プランク定数

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/10/30 08:59 UTC 版)

理論

プランク定数は量子論的な不確定性関係と関わる定数であり、 $h \to 0$ の極限で量子力学が古典力学に一致するなど、量子論を特徴付ける定数である。

軌道角運動量やスピンは常に換算プランク定数の整数倍か半整数倍になっている。例えば、電子のスピンは $\pm ħ / 2$ である。なお、量子力学の分野では $ħ = 1$ とするプランク単位系や原子単位系を用いる場合が多く、その場合の電子のスピンは $\pm 1 / 2$ となる。

プランク定数は位置と運動量の積の次元を持ち、不確定性関係から位相空間での面積の最小単位であるとも考えられているが、最近では Zurek らの研究で、量子カオス系においてはプランク定数以下のミクロ構造が現れる事がわかった^[13]。

キログラムの定義

「SI基本単位の再定義 (2019年)」も参照

質量のSI単位であるキログラムは、従来の定義では国際キログラム原器（IPK）が用いられていたが、プランク定数を用いた新しい定義に改定され、2019年5月に発効した。新しい定義においてプランク定数はSIを定義する定義定数として位置付けられ、SI単位による値は実験的に決定される測定値ではなく、固定された定義値となった。プランク定数（ $h = 6.626 07015 \times 10 -34 J s$ ）とともに値が固定された定数である光速度 $c$ 、及びセシウム133の超微細遷移周波数 $Δν Cs$ とを組み合わせることで、キログラムが導かれるという仕組みになっている。

経緯

国際度量衡委員会の下部組織である質量関連量諮問委員会による2013年の勧告では、新たな質量の定義を採用する条件として、

相対標準不確かさが 50×10⁻⁹ 以下のプランク定数が少なくとも3つ、独立した実験（キブル天秤法とX線結晶密度法^[14]を含む）により得られていること、
その内の少なくとも1つは、相対標準不確かさが 20×10⁻⁹ 以下であること、

等が要求されていたが、2017年5月の 16th CCM meeting 時点までにこの条件は達成された^[15]。

NISTの D. Haddad らは、2015年から2017年にかけて NIST-4 キブル天秤による計測を繰り返した結果として 6.626069934(89)×10⁻³⁴ J s の値を得ており、相対標準不確かさでは 13×10⁻⁹ を達成している^[16]^[17]。その他の実験結果については「モルプランク定数#実験値から定義値へ」を参照のこと。

2018年11月の第26回国際度量衡総会 (CGPM) で決議され、2019年 5月20日に施行された新しいSIの定義では、プランク定数は定義定数となった^[18]。

脚注

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脚注

注釈

^ プランクは光を放出する物体は振動子をもち、その振動によって波を放出すると考えた。ここで言う受け渡しとは振動子と電磁波の間におこるエネルギーの受け渡しの事である。
^ この仮定が必要となった経緯については次が詳しい。『熱輻射と量子』, §.M.Planck 正常スペクトル中のエネルギー分布の法則について.