„Dacă sunteți un fan al serialului Netflix „Stranger Things”, ați văzut scena climatic season three, în care Dustin încearcă să-și lingușească iubita inteligentă de lungă distanță, Suzie, printr-o conexiune radio, spunându-i valoarea exactă a ceva numit constanta lui Planck, care se întâmplă să fie și Codul pentru a deschide un seif care conține cheile necesare pentru a închide poarta unui univers alternativ răuvoitor.
dar înainte de Suzie va recita numărul magic, ea exacts un preț ridicat: Dustin trebuie să cânte melodia tematică a filmului ” the NeverEnding Story.”
s-ar putea ca toate acestea să te fi făcut să te întrebi: Care este, de fapt, constanta lui Planck?
Constanta — conceputa in 1900 de catre un fizician German pe nume Max Planck, care va castiga premiul Nobel in 1918 pentru munca sa — este o parte cruciala a mecanicii cuantice, ramura fizicii care se ocupa cu particulele minuscule care alcatuiesc Materia si fortele implicate in interactiunile lor. De la cipuri de computer și panouri solare la lasere, ” fizica este cea care explică cum funcționează totul.”
Advertisement
lumea invizibilă a Ultrasmall
Planck și alți fizicieni de la sfârșitul anilor 1800 și începutul anilor 1900 încercau să înțeleagă diferența dintre mecanica clasică — adică mișcarea corpurilor în lumea observabilă din jurul nostru, descrisă de Sir Isaac Newton la sfârșitul anilor 1600 — și o lume invizibilă a ultrasmall, unde energia se comportă în moduri ca o undă și în unele moduri ca o particulă, cunoscută și sub numele de foton.”în mecanica cuantică, fizica funcționează diferit de experiențele noastre din lumea macroscopică”, explică Stephan Schlamminger, fizician la Institutul Național de standarde și tehnologie, prin e-mail. Ca explicație, el citează exemplul unui oscilator armonic familiar, un copil pe un set de leagăn.
„în mecanica clasică, copilul poate fi la orice amplitudine (înălțime) pe calea leagănului”, spune Schlamminger. „Energia pe care o are sistemul este proporțională cu pătratul amplitudinii. Prin urmare, copilul se poate balansa la orice gamă continuă de energii de la zero până la un anumit punct.”
dar când ajungi la nivelul mecanicii cuantice, lucrurile se comportă diferit. „Cantitatea de energie pe care o poate avea un oscilator este discretă, ca treptele unei scări”, spune Schlamminger. „Nivelurile de energie sunt separate de H ori f, unde f este frecvența fotonului — o particulă de lumină-un electron ar elibera sau absorbi pentru a trece de la un nivel de energie la altul.”
în acest videoclip din 2016, un alt fizician NIST, Darine El Haddad, explică constanta lui Planck folosind metafora introducerii zahărului în cafea. „În mecanica clasică, energia este continuă, ceea ce înseamnă că dacă îmi iau dozatorul de zahăr, pot turna orice cantitate de zahăr în cafeaua mea”, spune ea. „Orice cantitate de energie este OK.”
” dar Max Planck a găsit ceva foarte diferit când a privit mai adânc, explică ea în videoclip. „Energia este cuantificată, sau este discretă, ceea ce înseamnă că pot adăuga doar un cub de zahăr sau două sau trei. Numai o anumită cantitate de energie este permisă.”
constanta lui Planck definește cantitatea de energie pe care un foton o poate transporta, în funcție de frecvența undei în care călătorește.
radiația electromagnetică și particulele elementare „afișează intrinsec atât proprietățile particulelor, cât și ale undelor”, explică Fred Cooper, profesor extern la Institutul Santa Fe, un centru independent de cercetare din New Mexico, prin e-mail. „Constanta fundamentală care leagă aceste două aspecte ale acestor entități este constanta lui Planck. Energia electromagnetică nu poate fi transferată continuu, ci este transferată de fotoni discreți de lumină a căror energie E este dată de E = hf, unde h este constanta lui Planck și f este frecvența luminii.”
publicitate
o constantă ușor schimbătoare
unul dintre lucrurile confuze pentru oamenii de știință despre constanta lui Planck este că valoarea atribuită acesteia s-a schimbat cu cantități mici în timp. În 1985, valoarea acceptată a fost h = 6,626176 x 10-34 Joule-secunde. Calculul curent, realizat în 2018, este h = 6.62607015 x 10-34 Joule-secunde.
„în timp ce aceste constante fundamentale sunt fixate în țesătura universului, noi, oamenii, nu le cunoaștem valorile exacte”, explică Schlamminger. „Trebuie să construim experimente pentru a măsura aceste constante fundamentale cât mai bine posibil. Cunoștințele noastre provin din câteva experimente care au fost medii pentru a produce o valoare medie pentru Constanta Planck.”
pentru a măsura constanta lui Planck, oamenii de știință au folosit două experimente diferite — echilibrul Kibble și metoda densității cristalelor cu raze X (XRCD) și, în timp, au dezvoltat o mai bună înțelegere a modului de a obține un număr mai precis. „Când este publicat un număr nou, experimentatorii au prezentat cel mai bun număr, precum și cel mai bun calcul al incertitudinii în măsurarea lor”, spune Schlamminger. „Valoarea adevărată, dar necunoscută a Constantei, ar trebui să se afle, sperăm, în intervalul de plus/minus incertitudinea din jurul numărului publicat, cu o anumită probabilitate statistică.”În acest moment,” suntem încrezători că adevărata valoare nu este departe. Echilibrul Kibble și metoda XRCD sunt atât de diferite încât ar fi o coincidență majoră că ambele moduri sunt de acord atât de bine din întâmplare.”
acea mică imprecizie în calculele oamenilor de știință nu este mare lucru în schema lucrurilor. Dar dacă constanta lui Planck ar fi un număr semnificativ mai mare sau mai mic, „toată lumea din jurul nostru ar fi complet diferită”, explică Martin Fraas, profesor asistent de matematică la Virginia Tech, prin e-mail. Dacă valoarea constantei a fost crescută, de exemplu, atomii stabili ar putea fi de multe ori mai mari decât stelele.
dimensiunea unui kilogram, care a intrat în vigoare la 20 Mai 2019, așa cum a fost convenit de Biroul Internațional de greutăți și măsuri (al cărui acronim francez este BIPM) se bazează acum pe constanta lui Planck.
publicitate