“Netflixシリーズ”Stranger Things”のファンなら、Dustinがハムのラジオ接続を介して彼の聡明な長距離のガールフレンドSuzieをなだめて、planck’s constantと呼ばれるものの正確な値を彼に伝えようとするclimatic season threeのシーンを見てきました。 しかし、スージーが魔法の番号を暗唱する前に、彼女は高い価格を強要します: ダスティンは映画”ネバーエンディングストーリー”の主題歌を歌わなければならない。”
これはすべてあなたを不思議に導いたかもしれません：とにかく、プランクの定数は正確に何ですか？
定数—彼の仕事のための1918年のノーベル賞を獲得するマックス—プランクという名前のドイツの物理学者によって1900年に考案された-量子力学、物質を構成 コンピュータチップやソーラーパネルからレーザーまで、”すべてがどのように機能するかを説明するのは物理学です。”
広告
Ultrasmallの目に見えない世界
プランクと1800年代後半から1900年代初頭の他の物理学者は、1600年代後半にIsaac Newton卿によって記述された私たちの周りの観測可能な世界における体の動きである古典力学と、エネルギーが次のようにいくつかの方法で振る舞うultrasmallの目に見えない世界の違いを理解しようとしていた。波とも光子として知られている粒子のようないくつかの点で。
“量子力学では、物理学は巨視的な世界での私たちの経験とは異なります”と国立標準技術研究所の物理学者であるStephan Schlammingerは電子メールで説明します。 説明として、彼はおなじみの高調波発振器、スイングセットの子供の例を挙げています。”古典力学では、子供はスイングの経路上の任意の振幅（高さ）にいることができます”とSchlamminger氏は言います。 「システムが持つエネルギーは、振幅の2乗に比例します。 したがって、子供はゼロから特定の点までの任意の連続したエネルギー範囲でスイングすることができます。”
しかし、量子力学のレベルに達すると、物事は違った振る舞いをします。 「発振器が持つことができるエネルギーの量は、はしごの上の段のように離散的です」とSchlamminger氏は言います。 ここで、fは光子—光の粒子—電子が放出または吸収してあるエネルギー準位から別のエネルギー準位に移動する頻度です。”
この2016年のビデオでは、別のNISTの物理学者、Darine El Haddadは、コーヒーに砂糖を入れるというメタファーを使ってプランクの定数を説明しています。 「古典力学では、エネルギーは連続的であり、私が砂糖ディスペンサーを取ると、私はコーヒーに砂糖を注ぐことができます」と彼女は言います。 “エネルギーの任意の量はOKです。”しかし、マックスプランクは、彼が深く見たときに非常に異なる何かを発見し、彼女はビデオで説明しています。 「エネルギーは量子化されているか、離散的なので、1つの角砂糖か2つまたは3つしか追加できません。 一定量のエネルギーのみが許可されます。”
プランク定数は、光子が運ぶことができるエネルギーの量を、それが移動する波の周波数に応じて定義します。
電磁放射と素粒子”本質的に粒子と波の両方の特性を表示する”と、ニューメキシコ州の独立研究センターであるサンタフェ研究所の外部教授Fred Cooper氏は、電子メールで説明しています。 “これらの実体のこれら二つの側面を結ぶ基本的な定数はプランクの定数です。 電磁エネルギーは連続的に伝達することはできませんが、エネルギー EがE=hfで与えられる光の離散光子によって伝達されます。hはプランク定数、fは光の周波数です。”
広告
わずかに変化する定数
プランクの定数についての非科学者のための混乱の一つは、それに割り当てられた値が時間の経過 1985年に戻って、受け入れられた値はh=6.626176×10-34ジュール秒でした。 2018年に行われた現在の計算は、h=6.62607015×10-34ジュール秒です。「これらの基本定数は宇宙の構造で固定されていますが、私たち人間はそれらの正確な値を知りません」とSchlammingerは説明します。 「これらの基本定数を人類の能力を最大限に活用して測定するための実験を構築する必要があります。 私たちの知識は、プランク定数の平均値を生成するために平均化されたいくつかの実験から来ています。”
プランク定数を測定するために、科学者たちは二つの異なる実験を使用しています—キブルバランスとX線結晶密度（XRCD）法、そして時間の経過とともに、彼らはより正確な数を得る方法のより良い理解を開発しました。 「新しい番号が公開されると、実験者は測定における不確実性の最良の計算と同様に、最高の番号を提示しました」とSchlamminger氏は言います。 “定数の真の、しかし未知の値は、うまくいけば、一定の統計的確率で、公表された数の周りの不確実性をプラス/マイナスの間隔にあるはずです。”この時点で、”私たちは真の価値は遠くないと確信しています。 キブルバランスとXRCD法は非常に異なっているので、両方の方法が偶然に非常によく一致することは大きな偶然であろう。”
科学者の計算における小さな不正確さは、物事のスキームでは大したことではありません。 しかし、プランクの定数がかなり大きいか小さい数であった場合、「私たちの周りの世界はすべて完全に異なるでしょう」と、バージニア工科大学の数学の助 たとえば、定数の値が増加した場合、安定原子は星の何倍も大きくなる可能性があります。国際度量衡局（フランス語の頭字語はBIPM）が合意した2019年5月20日に発効したキログラムのサイズは、プランクの定数に基づいています。
p
広告