您当前的位置:首页 > 生活百科 > 科学

什么是普朗克常数?为什么宇宙都要依赖它?

时间:2022-08-15 12:36:44  来源:今日头条  作者:风凌杂谈

如果你是网飞系列“奇怪物语”的粉丝,你应该看过《气候》第三季的场景,在这个场景中,达斯汀试图通过业余无线电联系哄骗他聪明的异地恋女友苏西,告诉他一个叫普朗克常数的东西的精确值,这也是打开一个保险箱的密码,里面有关闭邪恶的另一个宇宙大门所需的钥匙。

德国物理学家马克斯·普朗克在1900年发明普朗克常数是,并因此获得了1918年的诺贝尔奖

但是在苏西背诵这个神奇的数字之前,她要求一个很高的价格:达斯汀必须为电影《永无止境的故事》唱主题曲。

这可能会让你想知道:到底什么是普朗克常数?

这个常数是由德国物理学家马克斯·普朗克于1900年发明的,并因此获得1918年的诺贝尔奖。它是量子力学的一个重要组成部分,量子力学是研究组成物质的微小粒子及其相互作用中所涉及的力的物理学分支。从计算机芯片、太阳能电池板到激光器,“物理学解释了一切的工作原理。”

看不见的微小世界

在19世纪末和20世纪初,普朗克和其他物理学家试图理解经典力学(即牛顿在17世纪末描述的我们周围可观测世界中的物体运动)和一个不可见的超微观世界(在那里,能量在某些方面像波,在某些方面像粒子,也被称为光子)之间的区别。

“在量子力学中,物理学的工作方式与我们在宏观世界中的体验不同,”物理学家斯蒂芬·施拉姆明格(Stephan Schlamminger)解释道。作为解释,他引用了一个熟悉的谐振子的例子,一个孩子在秋千上。

“在经典力学中,孩子可以在秋千路径上的任何振幅(高度),”Schlamminger说。“系统的能量与振幅的平方成正比。因此,这个孩子可以在从零到某一点的任何连续的能量范围内摆动。”

但当你深入到量子力学的层面时,情况就不同了。Schlamminger说:“振荡器所能拥有的能量是分立的,就像梯子上的阶梯一样。”“电子从一个能级进入另一个能级时会释放或吸收光子。”

另一位物理学家达林·艾尔·哈达德(Darine El Haddad)用往咖啡里放糖的比喻解释了普朗克常数。“在经典力学中,能量是连续的,这意味着如果我拿着我的糖罐,我可以在我的咖啡中倒入任何数量的糖,”她说。“任何数量的能量都可以。”

但马克斯·普朗克深入研究后发现了一些非常不同的东西。“能量是量子化的,或者是离散的,这意味着我只能添加一个或两个或三个方糖。只有一定数量的能量是允许的。”

普朗克常数根据光子传播的波的频率定义了光子所能携带的能量。

物理学家弗雷德·库珀解释说,电磁辐射和基本粒子“本质上显示了粒子和波的特性”。“连接这两个实体的基本常数是普朗克常数。电磁能量不能连续传递而是通过光的离散光子传递能量E(能量)由E = hf给出,其中h是普朗克常数,f是光的频率。

一个略微变化的常数

普朗克常数让非科学家感到困惑的一点是,赋予它的值随着时间的推移发生了微小的变化。回到1985年,公认的值是h = 6.626176 x 10-34焦耳秒。目前的计算是在2018年完成的,h = 6.62607015 x 10-34焦耳秒。

施拉姆明格解释说:“虽然这些基本常数在宇宙的结构中是固定的,但我们人类并不知道它们的确切值。”“我们必须建立实验,以最大限度地发挥人类的能力来测量这些基本常数。我们的知识来自于一些实验,这些实验得到了普朗克常数的平均值。”

为了测量普朗克常数,科学家们使用了两种不同的实验——Kibble平衡和x射线晶体密度(XRCD)方法,随着时间的推移,他们对如何获得更精确的数字有了更好的理解。“当一个新的数字公布时,实验者提出他们最好的数字,以及他们对测量不确定度的最佳计算,”施拉明格说。“我们有信心,真正的普朗克常数值已经不远了。Kibble平衡法和XRCD方法如此不同,但这两种方法的检测结果如此一致,这绝不仅仅是一个巧合。”

科学家计算中微小的不精确在事情的计划中并不是什么大问题。但是,如果普朗克常数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)解释道。例如,如果常数的值增加,稳定的原子可能比恒星大很多倍。

根据国际度量衡局(其法语首字母缩写为BIPM)的协议,2019年5月20日生效的质量单位 Kg 的值现在是基于普朗克常数得来的。



Tags:普朗克常数   点击:()  评论:()
声明:本站部分内容及图片来自互联网,转载是出于传递更多信息之目的,内容观点仅代表作者本人,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担。如有任何标注错误或版权侵犯请与我们联系,我们将及时更正、删除。
▌相关推荐
什么是普朗克常数?为什么宇宙都要依赖它?
如果你是网飞系列“奇怪物语”的粉丝,你应该看过《气候》第三季的场景,在这个场景中,达斯汀试图通过业余无线电联系哄骗他聪明的异地恋女友苏西,告诉他一个叫普朗克常数的东西的...【详细内容】
2022-08-15  Search: 普朗克常数  点击:(187)  评论:(0)  加入收藏
▌简易百科推荐
北斗系统早已全球开放,为何我国还在用GPS?真实原因令人无奈
我国科研团队,曾经用了整整10多年的时间,才打造开发出北斗卫星导航系统,这套系统已经全球开放,然而细心的网友会发现,北斗卫星系统,并没有成为我国唯一使用的导航系统,我国为什么还...【详细内容】
2024-04-10  科学知识点秀    Tags:北斗系统   点击:(4)  评论:(0)  加入收藏
北美地区等来天文“大片”,日全食“科研盛宴”即将开场
图片来源:物理学家组织网图为三枚位于NASA沃洛普斯飞行设施内的火箭。日全食期间,火箭将与科学仪器一起发射,研究地球电离层。图片来源:NASA官网北京时间4月9日,由太阳和月球联袂...【详细内容】
2024-04-08    新华社  Tags:日全食   点击:(4)  评论:(0)  加入收藏
今年全球唯一一次日全食要来了
今年备受瞩目的天象来了!全球唯一一次日全食将于北京时间4月9日凌晨上演,全食带扫过北美洲,墨西哥、美国和加拿大的众多城市都能看到这次日全食,发生时间为当地时间4月8日中午到...【详细内容】
2024-04-07    新华社  Tags:日全食   点击:(4)  评论:(0)  加入收藏
你在光速飞船上奔跑,速度超过光速了吗?
简单回答,没有超过光速。虽然答案很简单,但里面涉及到的东西很多,这里有必要进行详细分析。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,光速是宇宙最快的速度,任何物体的速度都不可能超过光速...【详细内容】
2024-03-27  宇宙怪谈    Tags:光速   点击:(20)  评论:(0)  加入收藏
地磁暴导致嗜睡?对生活有何影响?科普来了
据中国气象局消息,3月24日、25日和26日三天可能出现地磁活动。其中3月25日会发生中等以上地磁暴甚至大地磁暴,预计地磁活动将持续到26日。相关消息一经发布,关于“地磁暴”的话...【详细内容】
2024-03-27    澎湃新闻  Tags:地磁暴   点击:(15)  评论:(0)  加入收藏
量子力学,你了解多少?一起探索微观世界的奥秘!
量子力学,作为现代物理学的两大基石之一,自诞生以来就以其独特的视角和深刻的内涵,引领着科学家们探索微观世界的奥秘。它不仅是描述微观物质的基本理论,更是连接微观世界与宏观...【详细内容】
2024-03-08    简易百科  Tags:量子力学   点击:(19)  评论:(0)  加入收藏
面粉竟然会爆炸!事关粉尘爆炸,你应该知道
面粉竟然会爆炸!事关粉尘爆炸,你应该知道最近的热播剧《猎冰》中有这样一个片段毒贩黄宗伟拎着一袋面粉进了厨房随后把面粉倒进盆里镜头一转突然发生了爆炸而且威力看起来还不...【详细内容】
2024-03-06    北京日报客户端  Tags:粉尘爆炸   点击:(15)  评论:(0)  加入收藏
牛顿、爱因斯坦和钱学森,晚年为何研究虚无之物?难道神真存在?
随着人类技术的日新月异,人类也逐渐从过去传统的古老神话中清醒出来,知道了一个个奥秘,比如“地球是圆的,在围绕太阳运动”,再比如人和猴子,都有着同样的祖先。如今这些都是人们共...【详细内容】
2024-03-05  秋原历史    Tags:牛顿   点击:(15)  评论:(0)  加入收藏
揭开量子之谜:科学家首次获得真空衰变的实验证据
IT之家 1 月 25 日消息,由纽卡斯尔大学(Newcastle University)科学家参与的国际团队,近日在意大利完成实验,首次获得了真空衰变的实验证据。根据量子场论,一个不太稳定的状态转变...【详细内容】
2024-01-25  IT之家    Tags:量子   点击:(52)  评论:(0)  加入收藏
大质量原恒星团咋形成的?“绘”出来了
新华视点 | 作者 魏梦佳璀璨星空下,人类所看到的遥远星光,其实主要来自大质量恒星。这些体积庞大但数量稀少的恒星则诞生于大质量原恒星团。然而,这些庞然大物究竟如何形成的?图...【详细内容】
2024-01-16    新华视点  Tags:恒星团   点击:(55)  评论:(0)  加入收藏
相关文章
    无相关信息
站内最新
站内热门
站内头条