หากคุณเป็นแฟนของซีรีส์ Netflix " Stranger Things " คุณเคยเห็นฉากในซีซัน 3 เรื่องของภูมิอากาศ ซึ่งดัสตินพยายามเกลี้ยกล่อมแฟนสาวแสนฉลาดของเขา ซูซี่ ด้วยการเชื่อมต่อวิทยุแฮมเพื่อบอกคุณค่าที่แท้จริงของมัน สิ่งที่เรียกว่าค่าคงที่ของพลังค์ ซึ่งเป็นรหัสเปิดตู้เซฟที่มีกุญแจที่จำเป็นในการปิดประตูสู่จักรวาลทางเลือกที่ชั่วร้าย
แต่ก่อนที่ซูซี่จะท่องเลขอาถรรพ์ เธอก็ตั้งราคาไว้สูงเสียก่อน ดัสตินต้องร้องเพลงประกอบภาพยนตร์เรื่อง "The NeverEnding Story "
ทั้งหมดนี้อาจทำให้คุณสงสัยว่า: ค่าคงที่ของพลังค์คืออะไรกันแน่?
ค่าคงที่ที่คิดค้นขึ้นในปี 1900 โดยนักฟิสิกส์ ชาวเยอรมัน ชื่อMax Planckผู้ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลปี 1918 จากผลงานของเขา เป็นส่วนสำคัญของกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งเป็นสาขาของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคเล็กๆ ที่ประกอบเป็นสสารและกองกำลัง มีส่วนร่วมในการโต้ตอบของพวกเขา ตั้งแต่ชิปคอมพิวเตอร์และแผงโซลาร์เซลล์ไปจนถึงเลเซอร์ "เป็นฟิสิกส์ที่อธิบายว่าทุกอย่างทำงานอย่างไร"
โลกที่มองไม่เห็นของอุลตร้าสมอลล์
พลังค์และนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ในช่วงปลายทศวรรษ 1800 และต้นทศวรรษ 1900 พยายามทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างกลไกแบบคลาสสิกนั่นคือ การเคลื่อนที่ของร่างกายในโลกที่สังเกตได้รอบตัวเรา ซึ่งบรรยายโดยเซอร์ไอแซก นิวตันในปลายทศวรรษ 1600 และโลกที่มองไม่เห็นของ ultrasmall ซึ่งพลังงานมีพฤติกรรมบางอย่างเช่นคลื่นและในบางวิธีเช่นอนุภาคหรือที่เรียกว่าโฟตอน
"ในกลศาสตร์ควอนตัม ฟิสิกส์ทำงานแตกต่างจากประสบการณ์ของเราในโลกมหภาค" สเตฟาน ชแลมมิงเกอร์ นักฟิสิกส์จากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ อธิบาย ทางอีเมล เพื่อเป็นการอธิบาย เขายกตัวอย่างของฮาร์มอนิกออสซิลเลเตอร์ ที่คุ้นเคย ซึ่งเป็นเด็กที่อยู่บนชิงช้า
"ในกลไกแบบคลาสสิก เด็กสามารถอยู่บนเส้นทางของวงสวิงที่แอมพลิจูด (ความสูง) ใดก็ได้" Schlamminger กล่าว "พลังงานที่ระบบมีเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูด ดังนั้น เด็กจึงสามารถแกว่งช่วงของพลังงานที่ต่อเนื่องกันได้ตั้งแต่ศูนย์จนถึงจุดหนึ่ง"
แต่เมื่อคุณลงไปถึงระดับของกลศาสตร์ควอนตัม สิ่งต่าง ๆ จะเปลี่ยนไป "ปริมาณพลังงานที่ออสซิลเลเตอร์สามารถมีได้นั้นไม่ต่อเนื่องเหมือนขั้นบันได" Schlamminger กล่าว "ระดับพลังงานถูกคั่นด้วย h คูณ f โดยที่ f คือความถี่ของโฟตอน ซึ่งเป็นอนุภาคของแสง ซึ่งอิเล็กตรอนจะปล่อยหรือดูดซับเพื่อเปลี่ยนจากระดับพลังงานหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง"
ในวิดีโอปี 2016 นี้ นักฟิสิกส์ NIST อีกคนคือDarine El Haddadอธิบายค่าคงที่ของพลังค์โดยใช้คำอุปมาเรื่องการใส่น้ำตาลในกาแฟ "ในกลศาสตร์คลาสสิก พลังงานจะต่อเนื่อง หมายความว่าถ้าฉันเอาเครื่องจ่ายน้ำตาล ฉันสามารถเทน้ำตาลจำนวนเท่าใดก็ได้ลงในกาแฟของฉัน" เธอกล่าว "พลังงานจำนวนเท่าใดก็ได้"
“แต่ Max Planck พบว่ามีบางอย่างที่แตกต่างออกไปมากเมื่อเขามองลึกลงไป เธออธิบายในวิดีโอว่า “พลังงานนั้นถูกวัดปริมาณหรือแยกกัน หมายความว่าฉันสามารถเติมน้ำตาลหนึ่งก้อนหรือสองหรือสามก้อนเท่านั้น อนุญาตให้ใช้พลังงานเพียงจำนวนหนึ่งเท่านั้น "
ค่าคงที่ของพลังค์กำหนดปริมาณพลังงานที่โฟตอนสามารถบรรทุกได้ ตามความถี่ของคลื่นที่มันเคลื่อนที่
รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและอนุภาคมูลฐาน "แสดงคุณสมบัติของอนุภาคและคลื่นอย่างแท้จริง" เฟรด คูเปอร์ศาสตราจารย์ภายนอกที่สถาบันซานตาเฟซึ่งเป็นศูนย์วิจัยอิสระในนิวเม็กซิโก ทางอีเมล อธิบาย "ค่าคงที่พื้นฐานที่เชื่อมโยงสองแง่มุมของเอนทิตีเหล่านี้เป็นค่าคงที่ของพลังค์ พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไม่สามารถถ่ายโอนได้อย่างต่อเนื่อง แต่ถ่ายโอนโดยโฟตอนของแสงที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งพลังงาน E ให้โดย E = h f โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ และ f คือ ความถี่ของแสง”
ค่าคงที่ที่เปลี่ยนแปลงเล็กน้อย
สิ่งที่น่าสับสนอย่างหนึ่งสำหรับผู้ไม่วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับค่าคงที่ของพลังค์คือค่าที่กำหนดให้เปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อยเมื่อเวลาผ่านไป ย้อนกลับไปในปี 1985 ค่าที่ยอมรับ ได้คือ h = 6.626176 x 10 -34 Joule-seconds การคำนวณปัจจุบันที่ทำในปี 2018 คือ h = 6.62607015 x 10 -34 Joule-seconds
"ในขณะที่ค่าคงที่พื้นฐานเหล่านี้คงที่ในโครงสร้างของจักรวาล มนุษย์เราไม่ทราบค่าที่แน่นอนของพวกมัน" ชแลมมิงเกอร์อธิบาย "เราต้องสร้างการทดลองเพื่อวัดค่าคงที่พื้นฐานเหล่านี้อย่างสุดความสามารถของมนุษย์ ความรู้ของเรามาจากการทดลอง 2-3 ครั้งที่ได้รับการหาค่าเฉลี่ยเพื่อสร้างค่าเฉลี่ยสำหรับค่าคงที่พลังค์"
ในการวัดค่าคงที่ของพลังค์ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้การทดลองสองแบบที่แตกต่างกัน — สมดุล Kibbleและวิธีความหนาแน่นของผลึกเอ็กซ์เรย์ (XRCD)และเมื่อเวลาผ่านไป พวกเขาได้พัฒนาความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับวิธีหาตัวเลขที่แม่นยำยิ่งขึ้น Schlamminger กล่าวว่า "เมื่อมีการเผยแพร่หมายเลขใหม่ ผู้ทดลองจะหยิบยกจำนวนที่ดีที่สุดและคำนวณความไม่แน่นอนในการวัดได้ดีที่สุด "ค่าคงที่ที่เป็นจริงแต่ไม่ทราบค่า หวังว่าน่าจะอยู่ในช่วงบวก/ลบความไม่แน่นอนรอบตัวเลขที่เผยแพร่ โดยมีความน่าจะเป็นทางสถิติที่แน่นอน" ณ จุดนี้ "เรามั่นใจว่ามูลค่าที่แท้จริงอยู่ไม่ไกล ยอดคงเหลือ Kibble และวิธีการ XRCD แตกต่างกันมากจนเป็นเรื่องบังเอิญที่สำคัญที่ทั้งสองวิธีตกลงกันโดยบังเอิญ"
ความไม่แม่นยำเล็กน้อยในการคำนวณของนักวิทยาศาสตร์นั้นไม่ใช่เรื่องใหญ่ในโครงร่างของสิ่งต่างๆ แต่ถ้าค่าคงที่ของพลังค์เป็นจำนวนที่มากขึ้นหรือน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด "โลกรอบตัวเราจะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง" มาร์ติน ฟราส ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านคณิตศาสตร์ที่เวอร์จิเนียเทค อธิบายทางอีเมล หากค่าคงที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น อะตอมที่เสถียรอาจมีขนาดใหญ่กว่าดวงดาวหลายเท่า
ขนาดของกิโลกรัมซึ่งมีผลบังคับใช้เมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2019 ตามที่ตกลงกันโดยสำนักชั่งน้ำหนักและมาตรการระหว่างประเทศ (ซึ่งมีตัวย่อภาษาฝรั่งเศสคือ BIPM) ตอนนี้อิงตามค่าคงที่ของพลังค์
ตอนนี้น่าสนใจ
ตามที่ทวีต นี้ จาก NIST อธิบาย ผู้เขียนเรื่อง "Stranger Things" ได้พลาดพลั้งและใช้ค่าคงที่ของพลังค์ปี 2014 แทนค่าคงที่ที่จะมีให้ในฤดูร้อนปี 1985 เมื่อตอนถูกตั้งค่า Fraas ของ Virginia Tech ได้อธิบายไว้หมดแล้วในวิดีโอนี้
