Planck Único $h$ constantes
Planck desenvolveu sua teoria da radiação de corpo negro assumindo que átomos tratados como osciladores harmônicos simples podem permanecer em estados de energia bastante definida. Se a frequência normal de tal oscilador for$\nu$, então os níveis de energia são múltiplos de $h \nu$ (isso é $E_n = n h \nu$, esquecendo-se das vibrações de ponto zero). Do meu entendimento, aqui$h$ serve apenas uma constante de proporcionalidade.
Mais tarde, Einstein afirmou que a luz pode existir em quanta (fótons). Para cada onda eletromagnética de frequência$\nu$ a energia mínima é novamente $h \nu$. Ele então explicou com muito sucesso o efeito fotoelétrico com esta abordagem. Aqui novamente,$h$ é uma constante de proporcionalidade.
Minha pergunta é porque nesses dois casos $h$é (ou deveria ser?) a mesma constante? Qual é a relação entre esses dois$h$está em duas abordagens. Por que isso evoluiu dessa maneira? Quero dizer, a partir de experimentos de radiação de corpo negro e medições posteriores de efeito fotoelétrico, pode-se derivar as constantes de Planck e ver que são realmente as mesmas (com alguma incerteza). Mas isso não resolve o meu problema desses$h$está sendo considerado o mesmo. Eu claramente sinto falta de alguma ligação entre essas idéias. Muito obrigado por aqueles que podem explicar isso em detalhes ou apontar para literatura relevante sobre o assunto.
Respostas
Existem três pilares de experimentos que forçaram a mecânica quântica a princípio como uma teoria fenomenológica e depois como uma teoria mais formal da física com princípios e postulados e equações diferenciais.
espectro atômico
Radiação de corpo negro
o efeito fotoelétrico
O átomo de Bohr amarrou as observações assumindo níveis de energia quantizados para os átomos, usando h explicitamente na quantização imposta arbitrariamente de momento angular que permitiu níveis de energia estáveis. (Veja esta minha resposta ).
Então a equação de Schrõdinger introduziu as equações de onda e depois disso a teoria da mecânica quântica decolou.
Portanto, embora novos alunos sejam apresentados à teoria, o desenvolvimento da teoria foi laborioso e fortemente dependente de observações e medições de ajuste. A única constante foi forçada pelos dados.
Einstein foi inspirado pela hipótese quântica de Plank. Plank propôs que, para explicar o espectro do corpo negro, seria necessário supor que o corpo negro absorveu e emitiu apenas energia quantizada de radiação. Plank não acreditava no modelo atômico (pelo menos na época) e não investigou mais.
Einstein, por outro lado, acreditava firmemente no modelo atômico e viu que, na época, havia uma discrepância na natureza. A matéria era composta de pedaços discretos chamados átomos. Mas a radiação (luz) composta por ondas, graças a Maxwell. Então, Einstein, querendo uma natureza unificada, tentou quantizar a luz. Onde Plank propôs que a luz fosse absorvida / emitida como pacotes, Einstein deu um passo adiante e afirmou que a própria luz era feita de pacotes.
Depois de fazer isso, ele poderia utilizar o mecanismo estabelecido de cálculos atômicos diretamente para a luz e mostrou que isso conduzia diretamente à fórmula de Plank para o espectro do corpo negro. Assim, ele mostrou que sua hipótese era consistente com as observações estabelecidas.
Em seguida, ele procurou problemas inexplicáveis para testar sua hipótese. Um desses mistérios não resolvidos era o efeito fotoelétrico. E ele aplicou sua hipótese e fez previsões que foram verificadas por experimentos muito mais tarde.
Para resumir, Plank estabeleceu com sucesso sua fórmula para os espectros do corpo negro, assumindo emissão / absorção quantizada. Einstein apresentou uma teoria melhor em que a própria luz era quantizada. Isso era consistente com a fórmula de Plank e previa algo que não poderia ser previsto pela hipótese de Plank, o efeito fotoelétrico. É por isso que a mesma constante aparece em ambos os casos. Porque a teoria subjacente é a mesma.