為什麼量子物理要引入/hbar這個量?


謝邀。

起始這個常數來自Planck,他把光描述成能量量子(quanta)或光子(photon),從而完滿地解釋了黑體幅射(black-body radiation),他把光子的能量寫成與光波頻率成正比,而h(就是Planck』s constant)就是那個常數。後來,Einstein用同一概念,成功地解釋了光電效應(photo-electric effect)。這可是量子物理的基礎,那Planck』s constant自然進入了量子理論架構。

像光這種具備光和粒子性質,讓人聯想到其他基本粒子也有類似的特性,即波粒二象性(wave-particle duality),二者不同但不可分割(有點像耶穌基督神人二性但又不可分割一樣),後來de Broglie寫下了粒子動量和波函數波長的關係,而又在電子的雙縫實驗證實。量子力學的描述更成熟。

當量子理論趨向成熟,那數學工具也會漸漸成熟。後來我們又知道,動量和位置是波函數被傅立葉轉換的互相轉換的變數,但x更方便轉換為k,而k=frac{p}{hbar},而hbar=frac{h}{2pi},人們發現hbarh更方便,所以多用hbar了。

hbar是一個很少的常數,而跟據Correspondence Principle,量子理論在極限hbar 
ightarrow 0下,必需回歸經典理論。如果這不成立,這可能代表這現象是純量子的(如entanglement),但更大可能這描述有錯誤。這個Principle的例子很多,如光子的能量在極限hbar 
ightarrow 0下為零,即光的能量在經典極限下可看為連續的東西;又或[x, p]=i hbar 
ightarrow 0,即在經典情況下,量度位移和動量的次序不重要。(另可參Ehrenfests Theorem)


很簡單,就是為了方便計算 。由於波函數中經常會出現PI,又因為量子化,必定會有普朗克常數h,引入常數hbar=h/(2PI),使得式子大大簡化。


推薦閱讀:

拓撲材料中的反常輸運(一):從半經典運動說起
量子力學的超距作用可以使人類的信息傳遞突破光錐?
引力波的速度在不同介質或空間里是恆定的嗎?還是說和光波一樣在不同介質速度不同?
如何看待中科大驗證「宇稱-時間」中的超光速現象,使信息能以超過1.9倍的光速傳播?

TAG:物理學 | 理論物理 | 量子物理 | 物理思考 |