量子力學的核心,普朗克常數

2020-12-27 夸克星貓

普朗克常數定義了我們宏觀實在物理學的尺寸級別,指引了通向奇異量子世界之路。而且微觀世界的量子表現能在宇宙的各種尺度觀測到。實際上,只需要測量陽光的顏色,就能觀測到這種量子表現的效果。甚至還能藉此測量普朗克常數。

芝諾著名的悖論告訴我們超越烏龜是不可能的。盡力奔跑,當你到達烏龜的初始位置是,烏龜早就向前移動了;你到達第二個位置時,烏龜又向前移動了一小點。為了超越烏龜,你需要無限次的到達之前烏龜達到的位置。每一步都比上一步短,但仍存在無限多步數。

這個悖論有一些問題,其中之一是它認為空間是無限可分的。事實並非如此,當你與烏龜之間的距離小到不可思議時,你的位置會呈現量子不確定性,當足夠接近是,這種量子模糊效應意味著無法斷言你的位置到底是在烏龜身前還是身後。這種效應,本質就是海森堡不確定性原理,描述了物體位置能被定義的最小尺度。

極小的普朗克常數:6.63×10^-34 J·s,規定了這種量子模糊的尺度。在許多方面,它定義了量子世界的可分割性。普朗克常數基本都會出現在描述量子現象的方程中。例如海森堡不確定性原理,德布羅意物質波,還有薛丁格方程,電子軌道能級,以及光子能量與頻率之間的關係。普朗克常數也定義了普朗克長度(1.6x10^-35 m),一個假象出來的值,比這個更小的尺寸沒有任何意義。

普朗克常數的影響在我們的宏觀尺度上也能觀測到。比如普朗克常數與太陽的溫度一同規定了陽光的顏色。如果普朗克常數比當前小25%,我們會看到紫太陽,其他的東西也一樣。宇宙中所有物體都根據自身溫度在發光,物體越熱,粒子振動的越快,產生的光子的平均頻率隨著溫度上升亦而增大。光子的平均頻率決定了我們觀察到的顏色,太陽是黃色的,因為其表面溫度為6000K,在電磁波譜的綠色和黃色區域產生了比其他區域更多的光子。藍巨星(參宿七)有12000K,它會產生巨量的高頻藍光以及更多的紫外線。我們的溫度大概是310K附近,因此,我們的熱量主要輻射出低頻紅外光子,這也是紅外攝像機的原理。

德國物理學家馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克在解決黑體輻射光譜時,發現了普朗克常數。這個發現過程還蠻有趣的,當時他只是為了尋求某種數學技巧去解決黑體輻射,設想了讓粒子僅能以一個最小能量的整數倍進行振動,而在最後整合公式時,引進的一個常數卻無法去掉。就好像電腦死機了亂按鍵盤湊效了一般,

普朗克的發現是愛因斯坦需要設想的光量子存在的線索。光既是波,也是粒子,攜帶量子化的能量。愛因斯坦通過光電效應證明了他的假說,為此他獲得了1921年的諾貝爾物理學獎。緊隨普朗克在1918年獲獎之後。這一發現點燃了科學的狂熱,導致了20世紀20年代的量子革命。而這個普朗克在他絕望時刻弄出來的小小的數,普朗克常數仍舊待在所有量子世界的核心位置。

相關焦點

  • 普朗克常數
    我們都說量子力學是描述微觀世界結構、運動與變化規律的物理科學。它是20世紀人類文明發展的一個重大飛躍。那麼,在這其中普朗克假設是怎樣的呢?我們需要了解一個物理常量。那就是普朗克常數。在物理學的基本常數中,有些是通過實驗觀測發現的,如真空中的光速 、基本電荷、磁常數 、電常數 等。也有一些是在建立相關定律、定理時被引入或間接導出的,如牛頓引力常數、阿伏伽德羅常數 、玻耳茲曼常數 等。
  • 普朗克常數與一系列普朗克常量分別是什麼?它們支配著這個世界!
    年輕的普朗克能量子的概念和普朗克常數都是在他在研究普朗克輻射定律的過程中提出和發現的。那普朗克常數究竟是什麼呢?普朗克常數是一個物理常數,用h表示,被用來描述量子的大小,是量子力學領域最重要的常數,其大小為6.62607015×10^(-34) J·s。人類七大基本單位之一的「千克」就是基於普朗克常數,利用質能公式轉換而制定的。除了這個普朗克常數外,還有一系列的普朗克常量,如普朗克溫度,普朗克時間,普朗克長度。
  • 【科普向】什麼是普朗克常數?
    本文大致分為兩個部分,第一部分按照歷史發展的順序簡單回顧普朗克常數的提出和量子力學的發現過程,第二部分按照個人理解簡單介紹普朗克常數在物理學框架中的地位或意義。希望能滿足對量子物理了解程度各不相同的讀者。
  • 量子力學中普朗特常數代表什麼?原來時間是一段、一段的量子組成
    量子講堂第二期:在量子力學中有一個十分重要的物理常數,即普朗克常數,它代表著量子的最小單位,那麼普朗特常數究竟有什麼現實意義呢?在第一期的量子講堂中,我們了解到:原來量子並不是一種實際的粒子,而是物理量的最小單位,量子的概念最初是由德國物理學家普朗克在1900年提出的,普朗克提出最初的能量子代表的是能量的最小單位,進而普朗克又提出了量子力學中一個十分重要的物理量:普朗克常數,從普朗克常數又可以推導、變形出多個常數,例如:普朗克時間、普朗克長度、普朗克能量,它們究竟代表著什麼呢?
  • 如果普朗克常數可以變化,世界將變成什麼樣子?細思極恐!
    最早的量子概念就是這麼來的,這個數值就被稱為普朗克常數h=6.62607015×10^(-34) J·s。所以,如果問為什麼普朗克常數是最小能量劃分?那是因為實驗觀察到的結果如此。普朗克常數與「不確定性原理」之間的關係討論普朗克常數的問題,就一定得在量子力學的框架下來闡述。而量子力學中有一個最核心的原理,即1927年海森堡在索爾維會議上正式提出的「不確定性原理」。
  • 數學界有4個神奇的數字:除了圓周率和普朗克常數,你還知道幾個
    普朗克常數不熟悉量子力學的人估計都沒有聽過這個名字,普朗克常數的作用是描述量子的大小。它的創始人普朗克是能和愛因斯坦並駕齊驅的物理學家,是量子力學的主要開創者。量子力學的基礎概念就是量子,而普朗克常數就是專門用來描述它的。量子是微觀角度的概念,它的大小是多少對於研究它的性質而言,是個重要的出發角度。
  • 量子序曲之普朗克常數
    我們用大寫英文字母$E$來表示能量,小寫希臘字母$\nu$表示頻率,而比例因子被記做$h$,為了榮耀普朗克,我們稱之為普朗克常數。現在一個光子(或一個光量子)攜帶的能量就是:「普朗克常數 x 光的頻率」在國際單位制中能量的單位是焦耳,能量是物理世界中的「貨幣」,它可以有多種形態存在,並可以互相轉換,但在轉換過程中沒有「花帳」和「黑洞」,我們需要做的是把轉換因子定義好,這樣就可得到能量守恆的概念了。
  • 玻爾巧遇海森堡,量子迷霧一掃光,普朗克常數再發威
    只懂經典物理,就敢猜測原子模型,太膨脹了》一文中,提到了玻爾的原子模型打開了量子力學的大門,這裡來講一講一、在通往量子力學的路上,玻爾巧遇驅霧人話說,玻爾成功利用自己的氫原子模型解釋了氫原子譜線之後,立刻成為了那個階段物理學界中的明星。跟我們現在很多人出名了之後一樣,四處講學。一天,玻爾在某個禮堂裡面向下面的聽眾描述他的原子結構。
  • 普朗克常數簡史
    普朗克在他就任柏林理論物理學教授前,一直在熱力學和電磁學領域努力思考這個問題和相關的問題許多年。在普朗克到達之前,這個職位是給玻爾茲曼和赫茲的,但兩人都拒絕了。對普朗克來說這是幸運的,由於柏林是黑體輻射實驗研究中心,普朗克所潛心進行的實驗工作對他後來的理論成果起到了關鍵的作用。物理學家與同事之間有廣泛的和隨意的交談時,他們往工作得最好。
  • 普朗克
    熱力學第一定律,即能量守恆定律,是第一個給正在上中學的普朗克留下深刻印象的自然中的「確定的事」。後來在大學生涯中,普朗克還十分確信熱力學第二定律,即熵定律。這也是自然界一條「確定」的規則,這一定律後來成為了他在慕尼黑時博士論文的課題,並一路指引著他發現了如今為人們所熟知的量子力學的核心——普朗克常數,h(1900年)。
  • 普朗克常數是什麼?為什麼宇宙要依賴它?
    普朗克常數幾乎是所有學過物理的人所知道的,可以說是常識。德國物理學家馬克斯·普朗克於1900年計算得出該常數,這使得他獲得了1918年的諾貝爾獎。這一常數改變了遊戲規則,其通過描述物質的最細微部分如何在稱為量子的離散束中釋放能量,從而將「量子」本質上置於量子力學中。
  • 光速與普朗克常數引出愛因斯坦的相對論及其命運的轉機:互為貴人
    他就是普朗克的博士研究生和助手勞厄。愛因斯坦當時論文(物理雙月刊網)二、勞厄與愛因斯坦的會晤那年夏天,愛因斯坦迎來了一位拜訪者即同齡人勞厄。勞厄當時在歐洲科學界已經廣為人知,因為他曾先後到過斯特拉斯堡大學、哥根廷大學、柏林洪堡大學等知名學校研習數學、物理、化學等。1902年他經物理學家普朗克指導獲得博士學位,並成為普朗克的助教。
  • 普朗克、薛丁格和德布羅意的悲劇
    現在的主流觀點認為,經典物理學是解析宏觀宇宙的理論(相對論是替代它的理論),事實上,經典物理學也涵蓋了量子力學的領域,是一個涵蓋了宏觀和微觀領域的綜合理論。 好了,普朗克、薛丁格、和德布羅意是粒子學家嗎?
  • 量子力學中的「量子」,到底是什麼意思?
    而量子力學中的量子到底指什麼,很多人都不知道。其中量子力學中的一個核心觀點就是:微觀世界的很多東西,都不是連續的,比如能量是一份一份的,有一個最小值,所有可能的能量都是這個最小值的整數倍。再比如電子運行的軌道,也是一圈一圈的,每個圈之間必須相隔一定的距離,且這個圈必須滿足特定的方程,電子也無法在圈之間存在。
  • 量子力學的核心——薛丁格方程
    而量子力學的核心方程就是薛丁格方程,它就好比是牛頓第二定律在經典力學中的位置。也許你沒見過薛丁格方程,但是你或許聽過他那隻舉世聞名的貓,因為薛丁格貓同時處於死和活的疊加態。不過今天的主要目的是要讓你們理解薛丁格方程, 因此我首先要從波和粒子開始說起。
  • 微觀世界的秘密,解讀量子力學與粒子物理學!
    因此,有必要在這兒介紹一點量子力學及粒子物理的知識。普朗克尺度前面曾經說過,廣義相對論當宇宙小到一定的程度就不適用了,小到什麼尺度呢?那叫做普朗克尺度。德國物理學家普朗克(Max Planck,1858年-1947年)是量子力學的創始人,他的名字經常和量子理論中的一個基本常數:普朗克常數連在一起。量子力學背後的基本思想是波粒二象性。
  • 量子力學的發展史----浦劍的介紹
    量子力學的發展革命性地改變了人們對物質的結構以及其相互作用的認識。量子力學得以解釋許多現象和預言新的、無法直接想像出來的現象,這些現象後來也被非常精確的實驗證明。除通過廣義相對論描寫的引力外,至今所有其它物理基本相互作用均可以在量子力學的框架內描寫(量子場論)。
  • 普朗克人物簡介
    雖然家庭條件優越,但是普朗克學習還是十分刻苦。1867年全家搬去了慕尼黑,普朗克在馬克西米利安文理中學讀書,並在那裡他受到數學家奧斯卡·馮·米勒的啟發,發現自己對數理方面的興趣。從米勒那普朗克學到了生平第一個物理學原理——能量守恆。在這段期間,普朗克第一次接觸了物理學這個領域。換個角度說,米勒應該是普朗克的物理啟蒙老師。
  • 實驗二十六 光電效應測普朗克常數
    【實驗目的】1、了解光電效應基本規律;2、用光電效應方法測量普朗克常量;3、測定光電管的光電特性曲線。【實驗儀器】3、測量普朗克常數 (1)將實驗儀「電壓選擇」鍵置於「–2 V~+2V」檔,將「電流量程選擇」開關置於「」檔。將測試儀電流輸入電纜斷開,調零後重新接上。
  • 宇宙常數還是量子力學?
    關於宇宙常數牛頓開創的經典力學時代曾經有過300多年的輝煌,無數科學家為之努力與奮鬥,拉普拉斯以此為基礎為其開啟經典天體力學,勒維耶以此計算發現了海王星,更有開爾文勳爵的大言不慚「未來的物理學只能在小數點後6位尋找存在」,普朗克導師建議他改行……但其實就像開爾文勳爵說的兩朵烏雲,第一朵烏雲出現在光的波動理論上,第二朵烏雲出現在關於能量均分的麥克斯韋