普朗克常数是什么？为什么宇宙要依赖它？

普朗克常数几乎是所有学过物理的人所知道的，可以说是常识。德国物理学家马克斯·普朗克于1900年计算得出该常数，这使得他获得了1918年的诺贝尔奖。这一常数改变了游戏规则，其通过描述物质的最细微部分如何在称为量子的离散束中释放能量，从而将“量子”本质上置于量子力学中。

超小型的无形世界

在19世纪末期到20世纪初期，普朗克和其他物理学家试图理解经典力学之间的区别，即牛顿描述的我们周围可观察世界中物体的运动与超小型的无形世界，它们的能量在某种程度上像波，在某些方面像粒子，也称为光子。

在量子力学中，物理学不同于我们在宏观世界中所认识的那样，例如：谐波振荡器与荡秋千之间关系的的例子。在经典力学中，秋千可以在路径中处于任意幅度（高度），所拥有的能量与振幅的平方成正比，因此，秋千可以从零到某个点的任何连续能量范围内摆动。但是当达到量子力学的水平时，事情变得就会有所不同，振荡器可能具有的能量是离散的，就像梯子上的梯级一样。

更加形象的例子就比如在咖啡中加糖。在经典力学中，能量是连续的，这意味着如果我带糖水分配器，就可以在咖啡中倒入任何数量的糖。但是当普朗克深入研究时，发现了完全不同的东西，能量是量化的，或者是离散的，这意味着我只能添加一个或两个或三个方糖。

普朗克根据光子传播的频率来定义光子可以携带的能量。电磁辐射和基本粒子本质上同时显示了粒子和波的性质，连接这两个方面的基本常数是普朗克常数。电磁能量不能连续传递，而是由离散的光子传递，其能量由E = hf给出，其中h是普朗克常数，f是光的频率。电子吸收或者释放能量实现能级的跃迁。

稍微变化的常数

关于普朗克常数的困惑之一是，随着时间的推移，它的测量值会发生了微小的变化。早在1985年，h =  6.626176 x 10^-34焦耳秒，现在最新值为h = 6.62607015 x 10^-34焦耳秒。虽然这一常数固定在宇宙的结构中，但我们人类并不知道它们的确切值。我们必须建立实验来测量这一常数以达到最佳，因为我们的知识来自于和其值有关的实验。当一个新的数字发布时，该常数的真实但未知的值应该在具有一定统计概率的正负区间内，即不确定的范围内。在科学家的计算中，这种微小的不精确性对其他事物并不重要。

但是，如果普朗克的常数明显更大或更小，那么我们周围的世界将完全不同。如果增加常数的值，约10 ^ 14，会发生什么？一方面，得怀疑宇宙中是否会有原子？电离氢所需的能量取决于h ^ -2，因此，如果我们将h增加10 ^ 14，那么氢的电离能将减少10 ^ -28 ，与使电子脱离原子所需的当前能量相比，这将是微不足道的。因此，只要激发原子一点，它就会电离。

同样，即使有一些稳定的原子，它们也将是巨大的。原子的半径取决于h ^ 2，因此，原子将从0.53 x 10 ^ -10米（太小看不见）变为0.53 x 10 ^ 18米，那是到最近恒星距离的100倍！如果h过小，那么太阳将无法成为一颗恒星，地球上永远不会出现生命，人类也不会出现在地球之上。当然这个影响不只是太阳系，而是全宇宙，宇宙中的恒星都会随着h的减小而大量减少，更甚者宇宙还未诞生，不知道得等多久才会大爆炸。小小h却蕴含如此大的能量。

现在看来，作为能量的最小单位，这一数字，不大不小，多么的适合宇宙，我们是何其的幸运。