„Pokud jste fanoušek z řady Netflix „Divnější Věci,“ viděl jsi klimatické sezóně tři scény, ve které Dustin se snaží přemluvit jeho inteligentní dálkové přítelkyni Suzie přes šunka rádiové spojení, že mu řekl přesnou hodnotu něco, co se nazývá Planckova konstanta, který také se stane být kód pro otevření trezoru, která obsahuje klíče potřebné k zavření brány, aby zlovolný alternativní vesmír.
ale než Suzie recituje magické číslo, má vysokou cenu: Dustin musí zpívat ústřední melodii k filmu “ Nekonečný příběh.“
to vše vás možná vedlo k přemýšlení: co přesně je Planckova konstanta?
konstantní — vymyslel v roce 1900 německý fyzik jménem Max Planck, kdo by vyhrál v roce 1918 Nobelovu Cenu pro jeho práci — je klíčovou součástí kvantové mechaniky, obor fyziky, který se zabývá drobných částic, které tvoří hmotu a síly se podílejí na jejich interakce. Od počítačových čipů a solárních panelů po lasery“ je to fyzika, která vysvětluje, jak všechno funguje.“
Reklama
Neviditelný Svět Ultrasmall
Planck a dalších fyziků v pozdních 1800s a časném 1900s se snažili pochopit rozdíl mezi klasickou mechaniku — to znamená, že pohyb těles v pozorovatelném světě kolem nás, popsal Sir Isaac Newton v pozdních 1600s — a neviditelný svět ultrasmall, kde se energie chová v některých ohledech jako vlna a v některých ohledech jako částice, také známý jako foton.
„V kvantové mechanice, fyzice funguje liší od našich zkušeností v makroskopického světa,“ vysvětluje Stephan Schlamminger, fyzik pro Národní Institut pro Standardy a Technologie, prostřednictvím e-mailu. Jako vysvětlení uvádí příklad známého harmonického oscilátoru, dítěte na houpačce.
„v klasické mechanice může být dítě na dráze houpačky v jakékoli amplitudě (výšce),“ říká Schlamminger. „Energie, kterou má systém, je úměrná čtverci amplitudy. Proto se dítě může houpat v jakémkoli nepřetržitém rozsahu energií od nuly do určitého bodu.“
ale když se dostanete na úroveň kvantové mechaniky, věci se chovají jinak. „Množství energie, které by oscilátor mohl mít, je diskrétní, jako příčky na žebříku,“ říká Schlamminger. „Energetické hladiny jsou od sebe odděleny h krát f, kde f je frekvence fotonu — částice světla — elektron uvolňují nebo absorbují jít z jedné energetické úrovně na jinou.“
v tomto videu z roku 2016 vysvětluje další fyzik NIST, Darine El Haddad, planckovu konstantu pomocí metafory vkládání cukru do kávy. „V klasické mechanice je energie nepřetržitá, což znamená, že když si vezmu dávkovač cukru, mohu do kávy nalít libovolné množství cukru,“ říká. „Jakékoli množství energie je v pořádku.“
“ ale Max Planck našel něco velmi odlišného, když se podíval hlouběji, vysvětluje ve videu. „Energie je kvantovaná, nebo je diskrétní, což znamená, že mohu přidat pouze jednu kostku cukru nebo dvě nebo tři. Je povoleno pouze určité množství energie.“
Planckova konstanta definuje množství energie, které foton může nést, podle frekvence vlny, ve které cestuje.
Elektromagnetické záření a elementárních částic „displej jiskrově oba částicové a vlnové vlastnosti,“ vysvětluje Fred Cooper, externí profesor na Santa Fe Institute, nezávislé výzkumné centrum v Novém Mexiku, e-mailem. „Základní konstanta, která spojuje tyto dva aspekty těchto entit, je Planckova konstanta. Elektromagnetická energie nemůže být převedena nepřetržitě, ale je převeden do diskrétní fotony světla, jejichž energie E je dána vztahem E = hf, kde h je Planckova konstanta a f je frekvence světla.“
Reklama
Mírně Mění Konstantní
Jeden z matoucích věcí pro nonscientists o Planckova konstanta je, že hodnota přiřazená to se změnilo tím, že malé množství v průběhu času. V roce 1985 byla přijatá hodnota h = 6,626176 x 10-34 Joule-sekund. Aktuální výpočet provedený v roce 2018 je h = 6.62607015 x 10-34 Joule-sekund.
„zatímco tyto základní konstanty jsou fixovány ve struktuře vesmíru, my lidé neznáme jejich přesné hodnoty,“ vysvětluje Schlamminger. „Musíme stavět experimenty, abychom změřili tyto základní konstanty podle nejlepších schopností lidstva. Naše znalosti pocházejí z několika experimentů, které byly zprůměrovány, aby vytvořily střední hodnotu pro planckovu konstantu.“
K měření Planckovy konstanty, vědci použili dva různé experimenty — Granule rovnováhu a X-ray crystal hustota (XRCD) metoda, a v průběhu doby, oni vyvinuli lepší pochopení toho, jak získat přesnější číslo. „Když je zveřejněno nové číslo, experimentátoři předložili své nejlepší číslo a nejlepší výpočet nejistoty při jejich měření,“ říká Schlamminger. „Skutečná, ale neznámá hodnota konstanty by snad měla ležet v intervalu plus / mínus nejistota kolem zveřejněného čísla s určitou statistickou pravděpodobností.“V tuto chvíli jsme přesvědčeni, že skutečná hodnota není daleko. Kibble balance a metoda XRCD jsou tak odlišné, že by byla velká náhoda, že se oba způsoby shodují tak dobře náhodou.“
malé nepřesnosti ve vědců výpočty není velký problém, ve schématu věcí. Ale pokud Planckova konstanta byla výrazně větší nebo menší číslo, „celý svět kolem nás by byl úplně jiný,“ vysvětluje Martin Fraas, asistent profesora matematiky na Virginia Tech, e-mailem. Pokud by se například zvýšila hodnota konstanty, stabilní atomy by mohly být mnohonásobně větší než hvězdy.
velikost kilogram, která vstoupila v platnost dne 20. Května 2019, jak bylo dohodnuto na Mezinárodní Úřad Vah a Opatření (jehož francouzská zkratka je BIPM) je nyní na základě Planckova konstanta.
reklama