Netflix 시리즈 " 기묘한 이야기 "의 팬이라면 더스틴이 햄 라디오 연결을 통해 자신의 똑똑한 장거리 여자친구 수지를 설득하여 플랑크 상수라고 불리는 것, 그것은 또한 악의적인 대안 우주의 문을 닫는 데 필요한 열쇠가 들어 있는 금고를 여는 코드이기도 합니다.
그러나 수지는 마법의 숫자를 낭독하기 전에 높은 가격을 요구합니다. 더스틴은 영화 "네버엔딩 스토리"의 주제가를 불러야 합니다 .
이 모든 것이 당신을 궁금해하게 만들 것입니다. 어쨌든 플랑크의 상수는 정확히 무엇입니까?
그의 연구로 1918년 노벨상을 수상한 막스 플랑크 라는 독일 물리학자가 1900년에 고안한 상수 는 물질과 힘을 구성하는 작은 입자를 다루는 물리학의 한 분야인 양자 역학 의 중요한 부분입니다. 그들의 상호 작용에 관여합니다. 컴퓨터 칩과 태양 전지판에서 레이저에 이르기까지 " 모든 것이 어떻게 작동하는지 설명하는 것은 물리학입니다 ."
초소형의 보이지 않는 세계
1800년대 후반과 1900년대 초반 플랑크와 다른 물리학자들은 고전 역학 , 즉 1600년대 후반에 아이작 뉴턴이 묘사한 우리 주변의 관찰 가능한 세계에서 물체의 움직임과 보이지 않는 세계 사이의 차이점을 이해하려고 노력했습니다. 에너지가 어떤 면에서는 파동처럼, 어떤 면에서는 입자처럼 행동하는 초소형( 광자 라고도 함) .
국립 표준 기술 연구소(National Institute of Standards and Technology ) 의 물리학자인 스테판 슐라밍거( Stephan Schlamminger )는 이메일을 통해 "양자 역학에서 물리학은 거시적 세계에서 우리의 경험과 다르게 작동합니다 . 설명으로 그는 친숙한 고조파 진동자 , 그네 세트에 있는 아이의 예를 인용합니다.
Schlamminger는 "고전 역학에서 어린이는 그네 경로의 모든 진폭(높이)에 있을 수 있습니다. "시스템이 가지고 있는 에너지는 진폭의 제곱에 비례합니다. 따라서 어린이는 0에서 특정 지점까지 에너지의 연속 범위에서 스윙할 수 있습니다."
그러나 양자 역학의 수준으로 내려가면 상황이 다르게 작동합니다. "발진기가 가질 수 있는 에너지의 양은 사다리의 가로대와 같이 불연속적입니다."라고 Schlamminger는 말합니다. "에너지 준위는 h x f로 구분됩니다. 여기서 f는 광자의 주파수(빛의 입자)이며 한 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로 이동하기 위해 전자가 방출하거나 흡수합니다."
이 2016년 비디오에서 NIST의 또 다른 물리학자인 Darine El Haddad 는 커피에 설탕을 넣는 은유를 사용하여 Planck의 상수를 설명합니다. "고전 역학에서 에너지는 연속적입니다. 즉, 설탕 디스펜서를 가져 가면 원하는 양의 설탕을 커피에 부을 수 있습니다."라고 그녀는 말합니다. "에너지는 얼마든지 OK입니다."
"하지만 막스 플랑크는 비디오에서 더 깊이 들여다보았을 때 매우 다른 것을 발견했습니다. "에너지는 양자화되거나 불연속적입니다. 즉, 각설탕 한 개 또는 두 개 또는 세 개만 추가할 수 있음을 의미합니다. 일정량의 에너지만 허용됩니다."
플랑크 상수는 이동하는 파동의 주파수에 따라 광자가 운반할 수 있는 에너지의 양을 정의합니다.
뉴멕시코에 있는 독립 연구 센터인 산타페 연구소( Santa Fe Institute ) 의 외부 교수인 프레드 쿠퍼(Fred Cooper )는 전자파 복사와 기본 입자가 "본질적으로 입자와 파동 특성을 모두 나타낸다"고 이메일을 통해 설명 했습니다. "이러한 실체의 두 가지 측면을 연결하는 기본 상수는 플랑크 상수입니다. 전자기 에너지는 연속적으로 전달될 수 없지만 에너지 E가 E = h f로 주어지는 이산 광자에 의해 전달됩니다. 여기서 h는 플랑크 상수이고 f는 빛의 주파수."
약간 변화하는 상수
플랑크 상수에 대해 비과학자들이 혼동하는 것 중 하나는 할당된 값이 시간이 지남에 따라 약간씩 변경되었다는 것입니다. 1985년에 허용된 값은 h = 6.626176 x 10 -34 Joule-seconds 였습니다. 2018년에 수행된 현재 계산은 h = 6.62607015 x 10 -34 줄초 입니다.
"이러한 기본 상수는 우주 구조에 고정되어 있지만 우리 인간은 정확한 값을 모릅니다."라고 Schlamminger는 설명합니다. "우리는 이러한 기본 상수를 인류가 할 수 있는 한 최선을 다해 측정하기 위한 실험을 구축해야 합니다. 우리의 지식은 플랑크 상수의 평균값을 생성하기 위해 평균을 낸 몇 가지 실험에서 나온 것입니다."
플랑크 상수를 측정하기 위해 과학자들은 두 가지 다른 실험, 즉 키블 균형 과 X선 결정 밀도(XRCD) 방법을 사용 했습니다., 그리고 시간이 지남에 따라 더 정확한 숫자를 얻는 방법에 대해 더 잘 이해하게 되었습니다. Schlamminger는 "새로운 수치가 발표되면 실험자들은 측정의 불확실성에 대한 최선의 계산뿐만 아니라 최선의 수치를 제시합니다. "상수의 사실이지만 알려지지 않은 값은 특정 통계적 확률과 함께 발표된 숫자 주변의 불확실성 플러스/마이너스 간격에 있어야 합니다." 이 시점에서 "진정한 가치가 멀지 않다고 확신한다. Kibble 밸런스와 XRCD 방식이 너무 달라서 두 가지 방식이 우연히 일치하는 것이 큰 우연이 될 것"이라고 말했다.
과학자들의 계산에서 그 작은 부정확성은 사물의 계획에서 큰 문제가 되지 않습니다. 그러나 플랑크 상수가 훨씬 크거나 작으면 "우리 주변의 모든 세상은 완전히 달라졌을 것"이라고 버지니아 공대의 수학 조교수인 Martin Fraas는 이메일로 설명합니다. 예를 들어 상수 값이 증가하면 안정한 원자는 별보다 몇 배나 더 클 수 있습니다 .
2019년 5월 20일에 발효된 킬로그램 의 크기는 국제도량형국(프랑스어 약어가 BIPM임)이 동의한 대로 이제 플랑크 상수를 기반으로 합니다.
흥미롭네요
NIST의 이 트윗 이 설명하는 것처럼 "기묘한 이야기"의 작가들은 에피소드가 설정된 1985년 여름에 사용할 수 있었던 값이 아닌 플랑크 상수에 2014년 값을 사용했습니다. Virginia Tech의 Fraas가 이 비디오 에서 모든 것을 설명 합니다.
