普朗克早年的科学研究领域主要是热力学。他以热力学的观点对物质聚集态的变化、气体和溶液理论等进行了研究。可是不久,他了解到美国物理学家吉布斯早已做过这方面工作。于是,便把注意力转向黑体辐射问题。1893~1896年维恩发表了他的对黑体辐射的研究成果,提出一个辐射密度P的分布公式,即维恩公式。这结果为当时实验所证实,但只有波长较短、温度较低时才适合,而且立论的根据是通过与麦克斯韦分子速率几率分布律类比而得的,不能完全令人信服。普朗克从1896年开始研究热辐射的能量分布问题。
普朗克想到一个特别有意义的问题:为什么理想黑体的光谱竟像万有引力一样与物质成份的化学性质无关?这里是否隐藏着更普遍的规律?他说:“这个所谓的正常能量分布代表着某种绝对的东西,既然在我看来,对绝对的东西所作的探求是研究的最高形式,因此我就劲头十足地致力于解决这个问题了。”他独创性地将熵这个基本概念引入振子、电磁波能量分布等问题中,认为黑体辐射的能量分布是最稳定即熵值最大的分布。1900年6月,瑞利根据黑体空腔内形成驻波及能量均分原理导出另一黑体辐射公式,其中的系数经金斯修正,在长波部分与实验很符合,即瑞利-金斯公式。普朗克由此受到启发,利用内插法得出他的新公式,并于1900年10月19日在柏林德国物理学会提出报告《维恩辐射定律的改进》,第二天一早鲁本斯(H.Rulens,1865~1922)就告诉他,这一公式与自己已作的实验数据十分相符。普朗克没有满足于“侥幸揣测出来的内插公式”,而是“致力于找出这个等式的真正的物理意义”。最后他终于接受了玻耳兹曼关于熵的统计诠释,找到了S=klnW这一重要的普适公式,它代表了宏观态与微观态的结合,即所有微观态的总组合是分立
找到了S=klnW这一重要的普适公式,它代表了宏观态与微观态的结合,即所有微观态的总组合是分立的集合,即必须假定物质辐射的能量E是不连续的,是一份份出现的,只能是某一最小能量单位e的整数倍。这样就可以解释他推导出来的绝对黑体辐射的能量分布公式。而且他首先推出,其中h是普朗克常量并首先给出h和k的数值。s只比近代值约高3.5%。他认为h、光速C和万有引力常量G是三个重要的普适常量,作为定义质量、长度、时间的自然单位制的基本量。1900年12月14日,他在德国物理学会宣读了《关于正常光谱的能量分布定律的理论》,总结了上述理论。这一天成了量子论的诞生日。
普朗克常数记为 h ,是一个物理常数,用以描述量子大小。在量子力学中占有重要的角色,马克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现,只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份地进行的,计算的结果才能和试验结果是相符。这样的一份能量叫做能量子,每一份能量子等于hv,v为辐射电磁波的频率,h为一常量,叫为普朗克常数。普朗克常数的值约为:
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其中电子伏特(eV)·秒(s)为能量单位:
普朗克常数的物理单位为能量乘上时间,也可视为动量乘上位移量:
(牛顿(N)·米(m)·秒(s))为角动量单位
另一个常用的量为约化普朗克常数(reduced Planck constant),有时称为狄拉克常数(Dirac constant),纪念保罗·狄拉克:
其中 π 为圆周率常数 pi。 念为 "h-bar" 。
普朗克常数用以描述量子化,微观下的粒子,例如电子及光子,在一确定的物理性质下具有一连续范围内的可能数值。例如,一束具有固定频率 ν 的光,其能量 E 可为:
有时使用角频率 ω=2πν :
许多物理量可以量子化。譬如角动量量子化。 J 为一个具有旋转不变量的系统全部的角动量, Jz 为沿某特定方向上所测得的角动量。其值:
因此, 可称为 "角动量量子"。
普朗克常数也使用于海森堡不确定原理。在位移测量上的不确定量(标准差) Δx ,和同方向在动量测量上的不确定量 Δp,有如下关系:
还有其他组物理测量量依循这样的关系,例如能量和时间。