Plancks konstant

Skrevet av Otangelo Grasso, oversatt herfra.
Spørsmål: Hva er Plancks konstant?

Bilde 1. Plancks konstant h

Svar: Plancks konstant, symbolisert h, relaterer energien i ett kvantum (foton) av elektromagnetisk stråling til frekvensen for den strålingen.
https://whatis.techtarget.com/definition/Plancks-constant

Patrick J. Kiger: Hva er Plancks konstante, og hvorfor er universet avhengig av den? 10. desember 2019
Plancks konstant ble utviklet i 1900 av den tyske fysikeren Dr. Max Planck, som skulle vinne Nobelprisen i 1918 for sitt arbeid. Konstanten er en avgjørende del av kvantemekanikken, grenen av fysikk som omhandler de bittesmå partiklene som utgjør materie og kreftene involvert i deres interaksjoner. Konstanten er en avgjørende del av kvantemekanikken, grenen av fysikk som omhandler de bittesmå partiklene som utgjør materie og kreftene involvert i deres interaksjoner. Fra databrikker og solcellepaneler til lasere, "det er den fysikken som forklarer hvordan alt fungerer".

Den usynlige verden til det ultra mikroskopiske
Planck og andre fysikere på slutten av 1800-tallet og begynnelsen av 1900-tallet prøvde å forstå forskjellen mellom klassisk mekanikk - det vil si bevegelsen til legemer i den observerbare verden rundt oss, beskrevet av Sir Isaac Newton på slutten av 1600-tallet - og en usynlig verden av den ultralille, der energien på noe vis oppfører seg som en bølge og på annet vis som en partikkel, også kjent som et foton. Når du kommer ned på nivået av kvantemekanikk, oppfører ting seg annerledes. "Mengden energi som en oscillator kan ha, er diskret, som trinn på en stige," sier Schlamminger. "Energinivåene er atskilt med h ganger f, der f er frekvensen til fotonet - en partikkel av lys - et elektron vil frigjøres eller absorberes for å gå fra ett energinivå til et annet." "Energi er kvantifisert, eller det er diskret, noe som betyr at jeg bare kan tilsette en sukkerbit eller to eller tre. Bare en viss mengde energi er tillatt." Elektromagnetisk stråling og elementærpartikler "viser i seg selv både partikkel- og bølgeegenskaper," forklarer Fred Cooper, en ekstern professor ved Santa Fe Institute, et uavhengig forskningssenter i New Mexico, via e-post. "Den grunnleggende konstanten som forbinder disse to aspektene ved disse enhetene er Plancks konstant. Elektromagnetisk energi kan ikke overføres kontinuerlig, men overføres av diskrete fotoner av lys hvis energi E er gitt av E = h*f, hvor h er Plancks konstant, og f er frekvensen til lyset.
Plancks konstant definerer mengden energi som et foton kan bære, i henhold til frekvensen til bølgen det beveger seg i.

En litt skiftende konstant
En av de forvirrende tingene for ikke-vitenskapsmenn med Plancks konstant er at verdien som er tildelt den har endret seg med små mengder over tid. Tilbake i 1985 var den aksepterte verdien h = 6,626176 x 10-34 Joule-sekunder. Gjeldende beregning, gjort i 2018, er h = 6,62607015 x (10^-34) Joule-sekunder.

Bilde 2. Minste målbare tid (Planck-tid)
...

Den lille unøyaktigheten i forskernes beregninger er ikke en stor sak i ordningen. Men hvis Plancks konstant var et betydelig større eller mindre tall, "ville hele verden rundt oss vært helt annerledes. Hvis verdien av konstanten ble økt, for eksempel, kan stabile atomer være mange ganger større enn stjerner. Størrelsen på et kilogram , som trådte i kraft 20. mai 2019, som avtalt av International Bureau of Weights and Measures (hvis franske akronym er BIPM) er nå basert på Plancks konstant -lenke.

JAMES STEIN Plancks konstant: The Number That Rules Technology, Reality, and Life 24. OKTOBER 2011
Kjemi forteller oss at den minste mengden vann er et vannmolekyl, og enhver beholder med vann består av et svimlende antall identiske vannmolekyler. For å løse et underliggende problem i teorien om energifordeling, lurte Planck på: Hva om energi fungerte på samme måte? Hva om det var en minste enhet av energi, akkurat som det er en minste enhet av vann? Ideen om at energi kunne uttrykkes i diskrete enheter, eller 'kvantifiseres', var grunnleggende for utviklingen av kvanteteori. Faktisk kan du si at Planck satte'kvanten' i kvantemekanikk.

Bilde 3. Sammenheng Plancks konstant og energi

Så hva er denne minste energienheten?
Planck antok eksistensen av en konstant, nå kjent som Plancks konstant, eller h, som forbinder en bølge eller partikkels frekvens med dens totale energi. I dag vet vi at
h = 6,6262 x 10^-34 Joule-sekund

Plancks konstante har hatt dyptgående konsekvenser på tre viktige områder: vår teknologi, vår forståelse av virkeligheten og vår forståelse av selve livet. Av de universelle konstantene – de kosmiske tallene som definerer universet vårt – får lysets hastighet all publisitet (delvis på grunn av dens hovedrolle i Einsteins ikoniske ligning E = mc^2 ), men Plancks konstant er like viktig. Plancks konstante har også muliggjort konstruksjonen av transistorene, integrerte kretsene og brikkene som har revolusjonert livene våre.
Mer fundamentalt fremmet oppdagelsen av Plancks konstant, erkjennelsen av at når vi undersøker de dypeste nivåene i materiens struktur, ser vi ikke lenger på 'ting' i den konvensjonelle betydningen av ordet. En "ting" – som en bil i bevegelse – har en bestemt plassering og hastighet; en bil kan være 30 miles sør for Los Angeles på vei østover med 40 miles per time. Begrepene plassering, hastighet og til og med eksistensen i seg selv, er uskarpt på atom- og subatomært nivå. Elektroner eksisterer ikke i den forstand som biler gjør, de er, merkelig nok, overalt på en gang, men det er mye mer sannsynlig å være noen steder enn andre. Å forene den probabilistiske subatomære verdenen med den makroskopiske hverdagsverdenen er et av de store uløste problemene i fysikk. Den grunnleggende kjernereaksjonen som til slutt fører til eksplosjonen av en supernova er fusjonen av fire hydrogenatomer for å produsere et enkelt heliumatom. I prosessen omdannes omtrent 0,7 % av massen til energi via E=mc^2 .

Bilde 4. Virkning av kjernefusjon

Disse 0,7 % er kjent som effektiviteten av hydrogenfusjon, og vår forståelse av det er en av konsekvensene av Plancks undersøkelser. Det krever mye varme for å gjøre det mulig for hydrogen å smelte sammen til helium, og hydrogenatomene i solen beveger seg med forskjellige hastigheter, omtrent som biler på en motorvei beveger seg med forskjellige hastigheter. De langsommere hydrogenatomene spretter bare av hverandre; de er ikke varme nok til å smelte sammen. Høyere hastigheter betyr imidlertid høyere temperaturer, og det er en liten brøkdel av hydrogenatomer som beveger seg med tilstrekkelig høye hastigheter til å smelte sammen til helium.
Effektiviteten på 0,7 % av hydrogenfusjon er det som noen ganger blir referert til som et "Gullhår-nummer." Som grøten som Gullhår til slutt spiste, som verken var for varm eller for kald, men akkurat passe, er 0,7 % effektiviteten til hydrogenfusjon 'akkurat rett' for å tillate fremveksten av liv slik vi kjenner det. Prosessen med hydrogenfusjon er en intrikat høyhastighets- og høytemperatur-ballett. Det første trinnet i denne reaksjonen produserer deuterium, en isotop av hydrogen hvis kjerne består av ett proton og ett nøytron. I denne prosessen smeller to protoner inn i hverandre, noe som får en av protonene til å kaste sin elektriske ladning og metamorfose til et nøytron. Hvis effektiviteten til hydrogenfusjon var så lav som 0,6 %, ville ikke nøytronet og protonet binde seg til hverandre for å danne et deuterium-atom. I dette tilfellet ville vi fortsatt bevart stjerner - enorme glødende kuler av hydrogen - men ingen nye stjerner ville noen gang dannet, fordi grøten ville være for kald til å lage helium, det første skrittet på veien til å skape de elementene som er nødvendige for livet.

På den annen side, hvis hydrogenfusjon hadde en effektivitet på 0,8 %, ville det være altfor lett for helium å dannes. Hydrogenet i stjernene ville bli til helium så raskt at det ikke ville være mye hydrogen igjen for å danne det mest essensielle molekylet for liv - vann. Stjernestoff ville blitt produsert, men uten vann ville livet slik vi kjenner det ikke eksistert. Kanskje noe annet ville ta plassen til vannet, og kanskje livet kunne utvikle seg – men ikke vårt.
Plancks kvantisering av energi var et viktig skritt på veien til teorien om kvantemekanikk, som er avgjørende for vår forståelse av stjernenes tilbilvelse. Vitenskapen har ikke fylt ut alle bitene i puslespillet om hvordan livet faktisk utviklet seg, men kvantemekanikken har begynt å svare på spørsmålet om hvordan brikkene kom dit i utgangspunktet,
https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/plancks-constant/
Planck-konstanten, eller Plancks konstant, er en fundamental fysisk konstant betegnet {\displaystyle h} og er av fundamental betydning i kvantemekanikk. Et fotons energi er lik frekvensen multiplisert med Planck-konstanten. På grunn av masse-energi-ekvivalens, relaterer Planck-konstanten også masse til frekvensen -lenke.

Bilde 5. 'Hva er kvantemekanikk?'

Finjustering i kvantemekanikk
Kvantemekanikkens regler er selvfølgelig veldig forskjellige fra den klassiske mekanikkens regler. I klassisk fysikk er reglene deterministiske og hvert objekt har både en plass og en bestemt hastighet. Men i kvantemekanikk er det litt mer komplisert. Partikler som elektroner har bølgelignende egenskaper, så vi beskriver dem med en bølgefunksjon hvis topper og bunner forteller oss hvor elektronet sannsynligvis er, og hvor det sannsynligvis går". Det er veldig gode nyheter for universet vårt at klassisk fysikk ikke holder på atomnivå, for hvis det gjorde det, ville atomer være ustabile. Men klassisk mekanikk holder for større objekter som mennesker, planter og planeter.

Så hvor går grensen mellom kvante og klassisk? Svaret ligger i Plancks konstant, som eksperimentelt har blitt funnet å ha verdien på 6,62606957 × 10−23 kg m^3 s^−2 i universet vårt. Under denne størrelsen og reglene for kvantemekanikk holder, og over denne størrelsen holder reglene for klassisk mekanikk (med noen komplikasjoner som ikke er direkte relevante for dette argumentet). (17) Hva ville skje hvis vi endret Plancks konstant? Hvis vi brakte konstanten til 0, ville klassisk mekanikk ikke bare gjelde for mellomstore objekter som oss, men også for atomer. Dette ville være en katastrofe for universet vårt fordi atomer ville bli ustabile "ettersom elektroner mister energi og spirerer seg inn i kjernen". Et slikt univers kunne ikke ha mye interessant kjemi. Men hva om vi gjorde Plancks konstant betydelig større? I dette imaginære universet ville mellomstore materielle objekter oppføre seg på kvantelignende måter. Selv om det er vanskelige filosofiske spørsmål om hvordan man tolker kvantemekanikk, kan vi være sikre på at hvis vanlige mellomstore objekter oppførte seg i henhold til disse lovene, ville verden vært et helt annet sted.

I en slik verden må kropper være 'fuzzy'. "Det ville vært som Schrödingers 'ganske latterlige' katt, uten å vite hvor ting er eller hvor de skal. Enda mer forvirrende, dens egen kropp kan være like uklar." Selv om det er uklart nøyaktig hvordan en slik verden ville se ut, ville vi vite at den ikke ville adlyde lovene til klassisk mekanikk og at objekter måtte oppføre seg på både bølgelignende og partikkellignende måter. Hvorvidt det ville være mulig å jakte på et villsvin som beveget seg i henhold til en bølgefunksjon er langt fra klart (i beste fall!), for ikke å snakke om at jeg ikke kunne ha både en plass og en bestemt hastighet samtidig. Tenk deg å sparke en ball i en verden med en veldig stor Plancks konstant og både verden rundt oss, og ballen ville være radikalt uforutsigbar. Denne mangelen på forutsigbarhet ville være et betydelig problem for livets eksistens. Dermed virker det som om Plancks konstant må være relativt nær sin nåværende verdi for at begge atomene skal være stabile og livet skal være mulig -lenke.

Bilde 6. Hvor er Schrödingers katt?

Plancks konstant, symbolisert h, relaterer energien i ett kvantum (foton) av elektromagnetisk stråling til frekvensen av den strålingen.
I det internasjonale enhetssystemet (SI) er konstanten lik omtrent 6,626176 x 10-34 joule-sekunder -lenke.

Spørsmål: Hva ville skje hvis Plancks konstant ville endre seg?
Svar: Pao-Keng Yang Hvordan påvirker Plancks konstant, den makroskopiske verden? 6. juli 2016
En dobling av Plancks konstant kan resultere i en radikal endring av de geometriske størrelsene og tilsynelatende fargene til makroskopiske objekter, solspekteret og lysstyrken, klimaet og tyngdekraften på jorden, samt energikonvertering mellom lys og materialer som effektiviteten til solceller og lysemitterende dioder.

Hvis Plancks konstant var et betydelig større eller mindre tall, "ville hele verden rundt oss vært helt annerledes". Hvis verdien av konstanten ble økt, for eksempel, kan stabile atomer være mange ganger større enn stjerner. Størrelsen på et kilo, som trådte i kraft 20. mai 2019, som avtalt av International Bureau of Weights and Measures er nå basert på Plancks konstant. Lenke.

Bilde 7. 12 universelle lover

Observasjon:
Fundamentale egenskaper er de mest grunnleggende egenskapene til verden. Når det gjelder forestillingen om grunnlag, er fundamentale egenskaper i seg selv ubegrunnede og at de (i det minste delvis) begrunner alle de andre egenskapene. Lovene bestemmer metafysisk hva som skjer i de verdener de styrer. Disse lovene har en metafysisk objektiv tilværelse. Lover systematiserer verden..

Spørsmål:
Hva er de grunnleggende lovene i natur/fysikk, og konstantene, som styrer den fysiske verden? Hvis disse lovene er nødvendige, og konstantene krever en spesifikk verdi i et smalt område for at et livsbetingende univers skal eksistere, hvorfor er universet satt til å være liv-tillatende, fremfor ikke?