“Se você é um fã da Netflix a série de “Coisas estranhas”, você já viu o climáticas temporada de três cena, em que Dustin tenta persuadir o seu raciocínio de longa distância namorada Suzie mais de um presunto conexão de rádio em dizer a ele o valor preciso de algo chamado de constante de Planck, o que também acontece a ser o código para abrir um cofre que contém as chaves necessárias para fechar a porta para um malévolo universo alternativo. mas antes que a Suzie recite o número mágico, ela cobra um preço alto. : Dustin tem que cantar a música tema do filme “The NeverEnding Story”.”
isso pode ter levado você a se perguntar: o que exatamente é constante de Planck, de qualquer maneira?
A constante criada em 1900 por um físico alemão chamado Max Planck, que viria a ganhar a 1918 Prêmio Nobel por seu trabalho — é uma parte crucial da mecânica quântica, o ramo da física que lida com as minúsculas partículas que compõem a matéria e as forças envolvidas em suas interações. De chips de computador e painéis solares a lasers, ” é a física que explica como tudo funciona.”
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O Mundo Invisível, do ultra pequena
Planck e outros físicos no final de 1800 e início de 1900, estavam tentando entender a diferença entre a mecânica clássica, isto é, o movimento dos corpos no observáveis do mundo em torno de nós, descrito por Isaac Newton, no final dos anos 1600 — e um mundo invisível, do ultra pequena, onde a energia se comporta em alguns aspectos, como uma onda e, em alguns aspectos, como uma partícula, também conhecido como um fóton.
“na mecânica quântica, a física trabalha diferente de nossas experiências no mundo macroscópico”, explica Stephan Schlamminger, um físico do Instituto Nacional de padrões e Tecnologia, por e-mail. Como explicação, ele cita o exemplo de um oscilador harmônico familiar,uma criança em um baloiço.
“na mecânica clássica, a criança pode estar em qualquer amplitude (altura) no caminho do swing”, diz Schlamminger. “A energia que o sistema possui é proporcional ao quadrado da amplitude. Assim, a criança pode balançar em qualquer Gama contínua de energias de zero até um certo ponto.”
mas quando você chega ao nível da mecânica quântica, as coisas se comportam de forma diferente. “A quantidade de energia que um oscilador poderia ter é discreta, como degraus em uma escada”, diz Schlamminger. “Os níveis de energia são separados por h vezes f, Onde f é a frequência do fóton – uma partícula de luz-um elétron liberaria ou absorveria para ir de um nível de energia para outro.”
neste vídeo de 2016, outro físico da NIST, Darine El Haddad, explica a constante de Planck usando a metáfora de colocar açúcar no café. “Na mecânica clássica, a energia é contínua, o que significa que se eu tomar o meu dispensador de açúcar, eu posso derramar qualquer quantidade de açúcar no meu café”, diz ela. “Qualquer quantidade de energia está bem.”
” mas Max Planck encontrou algo muito diferente quando ele olhou mais profundamente, ela explica no vídeo. “A energia é quantizada, ou é discreta, o que significa que só posso adicionar um cubo de açúcar ou dois ou três. Só uma certa quantidade de energia é permitida.a constante de Planck define a quantidade de energia que um fóton pode transportar, de acordo com a frequência da onda em que viaja.
radiação eletromagnética e partículas elementares “exibem intrinsecamente propriedades de partículas e ondas”, explica Fred Cooper, um professor externo do Instituto Santa Fe, um centro de pesquisa independente no Novo México, por e-mail. “A constante fundamental que conecta estes dois aspectos dessas entidades é a constante de Planck. A energia eletromagnética não pode ser transferida continuamente, mas é transferida por fótons discretos de luz cuja energia E é dada por e = hf, onde h é constante de Planck, e f é a frequência da luz.”
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Uma ligeira Mudança Constante
Uma das coisas confusas para nonscientists sobre a constante de Planck é que o valor atribuído a ele foi alterada por pequenas quantidades ao longo do tempo. Em 1985, o valor aceito era h = 6,626176 x 10-34 Joule-seconds. O cálculo atual, feito em 2018, é h = 6,62607015 x 10-34 Joule-seconds.
“enquanto estas constantes fundamentais são fixas no tecido do universo, nós humanos não sabemos seus valores exatos”, explica Schlamminger. “Temos que construir experimentos para medir essas constantes fundamentais ao melhor da capacidade da humanidade. Nosso conhecimento vem de algumas experiências que foram em média para produzir um valor médio para a constante de Planck.”
para medir a constante de Planck, os cientistas têm usado dois experimentos diferentes — o equilíbrio de Kibble e o método de densidade de cristal de raios X (XRCD), e ao longo do tempo, eles desenvolveram uma melhor compreensão de como obter um número mais preciso. “Quando um novo número é publicado, os experimentadores apresentam seu melhor número, bem como seu melhor cálculo da incerteza em sua medição”, diz Schlamminger. “O valor verdadeiro, mas Desconhecido da constante, deve estar esperançosamente no intervalo de mais/menos a incerteza em torno do número publicado, com uma certa probabilidade estatística.”Neste ponto,” estamos confiantes de que o verdadeiro valor não está longe. O equilíbrio de Kibble e o método XRCD são tão diferentes que seria uma grande coincidência que ambas as maneiras concordam tão bem por acaso.”
That tiny imprecision in scientists’ calculations isn’t a big deal in the scheme of things. Mas se a constante de Planck fosse um número significativamente maior ou menor, “todo o mundo ao nosso redor seria completamente diferente”, explica Martin Fraas, um professor assistente de matemática na Virginia Tech, por e-mail. Se o valor da constante fosse aumentado, por exemplo, os átomos estáveis poderiam ser muitas vezes maiores que as estrelas.
O tamanho de um quilograma, que entrou em vigor em 20 de Maio de 2019, conforme acordado pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (cujo acrónimo francês é BIPM) agora é baseado na constante de Planck.
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