Planck tunggal $h$ konstanta
Planck mengembangkan teori radiasi benda hitamnya dengan asumsi bahwa atom yang diperlakukan sebagai osilator harmonik sederhana dapat tetap berada dalam keadaan energi yang sangat ditentukan. Jika frekuensi normal osilator tersebut adalah$\nu$, maka tingkat energi adalah kelipatannya $h \nu$ (itu adalah $E_n = n h \nu$, melupakan getaran titik nol). Dari pemahaman saya, di sini$h$ melayani hanya konstanta proporsionalitas.
Belakangan, Einstein menyatakan bahwa cahaya bisa ada dalam kuanta (foton). Untuk setiap gelombang frekuensi elektromagnetik$\nu$ energi minimal kembali $h \nu$. Dia kemudian dengan sangat berhasil menjelaskan efek fotolistrik dengan pendekatan ini. Disini lagi,$h$ adalah konstanta proporsionalitas.
Pertanyaan saya adalah mengapa dalam dua kasus ini $h$adalah (atau seharusnya?) adalah konstanta yang sama? Apa hubungan antara keduanya$h$dalam dua pendekatan. Mengapa ini berkembang seperti ini? Maksud saya, dari eksperimen radiasi benda hitam dan pengukuran efek fotolistrik, seseorang dapat memperoleh konstanta Planck, dan melihat bahwa konstanta tersebut memang sama (dalam beberapa ketidakpastian). Tapi ini tidak menyelesaikan masalah saya ini$h$diasumsikan sama. Saya jelas kehilangan beberapa hubungan di antara ide-ide ini. Terima kasih banyak bagi mereka yang dapat menjelaskan ini secara rinci atau menunjuk ke literatur yang relevan tentang topik tersebut.
Jawaban
Ada tiga pilar eksperimen yang memaksakan mekanika kuantum pada awalnya sebagai teori fenomenologi dan kemudian sebagai teori fisika yang lebih formal dengan prinsip dan dalil serta persamaan diferensial.
spektrum atom
radiasi benda hitam
efek fotolistrik
Atom Bohr mengikat pengamatan dengan mengasumsikan tingkat energi terkuantisasi untuk atom, menggunakan h secara eksplisit dalam kuantisasi momentum sudut yang diterapkan secara sewenang-wenang yang memungkinkan tingkat energi stabil. (Lihat jawaban saya ini).
Kemudian persamaan Schrodinger memperkenalkan persamaan gelombang dan setelah itu teori mekanika kuantum lepas landas.
Jadi meskipun siswa baru diperkenalkan dengan teori, pengembangan teori itu melelahkan, dan sangat bergantung pada pengamatan dan pengukuran yang sesuai. Konstanta tunggal dipaksa oleh data.
Einstein terinspirasi oleh hipotesis kuantum Plank. Plank mengusulkan bahwa untuk menjelaskan spektrum benda hitam, orang harus berasumsi bahwa benda hitam hanya menyerap dan memancarkan energi radiasi quantised. Plank tidak percaya pada model atom (setidaknya pada saat itu) dan tidak menyelidiki lebih lanjut.
Einstein di sisi lain sangat percaya pada model atom dan melihat bahwa pada saat itu ada perbedaan di alam. Materi terdiri dari bongkahan diskrit yang disebut atom. Tapi radiasi (cahaya) terdiri dari gelombang, berkat Maxwell. Jadi Einstein, menginginkan alam yang bersatu mencoba mengukur cahaya. Ketika Plank mengusulkan bahwa cahaya diserap / dipancarkan sebagai paket, Einstein mengambil langkah lebih jauh dan mengklaim bahwa cahaya itu sendiri terbuat dari paket.
Begitu dia melakukannya, dia dapat menggunakan mesin yang sudah mapan untuk penghitungan atom langsung ke cahaya dan dia menunjukkan bahwa itu mengarah langsung ke rumus Plank untuk spektrum benda hitam. Jadi dia menunjukkan bahwa hipotesisnya konsisten dengan observasi yang telah ditetapkan.
Selanjutnya dia mencari masalah yang tidak dapat dijelaskan untuk menguji hipotesisnya. Salah satu misteri yang belum terpecahkan adalah efek fotolistrik. Dan dia menerapkan hipotesisnya dan membuat prediksi yang diverifikasi oleh eksperimen lama kemudian.
Singkatnya, Plank telah berhasil menetapkan rumusnya untuk spektrum benda hitam dengan mengasumsikan emisi / absorpsi terkuantis. Einstein mengemukakan teori yang lebih baik di mana cahaya itu sendiri dibatasi. Hal ini sesuai dengan rumus Plank dan memprediksi sesuatu yang tidak dapat diprediksi oleh hipotesis Plank, yaitu efek fotolistrik. Inilah sebabnya mengapa konstanta yang sama muncul di kedua kasus. Karena teori yang mendasarinya sama.