Max Planck ontdekte in 1900 dat hij de straling van hete voorwerpen alleen kon verklaren als energie wordt uitgewisseld in pakketjes van E = h · f, met h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·s (de constante van Planck) en f de frequentie. Albert Einstein ging in 1905 verder: licht zelf bestaat uit kwanta, de fotonen. Het woord komt van het Latijnse quantum, ‘hoeveel’.
Niels Bohr paste het idee in 1913 toe op het atoom: een elektron in een waterstofatoom kan alleen bepaalde energieniveaus hebben, En = −13,6 eV / n². Springt het elektron naar een lager niveau, dan komt precies één foton vrij met het energieverschil. Daardoor bestaat het spectrum van een gas uit losse lijnen. Ook andere grootheden zijn gekwantiseerd, zoals elektrische lading (altijd een veelvoud van e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C).
In het dagelijks leven merk je hier niets van, omdat h zo klein is. Rekenvoorbeeld: een rode laserpointer (650 nm, 1 mW) zendt fotonen uit van hc / λ ≈ 3,06 × 10⁻¹⁹ J. Per seconde zijn dat 1 × 10⁻³ / 3,06 × 10⁻¹⁹ ≈ 3,3 × 10¹⁵ fotonen — zo veel dat de lichtstraal continu lijkt. Een ‘kwantumsprong’ is in de natuurkunde dus juist een piepkleine verandering, geen enorme.
In welke discipline?
Natuurkunde (kwantumfysica, atoomfysica) en scheikunde (elektronenconfiguratie, spectroscopie).