Главная идея Макса Планка заключалась в том, чтобы отказаться от произвольных единиц измерения, принятых человечеством, и определить единицы измерения через фундаментальные константы Вселенной. Килограммы, метры , секунды - это все произвольные величины придуманные людьми и зависят от культурного контекста. На Ближнем Востоке веса измеряли в талантах. В древней Греции - в фунтах, в России в пудах. Время в средневековой Англии измеряли в моментах (1 момент=1,5 современных минуты). С длинами та же ситуация: римские мили, персидские парасанги, русские локти.

Если же определить меры через фундаментальные константы, то любые разумные существа в любом уголке Вселенной могли бы понять их. Это единицы измерения, заложенные в самой структуре Вселенной.

Итак, какие фундаментальные константы были известны, когда Планк загорелся этой идеей?

Скорость света.
Скорость перемещения фотонов в вакууме одинакова для любых инерциальных систем. Стоите вы на месте, бежите ли в ту же сторону, что летит свет или же бежите в противоположную, неважно что вы делаете, в любом случае один и тот же луч света удаляется от вас и от любых других объектов с одинаковой скоростью. В обычных единицах измерения это 299 792 458 метров в секунду. Эта константа не расчитана теоретически. Она обнаружена в экспериментах.
Обозначается скорость света буквой «с».

Гравитационая постоянная.
Это, говоря простым языком, сила взаимного притяжения между массивными объектами. Изначально была примерно рассчитана Ньютоном в процессе его исследований закона всемирного притяжения. После была уточнена экспериментально. Обозначается буквой "G" В обычных единицах измерения это
6,67 430×10^-11 м³/(кг•с²)

Ну и третья фундаментальная величина — это постоянная Планка.
Её называют квантом действия. В конце статьи я подробно остановлюсь на этой величине. А пока обозначим в первом приближении, что это коэффициент пропорциональности частоты электромагнитной волны и ее энергии. Обозначается буквой "h". В обычных единицах измерения она равна
6,626 070 040×10^-34 Дж•сек.

Чаще используется понятие приведенной постоянной Планка, это постоянная, деленная на 2π (h/2π). Обозначается как ℏ. Почему так, объясню в конце статьи, чтоб не перегружать инфой тех, кому не интересно. Если кратко, то это просто удобней с точки зрения математики.

Итак, опираясь на имеющиеся константы c, G и ℏ Макс Планк приступил к работе.

Каков общий принцип?
Вот у нас есть три вида размерностей. Нам надо перевести их в интересующие нас размерности.

Например длина L.

Берем наши константы.

Скорость света.
Скорость - это расстояние деленное на время. Растояние это L, время это Т. Скорость это L/T или в другой математической форме записи L×T^-1
Итак, размерность скорости света: c=L×T^-1

Теперь берем постоянную Планка (у нее и у приведенной постоянной одна и та же размерность).
Формула связи энергии (E) с частотой волны (\(\mathit{\nu}\))
\(E = h \cdot \nu\)
\(h = \frac{E}{\nu}\)

В предыдущей статье "Ультрафиолетовая катастрофа" мы рассмотрели вопрос о том, как Макс Планк вывел одну из фундаментальных констант Вселенной - постоянную Планка.

Значение этой постоянной отличается в зависимости от единиц измерения энергии: джоули, элентронвольты или эрги:

Физическое значение постоянной Планка в первом приближении заключается в связи частоты электромагнитной волны с ее энергией.

* что такое электромагнитная волна и ее частота вы можете изучить в статье "Электромагнитная волна" на этом сайте.

Энергия электромагнитной волны пропорциональна ее частоте. А постоянная Планка является коэффициентом пересчета.
Некоторые ошибочно полагают, что электромагнитная энергия в принципе квантована и на мельчайшем маштабе разделена на порции. Это не так.
Частота электромагнитной волны может быть любой, и соответственно ее энергия, пропорциональная этой частоте тоже может быть любой, но всегда равной частоте умноженной на коэффициент равный постоянной Планка.

Однако доля правды в квантованности энергии есть.

Постоянная Планка применима не только к фотонам. Например, переходы электронов между энергетическими уровнями в атомах строго квантованы и кратны постоянной Планка.

В более широком смысле можно сказать, что постоянная Планка определяет квантованность связанных состояний и энергообмена. Тот же фотон или электрон могут нести любую энергию , находясь в свободном состоянии, но в случае связанных состояний , например в атоме, допустимые энергии и электрона и фотонов , как поглощаемых так и излучаемых, строго квантованы и кратны постоянной Планка.

Также вы могли встречаться с тем, что постоянная Планка называется квантом действия и ограничительным маштабом квантового мира. Это так, но объяснение почему это так достаточно громоздкое и требует погружения в квантовую механику и комплексные плоскости. Поэтому часть, посвященную этой теме я помещу в конце статьи, а пока перейдем к другим Планковским величинам.