普朗克常數,揭開物理常數的奧妙

普朗克常數是在量子物理學中非常重要的一個自然常數,也是一個物理常數,在描述量子大小方面具有非常重要的地位,於1900年的時候被發現,發現者是來自德國的著名物理學家和量子學的創始人馬克斯•普朗克,他和愛因斯坦被稱為是二十世紀最重要的兩個物理學家,馬克斯•普朗克提出來的普朗克常數對於量子學的發展具有非常重要的地位,並且其在很多方面的應用也極大的推動了物理學各個方面的發展,本文將會為大家詳細的介紹普朗克常數以及其他的物理常數及自然常數。

普朗克常數,揭開物理常數的奧妙

普朗克常數的應用 普朗克常數記為h,是一個物理常數,用以描述量子大小。在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。這樣的一份能量叫做能量子,每一份能量子等於hv,v為輻射電磁波的頻率,h為一常量,叫為普朗克常數。

普朗克常數用以描述量子化,微觀下的粒子,例如電子及光子,在一確定的物理性質下具有一連續範圍內的可能數值。許多物理量可以量子化。譬如角動量量子化。 J 為一個具有旋轉不變量的系統全部的角動量, Jz 為沿某特定方向上所測得的角動量。因此, 可稱為 "角動量量子"。普朗克常數也使用於海森堡不確定原理。在位移測量上的不確定量(標準差) Δx ,和同方向在動量測量上的不確定量 Δp,有一定關係;還有其他組物理測量量依循這樣的關係,例如能量和時間。

什麼是約化普朗克常數

普朗克常數,揭開物理常數的奧妙

由於計算角動量時要常用到h/2π這個數,為避免反覆寫 2π 這個數,因此引用另一個常用的量為約化普朗克常數,有時稱為狄拉克常數,紀念保羅•狄拉克,約化普朗克常量(又稱合理化普朗克常量)是角動量的最小衡量單位。其中 π 為圓周率常數,約等於3.14,ћ(這個h上有一條斜槓)念為 "h拔" 。

普朗克常數的概念詮釋

普朗克曾經說過一句關於科學真理的真理,它可以敘述為“一個新的科學真理取得勝利並不是通過讓它的反對者們信服並看到真理的光明,而是通過這些反對者們最終死去,熟悉它的新一代成長起來。”這一斷言被稱為普朗克科學定律,並廣為流傳。

物質世界能產生普朗克常數,這一定有所原因。有新的觀點認為帶電粒子做圓周運動時,只要向心力是與到圓心的距離的三次方成反比,就能產生一個常數,這個常數乘以圓周運動頻率等於帶電粒子動能。如果電子受到這種向心力,那麼這個常數就是普朗克常數。通過對電荷群的研究證實電子是受到這種向心力的。

在一次普通的物理學會議上,在與會者們的不經意間,普朗克首次指出了熱輻射過程中能量變化的非連續性。今天我們知道,普朗克所提出的能量量子化假設是一個劃時代的發現,能量子的存在打破了一切自然過程都是連續的經典定論,第一次向人們揭示了自然的非連續本性。普朗克的發現使神秘的量子從此出現在人們的面前,它讓物理學家們既興奮,又煩惱,直到今天。

普朗克常數,揭開物理常數的奧妙

認識馬克斯•普朗克

馬克斯•普朗克,出生於德國荷爾施泰因,是德國著名的物理學家和量子力學的重要創始人。從博士論文開始,普朗克一直關注並研究熱力學第二定律,發表諸多論文。大約1894年起,開始研究黑體輻射問題,發現普朗克輻射定律,並在論證過程中提出能量子概念和常數h,成為此後微觀物理學中最基本的概念和極為重要的普適常量。

普朗克在基爾度過了他童年最初的幾年時光,直到1867年全家搬去了慕尼黑,普朗克在慕尼黑的馬克西米利安文理中學讀書,並在那裡他受到─數學家奧斯卡•馮•米勒(後來成為了德意志博物館的創始人)的啟發,引起青年時期的馬克斯發現自己對數理方面有興趣。1877年至1878年,普朗克轉學到柏林,在著名物理學家赫爾曼•馮•亥姆霍茲和古斯塔夫•羅伯特•基爾霍夫以及數學家卡爾•魏爾施特拉斯手下學習。

普朗克早期的研究領域主要是熱力學。他的博士論文就是《論熱力學的第二定律》。此後,他從熱力學的觀點對物質的聚集態的變化、氣體與溶液理論等進行了研究。普朗克在物理學上最主要的成就是提出著名的普朗克輻射公式,創立能量子概念。

[摘要]1887年3月,普朗克與一個慕尼黑中學同學的妹妹瑪麗梅爾克結婚,婚後生活在基爾,共有4個孩子卡爾、雙胞胎埃瑪和格雷特以及埃爾溫。在普朗克前往柏林……

普朗克常數,揭開物理常數的奧妙

1887年3月,普朗克與一個慕尼黑中學同學的妹妹瑪麗•梅爾克結婚,婚後生活在基爾,共有4個孩子卡爾、雙胞胎埃瑪和格雷特以及埃爾溫。在普朗克前往柏林工作後,全家住在柏林的一棟別墅中,與不計其數的柏林大學教授們為鄰,普朗克的莊園發展成為了一個社交和音樂中心,許多知名的科學家如阿爾伯特•愛因斯坦、奧托•哈恩和莉澤•邁特納等都是普朗克家的常客,這種在家中演奏音樂的傳統來自於亥姆霍茲家。在度過了多年幸福的生活後,普朗克遇到了接踵而至的不幸。

1929年與愛因斯坦共同獲馬克斯•普朗克獎章,該獎項由德國物理學會於該年創設;獲法蘭克福大學、慕尼黑工業大學、羅斯托克大學、柏林工業大學、格拉茨大學、雅典大學、劍橋大學、倫敦大學和格拉斯哥大學榮譽博士學位。 量子力學與普朗克常數

量子力學是研究物質世界微觀粒子的運動規律的物理學分支學科,它主要研究原子、分子、凝聚態物質,以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論,它與相對論一起構成了現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現代物理學的基礎理論之一,而且在化學等有關學科和許多近代技術中也得到了廣泛的應用。

量子力學並沒有支持自由意志,只是於微觀世界物質具有概率波等存在不確定性,不過其依然具有穩定的客觀規律,不以人的意志為轉移,,否認宿命論。第一,這種微觀尺度上的隨機性和通常意義下的宏觀尺度之間仍然有著難以逾越的距離;第二,這種隨機性是否不可約簡難以證明,事物是由各自獨立演化所組合的多樣性整體,偶然性與必然性存在辯證關係。自然界是否真有隨機性還是一個懸而未決的問題,對這個鴻溝起決定作用的就是普朗克常數,統計學中的許多隨機事件的例子,嚴格說來實為決定性的。

普朗克常數,揭開物理常數的奧妙

19世紀末,許多物理學家對黑體輻射非常感興趣。黑體是一個理想化了的物體,它可以吸收,所有照射到它上面的輻射,並將這些輻射轉化為熱輻射,這個熱輻射的光譜特徵僅與該黑體的溫度有關。使用經典物理這個關係無法被解釋。通過將物體中的原子看作微小的諧振子,馬克斯•普朗克得以獲得了一個黑體輻射的普朗克公式。但是在引導這個公式時,他不得不假設這些原子諧振子的能量,不是連續的,而是離散的。 何為基本物理常數

基本物理常數是物理領域的一些普適常數。這些常數的準確數值,由於從理論上說與測量地點、測量時間及所用的測量儀器及材料均無關聯,因此稱為基本物理常數。 基本物理常數是物理領域的一些普適常數,主要是指原子物理學中常用的一些常數。最基本的有真空中光速с,普朗克常數h、基本電荷e、電子靜止質量me和阿伏伽德羅常數NA等。基本物理常數共有30多個,加上其組合量則有40—50個,它們之間有著深刻的聯繫,並不是彼此獨立的。例如,電子的發現是通過對電子的荷質比e/m的測定獲得的;M.普朗克建立量子論的同時,發現了普朗克常數等。由此可見,基本物理常數出現於許多不同的物理現象之中,每一種物理現象的規律都同一種確定的常數有關。

普朗克常數,揭開物理常數的奧妙

基本物理常數有很好的恆定性使其可以用於定義基本單位。長度和電單位已採用基本物理常數來重新定義或復現。隨著科學技術的迅速發展,將來會有更多的基本單位採用這種方法來重新定義或復現,即用相應的確定頻率和基本物理常數作為不變量來定義和復現基本單位。

物理學家和計量學家的目標是不斷探索新的更完善的不變量作為基本單位的定義。不變量越是恆定,才能覺察和探索自然界任何細微變化的規律。


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