Hvorfor afhænger universet af Plancks Constant?

I år 1900 introducerede Dr. Max Planck et mystisk nummer til fysikkens verden. Dette tal, nu kendt som Plancks konstant , ville blive hjørnestenen i kvantemekanikken og til sidst hjælpe med at redde dagen i en populær Netflix-serie. Men hvad er Plancks konstant, og hvorfor er det så afgørende?

1. Klassisk mekanik vs. kvantemekanik
2. Plancks konstant i kvanteteori
3. Hvorfor små ændringer i Plancks konstante stof
4. Fik 'Stranger Things' det rigtige?

Klassisk mekanik vs. kvantemekanik

Kvantemekanik beskæftiger sig med de bittesmå partikler, der udgør vores univers, og samspillet mellem dem. Plancks konstant er afgørende for at definere disse partiklers adfærd.

Men for virkelig at forstå dets betydning, skal vi først forstå forskellen mellem klassisk mekanik, som beskriver bevægelsen af ​​hverdagsobjekter, og kvantemekanik, som dykker dybt ned i universets mikroskopiske skala.

Klassisk mekanik

Denne fysikgren, som Sir Isaac Newton beskrev i slutningen af ​​1600-tallet, beskæftiger sig med den observerbare verden og forklarer, hvordan æbler falder fra træer og planeter, der kredser om stjerner. Hvis vi tænker på energi som vand, så kan vi i klassisk mekanik hælde en hvilken som helst mængde vand kontinuerligt.

Kvantemekanik

Træd ind i det bizarre og uventede rige! I kvantemekanikken opfører energi sig lidt anderledes. I stedet for at hælde vand løbende, er det som at tilføje sukkerterninger til en kaffekop. Vi kan tilføje en, to eller tre sukkerterninger, men ikke en halv eller en fjerdedel.

Denne diskrete natur af energi er et grundlæggende begreb i kvanteteorien, og det er her, Plancks konstante træder ind.

Plancks konstant i kvanteteori

Plancks konstant definerer mængden af ​​energi en foton (en partikel af lys) kan bære, baseret på frekvensen af ​​dens elektromagnetiske bølge. Dette forhold mellem fotonenergi og elektromagnetisk stråling er afgørende for at forstå fænomener som den fotoelektriske effekt.

Elektromagnetisk stråling og elementarpartikler "viser i sig selv både partikel- og bølgeegenskaber," forklarer Fred Cooper, en ekstern professor ved Santa Fe Institute, et uafhængigt forskningscenter i New Mexico, via e-mail.

"Den grundlæggende konstant, der forbinder disse to aspekter af disse entiteter, er Plancks konstant," siger han. "Elektromagnetisk energi kan ikke overføres kontinuerligt, men overføres af diskrete fotoner af lys, hvis energi E er givet af E =hf, hvor h er Plancks konstant, og f er lysets frekvens."

Hvorfor små ændringer i Plancks konstante stof

Et af de spændende aspekter af Plancks konstant er, at dens værdi har set små ændringer over tid. Selvom disse små justeringer ikke får Jorden til at stoppe med at dreje, kan en betydelig afvigelse i dens værdi føre til et univers, hvor atomer er større end stjerner. Tal om en kosmisk rystelse!

Og for de trivia-entusiaster er størrelsen på et kilo nu afhængig af Plancks konstant. Jep, denne lille grundlæggende fysiske konstant spiller en rolle i at definere vægten.

Fik 'Stranger Things' det rigtige?

Hvis du er en "Stranger Things"-fan, husker du måske en scene fra sæson tre, der involverer Plancks konstant. Men der er et twist! Showrunners brugte 2014-værdien for Plancks konstant i stedet for 1985-værdien, et lille hikke i deres ellers omhyggelige opmærksomhed på detaljer.

Denne artikel blev opdateret i forbindelse med AI-teknologi, og derefter faktatjekket og redigeret af en HowStuffWorks-redaktør.

Ofte besvarede spørgsmål

Hvad bruges Plancks konstant til?

Er der en sammenhæng med andre konstanter?