίας. Όπως φαίνεται από την παραπάνω εξίσωση, η ενέργεια δεν μπορεί να πάρει οποιεσδήποτε τιμές, αλλά μόνο όσες είναι πολλαπλάσιες της συχνότητας. Με βάση αυτήν την ιδέα, ο Άινσταϊν εξήγησε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και απέδειξε τη διττή φύση του φωτός.

Συχνά γίνεται λόγος για την "κβάντωση πεδίου" όπως για παράδειγμα "κβάντωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου", στην οποία περίπτωση αναφερόμαστε στα φωτόνια ως τα "κβάντα" του πεδίου (κβάντα φωτός). Η διαδικασία αυτή αφορά στην επιβολή μεταθετικών σχέσεων μεταξύ των τελεστών του πεδίου και της συζυγούς ορμής του, και φέρει το όνομα "δεύτερη κβάντωση" (καθώς η πρώτη κβάντωση έχει οδηγήσει ήδη στην εξίσωση εξέλιξης το πεδίου όπου το πεδίο ερμηνεύεται πλέον ως κυματοσυνάρτηση).