物理學家精確測定普朗克常數

2020-11-24 cnBeta
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新聞來源:solidot

英國國家物理實驗室的研究人員

開發出新技術

,能以前所未有的精度測量普朗克常數。這標誌著精確定義國際單位千克邁出了重要的一步。 國際單位制中7個基本單位有6個是基於自然常數——米,秒,安培,開爾文,摩爾和坎德拉(發光強度單位)。

舉例來說,米是光在真空中1⁄299,792,458之一秒所走的距離。只有千克是基於保存在巴黎的鉑銥圓柱體。物理學家一直呼籲用自然常識定義千克。2011年10月,國際度量衡大會同意用普朗克常數定義千克。但首先需要精確測量

普朗克常數

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    這個問題通常被稱為「黑體問題」,因為物理學家將完全吸收,然後又重新發出輻射的理想物體叫做「黑體」。問題是眼中的,因為它揭示出無法理解任何物體和每個物體發出光的性質。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。
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    兩個舊哈勃常數「打架」 哈勃常數刻畫的是現在宇宙的膨脹,因此它非常重要。於是,精確測定哈勃常數就成了一個很重要的物理問題——就好像精確測定光速或者普朗克常數一樣,精確測量這個常數可以把物理學做得更完美。
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    ——川哥,於平衡態統計物理課上今天是2016年4月23日,德國著名物理學家、量子論的創始人之一、諾貝爾獎獲得者馬克思·普朗克(Max Planck, 1858-1947)誕辰158周年。在此藉助這篇科普向的文章,紀念這位偉大的物理學家,以及他給現代物理學、乃至所有現代科學和技術帶來的深刻變革。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。
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    IT之家訊 普朗克常數記為h,是一個物理常數,用以描述量子大小。在原子物理學與量子力學中佔有重要的角色,馬克斯·普朗克在1900年研究物體熱輻射的規律時發現,只有假定電磁波的發射和吸收不是連續的,而是一份一份地進行的,計算的結果才能和試驗結果是相符。
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    這裡h就是著名的普朗克常數而ν是光的頻率。自此,普朗克常數(或約化普朗克常數ħ = h /2π)開始出現在描述各種微觀粒子性質的物理量中,比如自旋⻆動量等於ħ的整數或半整數倍,原子或分子的大小正比於ħ的平方。在各種量子效 應,比如量子隧穿和能級分裂,我們也都能看到普朗克常數扮演的重要⻆色。現在普朗克常數已經成為量子效應的代名詞。