يعتبر الثابت جزءًا أساسيًا من ميكانيكا الكم، وهو فرع الفيزياء الذي يتعامل مع الجسيمات الدقيقة التي تتكون منها المادة والقوى المشاركة في تفاعلاتها، تم تصميم ثابت بلانك في عام 1900 من قبل الفيزيائي الألماني ماكس بلانك، الذي فاز بجائزة نوبل لعام 1918، وفي هذا المقال سنوضح ما هو ثابت بلانك وما هي قيمته
ما هو ثابت بلانك
- ثابت بلانك، هو أحد هذه الثوابت الفيزيائية التي تحدد سلوك الجسيمات والموجات على النطاق الذري جنبًا إلى جنب مع الجانب الجسيمي للضوء.
- في كم الكهرومغناطيسية، ثابت بلانك هو الثابت الفيزيائي الذي يربط الطاقة التي يحملها فوتون واحد بالتردد المقابل له، ويتم تمثيلها بواسطة h والقياس باستخدام Js في نظام SI و eVs في نظام MKS.
- وضُع هذا الثابت في عام 1900 من قبل الألمان فيزيائي يدعى ماكس بلانك، الذي فاز بجائزة نوبل 1918 لعمله – هو جزء حاسم من ميكانيكا الكم، وهو فرع من الفيزياء التي تتعامل مع الجزيئات الصغيرة التي تشكل المادة والقوى التي تشارك في تفاعلاتها.
اقرأ أيضا: ما هي اللبتونات
ما هي قيمة ثابت بلانك
اكتسبت قيمة ثابت بلانك أهمية قصوى في ميكانيكا الكم، لذلك يمكن تعريفه على أنه ثابت أساسي، يساوي طاقة كم من الإشعاع الكهرومغناطيسي مقسومًا على تردده.
تم التحقق من صحة قيم ثابت بلانك أو قيمة h بشكل تجريبي، قيمة h معطاة أدناه:
- قيمة h بوحدات النظام الدولي:
h = 6.6260715×10-34 J.s - قيمة h بوحدات المتر – كيلوجرام – ثانية (MKS):
h = 4.135667662×10-15 eV.s - قيمة h من حيث :Ep.tp
2 pi
تطبيقات ثابت بلانك
- تُستخدم قيمة ثابت بلانك في العديد من التطبيقات بما في ذلك معادلة بلانك، على سبيل المثال، تعطى الطاقة المرتبطة بالفوتون من خلال ناتج الثابت (h) وتردده.
- الثابت البلانكي هو جزء لا يتجزأ من بعض الصيغ الثورية، وفي إشعاع الجسم الأسود، يعطى الإشعاع الطيفي للجسم.
- في نهاية القرن التاسع عشر، كانت هناك قياسات دقيقة لطيف إشعاع الجسم الأسود، لكن تنبؤات توزيع التردد للإشعاع من خلال النظريات الموجودة في ذلك الوقت تباينت بشكل كبير عند الترددات الأعلى.
- في علم القياس، يتم استخدامه مع الثوابت الأخرى لتحديد الكيلوغرام، وهو وحدة النظام الدولي للوحدات.
- يعتمد حجم الكيلوغرام، الذي دخل حيز التنفيذ في 20 مايو 2019، وفقًا لما اتفق عليه المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (اختصاره الفرنسي BIPM) على ثابت بلانك.
اقرأ أيضا: ما هو الرادار الكمومي
شرح قانون ثابت بلانك
- حاول ماكس بلانك وغيره من الفيزيائيين في أواخر القرن التاسع عشر، وأوائل القرن العشرين فهم الفرق بين الميكانيكا الكلاسيكية – أي حركة الأجسام في العالم المرئي من حولنا، التي وصفها إسحاق نيوتن في أواخر القرن السابع عشر، بأنها عالم غير مرئي من فائق الصغر، حيث تتصرف الطاقة في بعض النواحي مثل الموجة وفي بعض النواحي مثل الجسيم، المعروف أيضًا باسم الفوتون .
- في ميكانيكا الكم، فإن الأشياء تتصرف بشكل مختلف عن العالم العياني، فكمية الطاقة التي يمكن أن يمتلكها المذبذب منفصلة، مثل درجات السلم، ويتم فصل مستويات الطاقة بـ h في f، حيث f هو تردد الفوتون – جسيم من الضوء – يحرر الإلكترون أو يمتص للانتقال من مستوى طاقة إلى آخر.
- كمثال على ذلك: في الميكانيكا الكلاسيكية، تكون الطاقة مستمرة، مما يعني أنه إذا أخذت موزع السكر الخاص بك، يمكنك صب أي كمية من السكر في قهوتك، “أي كمية من الطاقة لا بأس بها”.
- لكن ماكس بلانك وجد شيئًا مختلفًا تمامًا عندما نظر بشكل أعمق “الطاقة مُقاسة، أو منفصلة، مما يعني أنه يمكنك إضافة مكعب سكر واحد فقط أو اثنين أو ثلاثة، يسمح فقط بكمية معينة من الطاقة “.
- يحدد ثابت بلانك مقدار الطاقة التي يمكن أن يحملها الفوتون، وفقًا لتردد الموجة التي ينتقل خلالها.
- إن الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسيمات الأولية “تعرض بشكل جوهري خصائص الجسيمات والموجات”، “الثابت الأساسي الذي يربط بين هذين الجانبين من هذه الكيانات هو الثابت البلانكي، لا يمكن نقل الطاقة الكهرومغناطيسية بشكل مستمر، ولكن يتم نقلها بواسطة فوتونات ضوئية منفصلة تعطى طاقتها E بواسطة E = h f ، حيث h هو الثابت، و f هي تردد الضوء “.
تغير قيمة الثابت البلانكي
- من الأمور المربكة لغير العلماء بشأن الثابت أن القيمة المخصصة له قد تغيرت بكميات ضئيلة بمرور الوقت، بالعودة إلى عام 1985، كانت القيمة المقبولة هي h = 6.626176 x 10 -34 Joule-seconds ، الحساب الحالي، الذي تم إجراؤه في 2018، هو h = 6.62607015 x 10 -34 Joule-seconds.
- في حين أن هذه الثوابت الأساسية ثابتة في نسيج الكون، فإننا نحن البشر لا نعرف قيمها الدقيقة، لقياس الثابت البلانكي، استخدم العلماء تجربتين مختلفتين: توازن كيبل وطريقة كثافة بلورات الأشعة السينية (XRCD)، ومع مرور الوقت، طوروا فهمًا أفضل لكيفية الحصول على رقم أكثر دقة.
- وعندما يتم نشر رقم جديد، يقدم المجربون أفضل رقم لديهم بالإضافة إلى أفضل طريقة لحساب عدم اليقين في قياسهم، ومن المأمول أن تكمن القيمة الحقيقية، ولكن غير المعروفة للثابت، في الفاصل الزمني بين زائد / ناقص عدم اليقين حول الرقم المنشور، مع وجود احتمال إحصائي معين.
- هذا الغموض الضئيل في حسابات العلماء ليس مشكلة كبيرة في مخطط الأشياء، ولكن إذا كان الثابت رقمًا أكبر أو أصغر بكثير، فإن “كل العالم من حولنا سيكون مختلفًا تمامًا”، فإذا زادت قيمة الثابت، على سبيل المثال، فقد تكون الذرات المستقرة أكبر بعدة مرات من النجوم .
المراجع
