آدام ماکوفسکی ، استاد فیزیک دانشگاه کوپرنیک - تورن - لهستان
مترجم: عبد الحسن بصیره- عضو هیأت علمی دانشگاه کردستان
برگرفته شده از مجله تخصصی رشد آموزش فیزیک شماره 58
«در این مقاله با اختصار به شرایط مطرح کردن ثابت پلانک ، مفهوم آن و واقعیت های جالب توجهی که با مفهوم این عدد ثابت در ارتباط است، می پردازم.»
آنچه را که خواهید خواند داستانی است درباره یکی از معروف ترین ثابت های فیزیکی یعنی ثابت پلانک. داستان از 19 اکتبر 1900 آغاز می شود که یک فیزیکدان آلمانی به نام ماکس کارل ارنست لودویگ پلانک (1947- 1858 و برنده جایزه نوبل 1918) فرمول صحیحی برای توزیع طیفی تابش جسم سیاه ارائه داد. گرچه وقتی این کشف به اعضاء انجمن فیزیک برلین ارائه شد هیچکس حتی خود سخنران در آن زمان نتوانستند آن را اثبات کنند. دو ماه بعد، یعنی در 14 دسامبر 1900، پلانک در یک سخنرانی مشابه در برلین از یافتن راه حلی برای این مسأله خبر داد. اما، این راه حل در صورتی انقلابی ایجاد می کرد که انرژی کل یک کاواک (یعنی جسم سیاه) فقط به صورت خاصی به اتم های آن کاواک منتسب شود. یعنی هر یک از اتمها که با بسامد f نوسان می کند، فقط بتوانند مضرب درستی از انرژی E = hf را به دست آورد، که پلانک آنها را کوانتوم انرژی نامید. حرف h به عنوان یک ثابت بنیادی طبیعت پذیرفته شد. تاریخ اخیر از سوی جامعه فیزیک جهانی به عنوان آغاز عصر جدیدی در فیزیک – عصر فیزیک کوانتومی – در نظر گرفته شد. با گذشت زمان، ثابت جدید در تمام رابطه ها معادله های کوانتومی وارد شده به طوری که سرشت کوانتومی این معادله ها با ظهور این ثابت در آنها قابل تشخیص اند.
مفهوم h ثابت پلانک در فیزیک کوانتومی دو نقش اساسی بازی می کند. یکی اینکه معیاری از هر گام کوانتیدگی است، مقداری که با مقدار عددی h مشخص می شود. علاوه بر آن، یک کمیت موجی نوعی با طول موجλ ، را با کمیت واقعاً ذره ای،تکانه ترکیب می کند این ترکیب را می توان در معادله مشهور λ= h/p دید که آن را فیزیکدان فرانسوی لوئی دوبروی (برنده جایزه نوبل 1929) در سال 1924 پیشنهاد کرد. مقدار h بر حسب یکاهای انرژی ضربدر یکای زمان اندازه گیری می شود، که در دستگاه SI یکای آن ژول ثانیه (j.s) است. این یکا همچنین یکایی برای کمیت کنش و تکانه است. اولین برآورد عددی h به مقدار h = 6.55 * 10-34 j.s را خود پلانک به دست داد. در سال 1914 فیزیکدان امریکایی رابرت میلیکان (برنده جایزه نوبل 1923) مقدار h را برای اولین بار با استفاده از اثر فوتو الکتریک اندازه گرفت. نتیجه این اندازه گیری h =6.626 * 10-34 j.s بود. از آن زمان تا کنون این کمیت بارها و بارها با روش های پیشرفته تر تعیین شده است. در این ارتباط بد نیست به رویداد مهمی که در سال 1969 رخ داد، اشاره کنیم. در آن سال گروهی معروف به CODATA برای تحقیق درباره ثابت های بنیادی مسئولیت یافت که مجموعه صحیح ترین مقادیر ثابت های طبیعت را به دست آورد. اولین مجموعه پذیرفته شده بین المللی از این مقادیر در سال 1973 ارائه شد و دومی در سال 1987 گزارش شد. مقدار پیشنهاد شده h در آن گزارش عبارت بود از h = 6.6260755(40) * 10-34 j.s که می توان آن را به صورت h = (6.6260755±0/0000040)*10-34 نوشت. این مقدار توصیه شده تاکنون است. سرانجام باید به مقدار کاملاً جدید به دست آمده برای h اشاره کرد که در سال 1998 پیشنهاد شده و برابر است با h = 6.62606891(58) * 10-34 j.s ارقام درون پرانتز خطایی با یک انحراف معیار در رقم آخر به دست آمده است.
معلومات دربارۀ مقادیر دقیق ثابت های بنیادی در بسیاری از کاربردهای علمی و فناوری می تواند مورد استفاده قرار گیرد. یکی از کاربردهای معروف شامل مقادیر ثابت گرانش نیوتون(G)، سرعت نور (C) و مقدار h است که برای برآورد مرزهای فضایی است که در آن کوانتوم ناشناخته (h)، نسبیت (C) گرانش (G) می تواند اعتبار کافی داشته باشد. این کار را وقتی سه کمیت با یکاهای طول ، جرم و زمان ، معروف به یکاهای پلانک ، ، می توان انجام داد
مترجم: عبد الحسن بصیره- عضو هیأت علمی دانشگاه کردستان
برگرفته شده از مجله تخصصی رشد آموزش فیزیک شماره 58
«در این مقاله با اختصار به شرایط مطرح کردن ثابت پلانک ، مفهوم آن و واقعیت های جالب توجهی که با مفهوم این عدد ثابت در ارتباط است، می پردازم.»
آنچه را که خواهید خواند داستانی است درباره یکی از معروف ترین ثابت های فیزیکی یعنی ثابت پلانک. داستان از 19 اکتبر 1900 آغاز می شود که یک فیزیکدان آلمانی به نام ماکس کارل ارنست لودویگ پلانک (1947- 1858 و برنده جایزه نوبل 1918) فرمول صحیحی برای توزیع طیفی تابش جسم سیاه ارائه داد. گرچه وقتی این کشف به اعضاء انجمن فیزیک برلین ارائه شد هیچکس حتی خود سخنران در آن زمان نتوانستند آن را اثبات کنند. دو ماه بعد، یعنی در 14 دسامبر 1900، پلانک در یک سخنرانی مشابه در برلین از یافتن راه حلی برای این مسأله خبر داد. اما، این راه حل در صورتی انقلابی ایجاد می کرد که انرژی کل یک کاواک (یعنی جسم سیاه) فقط به صورت خاصی به اتم های آن کاواک منتسب شود. یعنی هر یک از اتمها که با بسامد f نوسان می کند، فقط بتوانند مضرب درستی از انرژی E = hf را به دست آورد، که پلانک آنها را کوانتوم انرژی نامید. حرف h به عنوان یک ثابت بنیادی طبیعت پذیرفته شد. تاریخ اخیر از سوی جامعه فیزیک جهانی به عنوان آغاز عصر جدیدی در فیزیک – عصر فیزیک کوانتومی – در نظر گرفته شد. با گذشت زمان، ثابت جدید در تمام رابطه ها معادله های کوانتومی وارد شده به طوری که سرشت کوانتومی این معادله ها با ظهور این ثابت در آنها قابل تشخیص اند.
مفهوم h ثابت پلانک در فیزیک کوانتومی دو نقش اساسی بازی می کند. یکی اینکه معیاری از هر گام کوانتیدگی است، مقداری که با مقدار عددی h مشخص می شود. علاوه بر آن، یک کمیت موجی نوعی با طول موجλ ، را با کمیت واقعاً ذره ای،تکانه ترکیب می کند این ترکیب را می توان در معادله مشهور λ= h/p دید که آن را فیزیکدان فرانسوی لوئی دوبروی (برنده جایزه نوبل 1929) در سال 1924 پیشنهاد کرد. مقدار h بر حسب یکاهای انرژی ضربدر یکای زمان اندازه گیری می شود، که در دستگاه SI یکای آن ژول ثانیه (j.s) است. این یکا همچنین یکایی برای کمیت کنش و تکانه است. اولین برآورد عددی h به مقدار h = 6.55 * 10-34 j.s را خود پلانک به دست داد. در سال 1914 فیزیکدان امریکایی رابرت میلیکان (برنده جایزه نوبل 1923) مقدار h را برای اولین بار با استفاده از اثر فوتو الکتریک اندازه گرفت. نتیجه این اندازه گیری h =6.626 * 10-34 j.s بود. از آن زمان تا کنون این کمیت بارها و بارها با روش های پیشرفته تر تعیین شده است. در این ارتباط بد نیست به رویداد مهمی که در سال 1969 رخ داد، اشاره کنیم. در آن سال گروهی معروف به CODATA برای تحقیق درباره ثابت های بنیادی مسئولیت یافت که مجموعه صحیح ترین مقادیر ثابت های طبیعت را به دست آورد. اولین مجموعه پذیرفته شده بین المللی از این مقادیر در سال 1973 ارائه شد و دومی در سال 1987 گزارش شد. مقدار پیشنهاد شده h در آن گزارش عبارت بود از h = 6.6260755(40) * 10-34 j.s که می توان آن را به صورت h = (6.6260755±0/0000040)*10-34 نوشت. این مقدار توصیه شده تاکنون است. سرانجام باید به مقدار کاملاً جدید به دست آمده برای h اشاره کرد که در سال 1998 پیشنهاد شده و برابر است با h = 6.62606891(58) * 10-34 j.s ارقام درون پرانتز خطایی با یک انحراف معیار در رقم آخر به دست آمده است.
معلومات دربارۀ مقادیر دقیق ثابت های بنیادی در بسیاری از کاربردهای علمی و فناوری می تواند مورد استفاده قرار گیرد. یکی از کاربردهای معروف شامل مقادیر ثابت گرانش نیوتون(G)، سرعت نور (C) و مقدار h است که برای برآورد مرزهای فضایی است که در آن کوانتوم ناشناخته (h)، نسبیت (C) گرانش (G) می تواند اعتبار کافی داشته باشد. این کار را وقتی سه کمیت با یکاهای طول ، جرم و زمان ، معروف به یکاهای پلانک ، ، می توان انجام داد