““

Plancks konstant blev udtænkt i 1900 af den tyske fysiker Dr. maks Planck, der ville vinde Nobelprisen i 1918 for sit arbejde. Konstanten er en afgørende del af kvantemekanikken, den gren af fysikken, der beskæftiger sig med de små partikler, der udgør stof, og de kræfter, der er involveret i deres interaktioner. Hvis du er fan af serien” Stranger Things”, har du set den klimatiske sæson tre scene, hvor Dustin forsøger at lokke sin kloge langdistancekæreste over en ham-radioforbindelse til at fortælle ham den præcise værdi af noget, der hedder Plancks konstant, hvilket også sker for at være koden til at åbne et pengeskab, der indeholder nøglerne, der er nødvendige for at lukke porten til et ondskabsfuldt alternativt univers.

men før Susie vil recitere det magiske nummer, kræver hun en høj pris: Dustin er nødt til at synge temasangen til filmen “The NeverEnding Story.”

dette kan alle have fået dig til at undre dig: hvad er Plancks konstant alligevel?konstanten-udtænkt i 1900 af en tysk fysiker ved navn maks Planck, der ville vinde Nobelprisen i 1918 for sit arbejde — er en afgørende del af kvantemekanikken, den gren af fysikken, der beskæftiger sig med de små partikler, der udgør stof og de kræfter, der er involveret i deres interaktioner. Fra computerchips og solpaneler til lasere, “det er fysikken, der forklarer, hvordan alt fungerer.”

Ultrasmalls usynlige verden

Planck og andre fysikere i slutningen af 1800 ‘erne og begyndelsen af 1900’ erne forsøgte at forstå forskellen mellem klassisk mekanik — det vil sige bevægelse af kroppe i den observerbare verden omkring os, beskrevet af Sir Isaac nogle måder som en bølge og på nogle måder som en partikel, også kendt som en foton.

“i kvantemekanik fungerer fysik forskelligt fra vores oplevelser i den makroskopiske verden,” forklarer Stephan Schlamminger, fysiker for National Institute of Standards and Technology, via e-mail. Som en forklaring citerer han eksemplet på en velkendt harmonisk oscillator, et barn på et gyngesæt.

“i klassisk mekanik kan barnet være i enhver amplitude (højde) på svingets sti,” siger Schlamminger. “Den energi, som systemet har, er proportional med kvadratet af amplituden. Derfor kan barnet svinge ved ethvert kontinuerligt energiområde fra nul op til et bestemt punkt.”

men når du kommer ned til niveauet for kvantemekanik, opfører tingene sig anderledes. “Mængden af energi, som en oscillator kunne have, er diskret, som trin på en stige,” siger Schlamminger. “Energiniveauerne adskilles af h gange f, hvor f er frekvensen af fotonet — en lyspartikel — en elektron ville frigive eller absorbere for at gå fra et energiniveau til et andet.”

i denne video fra 2016 forklarer en anden NIST-fysiker, Darine El Haddad, Plancks konstant ved hjælp af metaforen om at lægge sukker i kaffe. “I klassisk mekanik er energi kontinuerlig, hvilket betyder, at hvis jeg tager min sukkerdispenser, kan jeg hælde enhver mængde sukker i min kaffe,” siger hun. “Enhver mængde energi er OK.”

” men maks Planck fandt noget meget anderledes, da han kiggede dybere, forklarer hun i videoen. “Energi kvantiseres, eller det er diskret, hvilket betyder, at jeg kun kan tilføje en sukkerterning eller to eller tre. Kun en vis mængde energi er tilladt.”

Plancks konstant definerer den mængde energi, som en foton kan bære, i henhold til frekvensen af den bølge, hvori den bevæger sig.

elektromagnetisk stråling og elementære partikler “viser iboende både partikel-og bølgeegenskaber”, forklarer Fred Cooper, en ekstern professor ved Santa Fe Institute, et uafhængigt forskningscenter. “Den grundlæggende konstant, der forbinder disse to aspekter af disse enheder, er Plancks konstant. Elektromagnetisk energi kan ikke overføres kontinuerligt, men overføres af diskrete fotoner af lys, hvis energi E er givet af E = hf, hvor h er Plancks konstant, og f er lysets frekvens.”

en lidt skiftende konstant

en af de forvirrende ting for nonscientists om Plancks konstant er, at den værdi, der er tildelt den, har ændret sig med små mængder over tid. Tilbage i 1985 var den accepterede værdi h = 6.626176 * 10-34 Joule-sekunder. Den aktuelle beregning, udført i 2018, er h = 6.62607015 * 10-34 Joule-sekunder.

” mens disse grundlæggende konstanter er fastgjort i universets stof, kender vi mennesker ikke deres nøjagtige værdier,” forklarer Schlamminger. “Vi er nødt til at bygge eksperimenter for at måle disse grundlæggende konstanter efter bedste evne. Vores viden kommer fra et par eksperimenter, der blev gennemsnitligt for at producere en middelværdi for Planck-konstanten.”

for at måle Plancks konstant har forskere brugt to forskellige eksperimenter — Kibble balance og Røntgenkrystaltæthedsmetoden, og over tid har de udviklet en bedre forståelse af, hvordan man får et mere præcist tal. “Når et nyt nummer offentliggøres, fremsætter eksperimenterne deres bedste nummer såvel som deres bedste beregning af usikkerheden i deres måling,” siger Schlamminger. “Den sande, men ukendte værdi af konstanten, skal forhåbentlig ligge i intervallet plus / minus usikkerheden omkring det offentliggjorte nummer med en vis statistisk sandsynlighed.”På dette tidspunkt” er vi overbeviste om, at den sande værdi ikke er langt væk. Kibble balance og metoden er så forskellige, at det ville være en stor tilfældighed, at begge veje er enige så godt ved en tilfældighed.”

den lille upræcision i forskernes beregninger er ikke en big deal i ordningen af ting. Men hvis Plancks konstant var et betydeligt større eller mindre antal, “ville hele verden omkring os være helt anderledes,” forklarer Martin Fraas, adjunkt i matematik ved Virginia Tech, via e-mail. Hvis værdien af konstanten for eksempel blev forøget, kan stabile atomer være mange gange større end stjerner.

størrelsen på et kilogram, der trådte i kraft den 20.maj 2019, som aftalt af Det Internationale Bureau for vægte og mål (hvis franske akronym er BIPM) er nu baseret på Plancks konstant.