普朗克的常数是什么,为什么宇宙取决于它?

经过:帕特里克·基格(Patrick J. Kiger)|

普朗克的不变“width=
普朗克的常数是由德国物理学家马克斯·普朗克(Max Planck)博士在1900年设计的,他将因其工作而获得1918年诺贝尔奖。常数是量子力学的关键部分,量子力学是构成物质和相互作用的力的微小颗粒的物理分支。国会图书馆

如果您是Netflix系列的粉丝”陌生的东西,“您已经看过气候第三季的场景,其中达斯汀(Dustin打开一个保险箱,该保险箱包含关闭门户越来越多的替代宇宙所需的钥匙。

但是在苏兹(Suzie)背诵魔术数字之前,她确定了高昂的代价:达斯汀(Dustin)必须唱电影《永无止境的故事》中的主题曲。”

这可能使您想知道:无论如何,普朗克的常数到底是什么?

常数 - 1900年由德国人设计物理学家命名马克斯·普朗克,谁将因其工作而赢得1918年诺贝尔奖 - 是量子力学,物理学的分支处理构成物质和相互作用的力的微小粒子。从计算机芯片和太阳能电池板到激光器,“是解释的物理学一切如何运作。”

广告

Ultrasmall的无形世界

普朗克和其他物理学家在1800年代末和1900年代初试图了解古典力学- 也就是说,艾萨克·牛顿爵士在1600年代后期描述的是我们周围可观察到的世界中的身体运动 - 以及超湿世界的无形世界,在某些方面,能量在某些方面的行为像波浪,在某些方面像粒子一样,也称为光子

“在量子力学中,物理学的作用与我们在宏观世界中的经验不同。”斯蒂芬·施拉林格(Stephan Schlamminger),一名物理学家国家标准研究所, 通过电子邮件。作为解释,他引用了一个熟悉的例子谐波振荡器,一个秋千的孩子。

Schlamminger说:“在古典力学中,孩子可以处于秋千路径上的任何幅度(高度)。”“系统具有的能量与振幅的平方成正比。因此,孩子可以在从零开始到某个点的任何连续能量范围内摆动。”

但是,当您达到量子力学水平时,事情的行为会有所不同。Schlamminger说:“振荡器可能拥有的能量是离散的,就像梯子上的梯级一样。”“能量水平被H TIMES F分开,其中F是光子的频率(一种光的粒子),电子将释放或吸收从一个能级到另一个能级。”

在2016年的视频中,另一位NIST物理学家,达琳·艾尔·哈达德(Darine El Haddad),使用将糖放入咖啡中的隐喻来解释普朗克的常数。她说:“在古典力学中,能量是连续的,这意味着如果我服用糖分,我可以将任何数量的糖倒入咖啡中。”“任何能量都可以。”

“但是麦克斯·普朗克(Max Planck)在视频中解释说,当他看上去更深时发现了一些不同的东西。“能量是量化的,或者是离散的,这意味着我只能添加一个或两个或三个或三个或三个或三个或三个或三个或三个。仅允许一定数量的能量。”

普朗克的常数定义了光子可以携带的能量量,根据其行进的波浪频率。

电磁辐射和基本颗粒“在本质上同时显示粒子和波特性”。弗雷德·库珀,一位外部教授圣达菲研究所,通过电子邮件在新墨西哥州的独立研究中心。“连接这些实体这两个方面的基本常数是普朗克的常数。电磁能不能连续传输,而是通过e =给出能量e的光的离散光子传递。Hf,h是普朗克的常数,而f是光的频率。”

广告

一个稍微变化的常数

对于普朗克的常数而言,非科学家的令人困惑的事情之一是,随着时间的推移,分配给其的价值的变化很小。早在1985年,公认的值为h = 6.626176 x 10-34焦耳秒。当前的计算在2018年完成,为H = 6.62607015 x 10-34焦耳秒。

Schlamminger解释说:“尽管这些基本常数是固定在宇宙的结构中,但我们人类不知道它们的确切价值。”“我们必须构建实验,以最佳的人类能力来测量这些基本常数。我们的知识来自一些实验,这些实验的平均值是为了为普朗克常数带来平均值。”

为了衡量普朗克的常数,科学家使用了两个不同的实验 -kibble平衡X射线晶体密度(XRCD)方法,随着时间的流逝,他们对如何获得更精确的数字有了更好的了解。Schlamminger说:“当发布一个新的数字时,实验者提出了他们的最佳数字以及对测量中不确定性的最佳计算。”“常数的真实值但未知的价值应有望在于plus/减去已发表数字的不确定性的间隔,并具有一定的统计概率。”在这一点上,“我们有信心真正的价值并不遥远。粗糙的平衡和XRCD方法是如此之不同,以至于这将是一个主要的巧合,以至于两种方式都偶然地同意。”

科学家计算中的微小不精确并不重要。但是,如果普朗克的不变是一个明显更大或更小的数字,“我们周围的世界将完全不同,”弗吉尼亚理工大学数学助理教授马丁·弗拉斯(Martin Fraas)通过电子邮件解释说。例如,如果增加常数的价值,例如,稳定的原子可能是比星星大很多

一公斤的大小根据国际重量和措施局(法国首字母缩写为BIPM)的同意,该公司于2019年5月20日生效。

广告

特色

广告

加载...