thanh hằng số, thanh hằng số bằng bao nhiêu
Planck không đổi(lượng tử hành động) - hằng số chính của lý thuyết lượng tử, một hệ số liên hệ giữa lượng năng lượng của một lượng tử bức xạ điện từ với tần số của nó, cũng như lượng tử năng lượng nói chung của bất kỳ hệ vật lý dao động tuyến tính nào với tần số của nó tần số. Liên kết năng lượng và động lượng với tần số và tần số không gian, các hành động với pha. Nó là một lượng tử của mômen động lượng. Được Planck đề cập lần đầu trong công trình về bức xạ nhiệt, và do đó được đặt theo tên của ông. Tên thông thường là tiếng Latinh. J s erg s. eV s.

Giá trị thường được sử dụng:

J s, erg s, eV s,

được gọi là hằng số Planck giảm (đôi khi được hợp lý hoá hoặc thu gọn) hoặc hằng số Dirac. Việc sử dụng ký hiệu này đơn giản hóa nhiều công thức của cơ học lượng tử, vì hằng số Planck truyền thống đi vào các công thức này dưới dạng chia cho một hằng số.

Tại Hội nghị toàn thể về Trọng lượng và Đo lường lần thứ 24 vào ngày 17-21 tháng 10 năm 2011, một nghị quyết đã được nhất trí thông qua, trong đó, đặc biệt, nó được đề xuất trong một bản sửa đổi trong tương lai của Hệ đơn vị quốc tế (SI) để xác định lại các đơn vị SI. theo cách mà hằng số Planck chính xác bằng 6,62606X · 10−34 J · s, trong đó X thay thế một hoặc nhiều số liệu quan trọng sẽ được xác định trong tương lai dựa trên các khuyến nghị tốt nhất của CODATA. Trong cùng một giải pháp, người ta đã đề xuất xác định theo cùng một cách các giá trị chính xác của hằng số Avogadro, điện tích cơ bản và hằng số Boltzmann.

• 1 Ý nghĩa vật lý
• 2 Lịch sử khám phá
  • 2.1 Công thức Planck cho bức xạ nhiệt
  • 2.2 Hiệu ứng quang điện
  • 2.3 Hiệu ứng Compton
• 3 Phương pháp đo
  • 3.1 Sử dụng các định luật về hiệu ứng quang điện
  • 3.2 Phân tích phổ bremsstrahlung
• 4 Ghi chú
• 5 Văn học
• 6 liên kết

ý nghĩa vật lý

Trong cơ học lượng tử, động lượng có ý nghĩa vật lý của vectơ sóng, năng lượng - tần số và pha sóng hành động, tuy nhiên, các đại lượng cơ học theo truyền thống (lịch sử) được đo bằng các đơn vị khác (kg m / s, J, J s) so với sóng tương ứng (m −1, s −1, đơn vị pha không thứ nguyên). Hằng số Planck đóng vai trò là một hệ số chuyển đổi (luôn luôn giống nhau) kết nối hai hệ thống đơn vị này - lượng tử và truyền thống:

(động lượng) (năng lượng) (hành động)

Nếu hệ thống các đơn vị vật lý được hình thành sau sự ra đời của cơ học lượng tử và được điều chỉnh để đơn giản hóa các công thức lý thuyết cơ bản, hằng số Planck có lẽ sẽ đơn giản là bằng một, hoặc trong mọi trường hợp, thành một số tròn hơn. Trong vật lý lý thuyết, hệ thống đơn vị c thường được sử dụng để đơn giản hóa các công thức, trong đó

.

Hằng số Planck cũng có một vai trò đánh giá đơn giản trong việc phân định các lĩnh vực ứng dụng của vật lý lượng tử và cổ điển: so với độ lớn của hành động hoặc các giá trị mômen động lượng đặc trưng của hệ đang được xem xét, hoặc các sản phẩm của động lượng đặc trưng bởi kích thước đặc trưng, ​​hoặc năng lượng đặc trưng theo thời gian đặc trưng, ​​nó cho thấy cách áp dụng đối với cơ học cổ điển của một hệ thống vật lý nhất định. Cụ thể, nếu là hoạt động của hệ thống và là mômen động lượng của nó, thì tại hoặc hành vi của hệ thống được mô tả với độ chính xác tốt bằng cơ học cổ điển. Những ước tính này tương đối trực tiếp liên quan đến quan hệ độ không đảm bảo Heisenberg.

Lịch sử khám phá

Công thức Planck cho bức xạ nhiệt

Bài chi tiết: Công thức Planck

Công thức Planck là biểu thức cho mật độ công suất quang phổ của bức xạ từ vật đen, được Max Planck thu được cho mật độ bức xạ cân bằng. Công thức Planck thu được sau khi rõ ràng rằng công thức Rayleigh-Jeans mô tả thỏa đáng bức xạ chỉ trong vùng của sóng dài. Năm 1900, Planck đề xuất một công thức với hằng số (sau này được gọi là hằng số Planck), công thức này rất phù hợp với dữ liệu thực nghiệm. Đồng thời, Planck tin rằng công thức này chỉ là một thủ thuật toán học thành công, nhưng không có ý nghĩa vật lý. Có nghĩa là, Planck đã không cho rằng bức xạ điện từ được phát ra dưới dạng các phần năng lượng riêng biệt (lượng tử), độ lớn của nó liên quan đến tần số bức xạ bằng biểu thức:

Yếu tố tỷ lệ sau đó được gọi là Hằng số của Planck, = 1,054 10−34 J s.

hiệu ứng quang điện

Bài chi tiết: hiệu ứng quang điện

Hiệu ứng quang điện là sự phát xạ các electron của một chất dưới tác động của ánh sáng (và nói chung là bất kỳ bức xạ điện từ nào). các chất ngưng tụ (rắn và lỏng) phát ra hiệu ứng quang điện ngoài và trong.

Hiệu ứng quang điện được Albert Einstein giải thích vào năm 1905 (ông nhận giải Nobel năm 1921 nhờ sự đề cử của nhà vật lý Thụy Điển Oseen) dựa trên giả thuyết của Planck về bản chất lượng tử của ánh sáng. Công trình của Einstein chứa đựng một giả thuyết mới quan trọng - nếu Planck cho rằng ánh sáng chỉ được phát ra ở những phần lượng tử hóa, thì Einstein đã tin rằng ánh sáng chỉ tồn tại ở dạng những phần lượng tử hóa. Từ định luật bảo toàn năng lượng, khi ánh sáng được biểu diễn dưới dạng hạt (photon), công thức của Einstein về hiệu ứng quang điện như sau:

ở đâu - cái gọi là. công (năng lượng tối thiểu cần thiết để bứt một êlectron ra khỏi một chất), là động năng của êlectron phát ra, là tần số của một phôtôn tới có năng lượng, là hằng số Planck. Từ công thức này đưa ra sự tồn tại của đường viền đỏ của hiệu ứng quang điện, tức là sự tồn tại của tần số thấp nhất, dưới đó năng lượng photon không còn đủ để “đánh bật” một electron ra khỏi cơ thể. Bản chất của công thức là năng lượng của một photon được sử dụng cho quá trình ion hóa nguyên tử của một chất, nghĩa là, vào công việc cần thiết để "kéo ra" một electron, và phần còn lại được chuyển thành động năng của một chất điện tử.

Hiệu ứng Compton

Bài chi tiết: Hiệu ứng Compton

Phương pháp đo lường

Sử dụng các định luật về hiệu ứng quang điện

Với phương pháp đo hằng số Planck này, định luật Einstein về hiệu ứng quang điện được sử dụng:

Động năng cực đại của các quang điện tử phát ra từ catốt là ở đâu,

Tần số của ánh sáng tới, - cái gọi là. chức năng làm việc của một electron.

Phép đo được thực hiện như sau. Đầu tiên, catốt của tế bào quang điện được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có tần số, đồng thời đặt vào tế bào một hiệu điện thế chặn thì dòng điện qua tế bào quang điện dừng lại. Trong trường hợp này, mối quan hệ sau đây xảy ra, tuân theo trực tiếp định luật Einstein:

điện tích electron ở đâu.

Sau đó, cùng một tế bào quang điện được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có tần số và cùng phương thì nó bị khóa một hiệu điện thế.

Trừ số hạng biểu thức thứ hai theo số hạng từ số hạng đầu tiên, chúng ta thu được

nó theo sau

Phân tích phổ bremsstrahlung

Phương pháp này được coi là chính xác nhất trong số những phương pháp hiện có. Thực tế là phổ tần số của tia X có giới hạn trên sắc nét, được gọi là đường viền tím, được sử dụng. Sự tồn tại của nó tuân theo các tính chất lượng tử của bức xạ điện từ và định luật bảo toàn năng lượng. Có thật không,

tốc độ ánh sáng ở đâu,

Bước sóng tia X, - điện tích electron, - hiệu điện thế gia tốc giữa các điện cực của ống tia X.

Khi đó hằng số Planck là

Ghi chú

1. 1 2 3 4 Các hằng số vật lý cơ bản - Danh sách đầy đủ
2. Về việc sửa đổi có thể có trong tương lai của Hệ đơn vị quốc tế, SI. Nghị quyết 1 của cuộc họp lần thứ 24 của QTCS (2011).
3. Thỏa thuận ràng buộc kilôgam và bạn bè về các nguyên tắc cơ bản - vật lý-toán - ngày 25 tháng 10 năm 2011 - Nhà khoa học mới

Văn chương

• John D. Barrow. Các hằng số của tự nhiên; Từ Alpha đến Omega - Những con số mã hóa những bí mật sâu xa nhất của vũ trụ. - Sách của Pantheon, 2002. - ISBN 0-37-542221-8.
• Steiner R. Lịch sử và tiến trình về các phép đo chính xác của hằng số Planck // Báo cáo về Tiến bộ trong Vật lý. - 2013. - Tập. 76. - P. 016101.

Liên kết

• Yu. K. Zemtsov, Bài giảng vật lý nguyên tử, phân tích chiều
• Lịch sử cải tiến hằng số Planck
• Tham chiếu NIST về Hằng số, Đơn vị và Độ không chắc chắn

thanh hằng số, thanh hằng số bằng bao nhiêu

Thông tin liên tục của Planck Giới thiệu

Hằng số Planck xác định ranh giới giữa mô hình vũ trụ vĩ mô, nơi áp dụng các định luật cơ học Newton và mô hình thu nhỏ, nơi áp dụng các định luật cơ học lượng tử.

Max Planck, một trong những người sáng lập ra cơ học lượng tử, đã đưa ra ý tưởng về lượng tử hóa năng lượng, cố gắng giải thích về mặt lý thuyết quá trình tương tác giữa các sóng điện từ được phát hiện gần đây ( cm. Phương trình Maxwell) và các nguyên tử và do đó giải quyết vấn đề bức xạ vật đen. Ông nhận ra rằng để giải thích quang phổ phát xạ quan sát được của nguyên tử, cần phải coi nguyên tử phát ra và hấp thụ năng lượng theo từng phần (mà nhà khoa học gọi là lượng tử) và chỉ ở một số tần số sóng nhất định. Năng lượng do một lượng tử mang theo bằng:

ở đâu v là tần số bức xạ, và h — lượng tử cơ bản của hành động, là một hằng số phổ quát mới, đã sớm nhận được tên Hằng số của Planck. Planck là người đầu tiên tính toán giá trị của nó trên cơ sở dữ liệu thử nghiệm h = 6,548 × 10 -34 J s (SI); theo dữ liệu hiện đại h = 6,626 × 10 -34 J giây. Theo đó, bất kỳ nguyên tử nào cũng có thể phát ra một loạt các tần số rời rạc liên kết với nhau, tần số này phụ thuộc vào quỹ đạo của các electron trong nguyên tử. Chẳng bao lâu nữa Niels Bohr sẽ tạo ra một mô hình Bohr nhất quán, mặc dù đã được đơn giản hóa của nguyên tử, phù hợp với phân bố Planck.

Sau khi công bố kết quả của mình vào cuối năm 1900, bản thân Planck - và điều này được thể hiện rõ ràng qua các ấn phẩm của ông - thoạt đầu không tin rằng lượng tử là một thực tế vật lý, và không phải là một mô hình toán học thuận tiện. Tuy nhiên, khi Albert Einstein xuất bản một bài báo 5 năm sau đó giải thích hiệu ứng quang điện dựa trên lượng tử hóa năng lượng bức xạ, trong giới khoa học, công thức Planck không còn được coi là một trò chơi lý thuyết, mà là một mô tả của một hiện tượng vật lý thực tế ở cấp độ hạ nguyên tử, chứng minh bản chất lượng tử của năng lượng.

Hằng số Planck xuất hiện trong tất cả các phương trình và công thức của cơ học lượng tử. Đặc biệt, nó xác định các thang đo mà từ đó nguyên lý bất định Heisenberg có hiệu lực. Nói một cách đại khái, hằng số Planck cho chúng ta thấy giới hạn dưới của các đại lượng không gian, sau đó người ta không thể bỏ qua các hiệu ứng lượng tử. Ví dụ, đối với các hạt cát, độ không đảm bảo của tích số của kích thước và vận tốc tuyến tính của chúng nhỏ đến mức có thể bỏ qua nó. Nói cách khác, hằng số Planck vẽ ranh giới giữa vũ trụ vĩ mô, nơi áp dụng định luật cơ học Newton và mô hình thu nhỏ, nơi định luật cơ học lượng tử có hiệu lực. Chỉ thu được để mô tả lý thuyết của một hiện tượng vật lý đơn lẻ, hằng số Planck nhanh chóng trở thành một trong những hằng số cơ bản của vật lý lý thuyết, được xác định bởi chính bản chất của vũ trụ.

Xem thêm:

Max Karl Ernst Ludwig Plank, 1858-1947

Nhà vật lý người Đức. Sinh ra ở Kiel trong một gia đình là giáo sư luật học. Là một nghệ sĩ piano điêu luyện, Planck khi còn trẻ buộc phải đưa ra lựa chọn khó khăn giữa khoa học và âm nhạc (người ta nói rằng trước Chiến tranh thế giới thứ nhất, nghệ sĩ piano Max Planck thường sáng tác một bản song ca cổ điển rất chuyên nghiệp với nghệ sĩ violin Albert Einstein khi rảnh rỗi. - Ghi chú. người phiên dịch Planck bảo vệ luận án tiến sĩ về định luật nhiệt động lực học thứ hai vào năm 1889 tại Đại học Munich - và cùng năm đó trở thành giáo viên, và từ năm 1892 - trở thành giáo sư tại Đại học Berlin, nơi ông làm việc cho đến khi nghỉ hưu vào năm 1928. Planck được coi là một trong những cha đẻ của cơ học lượng tử. Ngày nay, toàn bộ mạng lưới các viện nghiên cứu của Đức đều mang tên ông.

Biển hiệu tưởng niệm Max Planck để vinh danh việc phát hiện ra hằng số Planck, trên mặt tiền của Đại học Humboldt, Berlin. Dòng chữ có nội dung: “Max Planck, người đã phát minh ra lượng tử cơ bản của hành động, được giảng dạy trong tòa nhà này. h, từ năm 1889 đến năm 1928 ”. - một lượng tử cơ bản của hành động, một đại lượng vật lý cơ bản phản ánh bản chất lượng tử của Vũ trụ. Tổng mômen động lượng của một hệ vật chất chỉ có thể thay đổi bằng bội số của hằng số Planck. Theo như trong cơ học lượng tử, các đại lượng vật lý được biểu thị dưới dạng hằng số Planck.
Hằng số Planck được ký hiệu bằng chữ cái Latinh h. Nó có thứ nguyên của năng lượng nhân với thời gian.
Được sử dụng phổ biến hơn Hằng số tóm tắt của Planck

Ngoài thực tế là nó thuận tiện để sử dụng trong các công thức của cơ học lượng tử, nó có một ký hiệu đặc biệt, bạn không thể nhầm lẫn nó với bất cứ thứ gì.
Trong hệ SI, hằng số Planck có ý nghĩa sau:
Đối với các tính toán trong vật lý lượng tử, sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng giá trị của hằng số tóm tắt Planck, được biểu thị bằng vôn điện tử.
Max Planck đã đưa ra hằng số của mình để giải thích phổ bức xạ của một vật đen hoàn toàn, giả sử rằng vật thể phát ra sóng điện từ theo các phần (lượng tử) với năng lượng tỷ lệ với tần số (h?). Năm 1905, Einstein sử dụng giả thiết này để giải thích hiệu ứng quang điện bằng cách giả thiết rằng các sóng điện từ bị hấp thụ theo từng đợt năng lượng tỷ lệ với tần số. Đây là cách cơ học lượng tử ra đời, tính giá trị mà cả hai người đoạt giải Nobel đều nghi ngờ cả đời.

Trong bài báo này, trên cơ sở khái niệm photon, bản chất vật lý của “hằng số cơ bản” của hằng số Planck được tiết lộ. Các lập luận được đưa ra cho thấy hằng số Planck là một tham số điển hình của một photon, là một hàm của bước sóng của nó.

Giới thiệu. Cuối thế kỷ 19 - đầu thế kỷ 20 được đánh dấu bằng một cuộc khủng hoảng trong vật lý lý thuyết do các phương pháp vật lý cổ điển không thể chứng minh một số vấn đề, một trong số đó là "thảm họa tia cực tím". Bản chất của vấn đề này là khi thiết lập quy luật phân bố năng lượng trong phổ bức xạ của vật đen hoàn toàn bằng phương pháp vật lý cổ điển, mật độ phổ của năng lượng bức xạ phải tăng lên vô hạn khi bước sóng bức xạ ngắn lại. Trên thực tế, vấn đề này cho thấy, nếu không phải là sự mâu thuẫn nội tại của vật lý cổ điển, thì trong mọi trường hợp, một sự khác biệt cực kỳ rõ rệt với các quan sát và thực nghiệm cơ bản.

Các nghiên cứu về tính chất của bức xạ vật đen, diễn ra trong gần bốn mươi năm (1860-1900), đạt đến đỉnh điểm là giả thuyết của Max Planck rằng năng lượng của bất kỳ hệ nào E khi phát ra hoặc hấp thụ tần số bức xạ điện từ ν (\ displaystyle ~ \ nu) chỉ có thể thay đổi bội số của năng lượng lượng tử:

E γ = hν (\ displaystyle ~ E = h \ nu). (1) (\ displaystyle ~ h)

Yếu tố tỷ lệ h trong biểu thức (1) đã nhập khoa học dưới tên "hằng số Planck", trở thành hằng số cơ bản lý thuyết lượng tử .

Bài toán vật đen được xem xét lại vào năm 1905 khi Rayleigh và Jeans một mặt, và Einstein, mặt khác, đã chứng minh một cách độc lập rằng điện động lực học cổ điển không thể biện minh cho phổ bức xạ quan sát được. Điều này dẫn đến cái gọi là "thảm họa tia cực tím", do đó được Ehrenfest chỉ định vào năm 1911. Nỗ lực của các nhà lý thuyết (cùng với công trình của Einstein về hiệu ứng quang điện) đã dẫn đến việc công nhận rằng định đề của Planck về lượng tử hóa các mức năng lượng không phải là một phép toán đơn giản. chủ nghĩa hình thức, nhưng là một yếu tố quan trọng của các ý tưởng về thực tại vật chất.

Phát triển thêm các ý tưởng lượng tử của Planck - chứng minh hiệu ứng quang điện bằng cách sử dụng giả thuyết về lượng tử ánh sáng (A. Einstein, 1905), định đề trong lý thuyết của Bohr về lượng tử hóa mômen động lượng của electron trong nguyên tử (N. Bohr, 1913 ), phát hiện ra mối quan hệ của de Broglie giữa khối lượng của một hạt và sóng chiều dài của nó (L. De Broglie, 1921), và sau đó là sự ra đời của cơ học lượng tử (1925 - 26) và thiết lập các quan hệ bất định cơ bản giữa động lượng và tọa độ và giữa năng lượng và thời gian (W. Heisenberg, 1927) đã dẫn đến việc thiết lập trạng thái cơ bản của hằng số Planck trong vật lý.

Vật lý lượng tử hiện đại cũng tuân theo quan điểm này: “Trong tương lai, chúng ta sẽ thấy rõ rằng công thức E / ν \ u003d h thể hiện nguyên lý cơ bản của vật lý lượng tử, đó là mối quan hệ giữa năng lượng và tần số có một ký tự chung: E ​​\ u003d hν. Mối liên hệ này hoàn toàn xa lạ với vật lý cổ điển, và hằng số huyền bí h là biểu hiện của những bí ẩn của tự nhiên mà người ta vẫn chưa hiểu được vào thời điểm đó.

Đồng thời, có một quan điểm khác về hằng số Planck: “Sách giáo khoa về cơ học lượng tử nói rằng vật lý cổ điển là vật lý trong đó h bằng không. Nhưng trên thực tế, hằng số Planck h - đây không là gì ngoài một đại lượng thực sự xác định khái niệm được biết đến nhiều trong vật lý cổ điển về con quay hồi chuyển. Một lời giải thích cho những người đam mê nghiên cứu vật lý rằng h ≠ 0 là một hiện tượng thuần túy lượng tử, không có chất tương tự trong vật lý cổ điển, là một trong những yếu tố chính nhằm củng cố niềm tin về sự cần thiết của cơ học lượng tử. "

Do đó, quan điểm của các nhà vật lý lý thuyết về hằng số Planck đã bị chia rẽ. Một mặt, nó có tính độc quyền và thần bí, mặt khác là nỗ lực đưa ra một cách giải thích vật lý không vượt ra ngoài khuôn khổ của vật lý cổ điển. Tình trạng này vẫn tồn tại trong vật lý ở thời điểm hiện tại, và sẽ tồn tại cho đến khi bản chất vật lý của hằng số này được thiết lập.

Bản chất vật lý của hằng số Planck. Planck quản lý để tính toán giá trị h từ dữ liệu thực nghiệm về bức xạ vật đen: tuy nhiên, kết quả của nó là 6,55 10 -34 J s, với độ chính xác là 1,2% giá trị được chấp nhận hiện tại, để chứng minh bản chất vật lý của hằng số h anh ta không thể. Việc tiết lộ bản chất vật lý của bất kỳ hiện tượng nào không phải là đặc trưng của cơ học lượng tử: “Lý do của cuộc khủng hoảng trong các lĩnh vực khoa học cụ thể là do vật lý lý thuyết hiện đại không có khả năng hiểu được bản chất vật lý của hiện tượng, để tiết lộ cơ chế bên trong của hiện tượng , cấu trúc của hình thành vật chất và trường tương tác, để hiểu được mối quan hệ nguyên nhân - kết quả giữa các yếu tố, hiện tượng ”. Vì vậy, ngoài thần thoại, cô không thể tưởng tượng ra bất cứ điều gì khác trong vấn đề này. Nhìn chung, những quan điểm này được phản ánh trong tác phẩm: “Hằng số Planck h như một thực tế vật lý có nghĩa là sự tồn tại của một lượng hành động hữu hạn nhỏ nhất, không thể giảm thiểu và không thể co lại trong tự nhiên. Là một giá trị giao hoán khác 0 cho bất kỳ cặp đại lượng động và động học nào tạo thành thứ nguyên của tác dụng bởi tích của chúng, hằng số Planck tạo ra tính chất không giao hoán cho các đại lượng này, do đó là nguồn chính và không thể thay đổi của xác suất chắc chắn mô tả thực tế vật lý trong bất kỳ không gian nào của động lực học và động học. Do đó tính phổ quát và tính phổ quát của vật lý lượng tử ”.

Trái ngược với ý tưởng của những người theo thuyết vật lý lượng tử về bản chất của hằng số Planck, các đối thủ của họ thực dụng hơn. Ý nghĩa vật lý của ý tưởng của họ đã được rút gọn thành “tính toán bằng các phương pháp cơ học cổ điển về giá trị của mômen động lượng chính của electron Thể dục (động lượng liên quan đến chuyển động quay của một electron quanh trục của chính nó) và nhận được biểu thức toán học cho hằng số Planck " h »Thông qua các hằng số cơ bản đã biết.” Từ đó thực thể vật chất đã được chứng minh: “ Hằng số của Planck « h » bằng kích thước cổ điển Mômen động lượng chính của một êlectron (gắn với chuyển động quay của êlectron quanh trục của chính nó), nhân với 4 P. ”

Sai lầm của những quan điểm này nằm ở chỗ hiểu sai bản chất của các hạt cơ bản và nguồn gốc của sự xuất hiện của hằng số Planck. Electron là một phần tử cấu trúc của nguyên tử một chất, có mục đích chức năng riêng - sự hình thành các đặc tính hóa lý của nguyên tử một chất. Do đó, nó không thể hoạt động như một vật mang bức xạ điện từ, tức là giả thuyết của Planck về sự truyền năng lượng của một lượng tử cho một điện tử là không thể áp dụng được.

Để chứng minh bản chất vật lý của hằng số Planck, chúng ta hãy xem xét vấn đề này ở khía cạnh lịch sử. Từ phần trên, giải pháp cho vấn đề "thảm họa tia cực tím" là giả thuyết của Planck rằng bức xạ của một vật đen hoàn toàn xảy ra theo các phần, tức là lượng tử năng lượng. Nhiều nhà vật lý thời đó ban đầu cho rằng lượng tử hóa năng lượng là kết quả của một tính chất chưa biết nào đó của vật chất là hấp thụ và phát ra sóng điện từ. Tuy nhiên, vào năm 1905, Einstein đã phát triển ý tưởng của Planck, giả định rằng lượng tử hóa năng lượng là một đặc tính của bản thân bức xạ điện từ. Dựa trên giả thuyết về lượng tử ánh sáng, ông đã giải thích một số mô hình của hiệu ứng quang điện, sự phát quang và các phản ứng quang hóa.

Tính đúng đắn của giả thuyết của Einstein đã được thực nghiệm xác nhận qua nghiên cứu về hiệu ứng quang điện của R. Millikan (1914-1916) và nghiên cứu về sự tán xạ tia X bởi các electron của A. Compton (1922-1923). Do đó, có thể coi lượng tử ánh sáng là một hạt cơ bản, tuân theo các định luật động học giống như các hạt vật chất.

Năm 1926, Lewis đề xuất thuật ngữ "photon" cho hạt này, được cộng đồng khoa học chấp nhận. Theo các khái niệm hiện đại, photon là một hạt cơ bản, một lượng tử của bức xạ điện từ. Khối lượng còn lại của photon m g bằng 0 (giới hạn thử nghiệm m g<5 . 10 -60 г), и поэтому его скорость равна скорости света . Электрический заряд фотона также равен нулю .

Nếu một photon là một lượng tử (hạt mang) bức xạ điện từ, thì điện tích của nó không thể bằng 0 theo bất kỳ cách nào. Sự mâu thuẫn trong cách biểu diễn này của photon đã trở thành một trong những lý do dẫn đến sự hiểu lầm về bản chất vật lý của hằng số Planck.

Chứng minh không thể giải quyết được của bản chất vật lý của hằng số Planck trong khuôn khổ của các lý thuyết vật lý hiện có làm cho nó có thể vượt qua khái niệm etherodynamic do V.A. Atsukovsky phát triển.

Trong các mô hình etherodynamic, các hạt cơ bản được hiểu là hình thành xoáy khép kín(vòng), trong thành của ete bị nén chặt đáng kể, và các hạt cơ bản, nguyên tử và phân tử là cấu trúc liên kết các xoáy như vậy. Sự tồn tại của chuyển động vòng và chuyển động xoắn tương ứng với sự hiện diện của mômen cơ học (spin) trong các hạt hướng dọc theo trục chuyển động tự do của nó.

Theo khái niệm này, về mặt cấu trúc, một photon là một vòng xoáy hình xuyến khép kín với chuyển động hình vòng xuyến của hình xuyến (giống như bánh xe) và chuyển động xoắn ốc bên trong nó. Nguồn tạo ra photon là cặp proton-electron của nguyên tử vật chất. Kết quả của sự kích thích, do cấu trúc đối xứng của nó, mỗi cặp proton-electron tạo ra hai photon. Thực nghiệm xác nhận điều này là quá trình tiêu diệt một electron và một positron.

Một photon là hạt cơ bản duy nhất được đặc trưng bởi ba dạng chuyển động: chuyển động quay quanh trục quay của chính nó, chuyển động thẳng hướng theo một hướng nhất định và chuyển động quay với một bán kính nhất định. R so với trục của chuyển động thẳng. Chuyển động cuối cùng được hiểu là chuyển động dọc theo xoáy thuận. Cycloid là một hàm tuần hoàn dọc theo abscissa, với chu kỳ 2π R (\ displaystyle 2 \ pi r) /…. Đối với một photon, chu kỳ xycloid được hiểu là bước sóng λ , là đối số của tất cả các tham số photon khác.

Mặt khác, bước sóng cũng là một trong những tham số của bức xạ điện từ: sự nhiễu loạn (thay đổi trạng thái) của trường điện từ lan truyền trong không gian. Trong đó bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm trong không gian gần nhau nhất mà dao động xảy ra cùng pha.

Từ đó dẫn đến sự khác biệt đáng kể trong các khái niệm về bước sóng đối với một photon và bức xạ điện từ nói chung.

Đối với một photon, bước sóng và tần số có liên quan với nhau bằng quan hệ

ν = u γ / λ, (2)

ở đâu u γ là tốc độ của chuyển động thẳng của photon.

Một photon là một khái niệm đề cập đến một họ (tập hợp) các hạt cơ bản được thống nhất bởi các dấu hiệu tồn tại chung. Mỗi photon được đặc trưng bởi tập hợp các đặc tính cụ thể của nó, một trong số đó là bước sóng. Đồng thời, có tính đến sự phụ thuộc lẫn nhau của các đặc tính này với nhau, trong thực tế, việc biểu diễn các đặc tính (tham số) của một photon dưới dạng hàm của một biến trở nên thuận tiện. Bước sóng photon được xác định là một biến độc lập.

Giá trị đã biết u λ = 299 792 458 ± 1.2 / được định nghĩa là tốc độ ánh sáng. Giá trị này được K. Ivenson và các đồng nghiệp của ông thu được vào năm 1972 bằng cách sử dụng tiêu chuẩn tần số xêzi của laser CH 4 và sử dụng tiêu chuẩn tần số krypton, bước sóng của nó (khoảng 3,39 μm). Do đó, về mặt hình thức, tốc độ ánh sáng được định nghĩa là tốc độ tuyến tính của các photon có bước sóng λ = 3,39 10 -6 m. Về mặt lý thuyết (\ displaystyle 2 \ pi r) /… thì tốc độ của các photon (rectilinear) là thay đổi và phi tuyến tính, tức là u λ = f ( λ). Thực nghiệm xác nhận đây là công việc liên quan đến việc nghiên cứu và phát triển các tiêu chuẩn tần số laser (\ displaystyle 2 \ pi r) /…. Từ kết quả của những nghiên cứu này, tất cả các photon mà λ < 3,39 10 -6 m chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng. Tốc độ giới hạn của photon (dải gamma) là tốc độ âm thanh thứ hai của ête 3 10 8 m / s (\ displaystyle 2 \ pi r) /….

Những nghiên cứu này cho phép chúng ta rút ra một kết luận quan trọng hơn rằng sự thay đổi tốc độ của các photon trong vùng tồn tại của chúng không vượt quá 0,1%. Một sự thay đổi tương đối nhỏ về tốc độ của các photon trong vùng tồn tại của chúng cho phép chúng ta nói về tốc độ của các photon như một giá trị gần như không đổi.

Một photon là một hạt cơ bản có đặc tính không thể chuyển dời là khối lượng và điện tích. Các thí nghiệm của Erengaft đã chứng minh rằng điện tích của một photon (điện tử con) có quang phổ liên tục, và từ các thí nghiệm của Millikan cho thấy rằng đối với một photon tia X, có bước sóng xấp xỉ 10-9 m, điện tích là 0,80108831 C (\ kiểu hiển thị 2 \ pi r) /….

Theo định nghĩa vật chất hóa đầu tiên về bản chất vật lý của điện tích: “ điện tích cơ bản tỷ lệ với khối lượng phân bố trên mặt cắt của xoáy sơ cấp“Theo phát biểu nghịch đảo rằng khối lượng phân bố trên tiết diện của xoáy tỷ lệ với điện tích. Dựa vào bản chất vật lý của điện tích, theo đó khối lượng của phôtôn cũng có quang phổ liên tục. Dựa trên sự giống nhau về cấu trúc của các hạt cơ bản của proton, electron và photon, các giá trị của khối lượng và bán kính của proton (tương ứng, m p = 1,672621637 (83) 10 -27 kg, rP = 0,8751 10 -15 m (\ displaystyle 2 \ pi r) /…), cũng như theo giả thiết rằng mật độ của ête trong các hạt này bằng nhau, khối lượng photon được ước tính là 10 -40 kg, và quỹ đạo tròn của nó bán kính là 0,179◦10 −16 m, bán kính của cơ thể photon (bán kính ngoài của hình xuyến) có lẽ nằm trong khoảng 0,01 - 0,001 bán kính của quỹ đạo tròn, tức là khoảng 10-19 - 10-20 m.

Dựa trên khái niệm về tính đa dạng của photon và sự phụ thuộc của các tham số photon vào bước sóng, cũng như từ các dữ kiện đã được thực nghiệm xác nhận về tính liên tục của phổ điện tích và khối lượng, chúng ta có thể giả định rằng e λ , m λ = f ( λ ) , có đặc tính là gần như hằng số.

Dựa trên những điều đã nói ở trên, chúng ta có thể nói rằng biểu thức (1) thiết lập mối quan hệ giữa năng lượng của bất kỳ hệ nào trong quá trình phát xạ hoặc hấp thụ bức xạ điện từ có tần số ν (\ displaystyle ~ \ nu) không gì khác hơn là mối quan hệ giữa năng lượng của các photon do cơ thể phát ra hoặc hấp thụ và tần số (bước sóng) của các photon này. Và hằng số Planck là hệ số tương quan. Sự biểu diễn như vậy về mối quan hệ giữa năng lượng của một photon và tần số của nó đã loại bỏ khỏi hằng số Planck ý nghĩa về tính phổ quát và tính cơ bản của nó. Trong bối cảnh này, hằng số Planck trở thành một trong những tham số của photon, phụ thuộc vào bước sóng của photon.

Để có bằng chứng đầy đủ và đầy đủ về tuyên bố này, chúng ta hãy xem xét khía cạnh năng lượng của photon. Từ dữ liệu thực nghiệm, người ta biết rằng một photon được đặc trưng bởi một phổ năng lượng, có sự phụ thuộc phi tuyến tính: đối với photon hồng ngoại Е λ = 0,62 eV cho λ = 2 10 -6 m, tia x Е λ = 124 eV cho λ = 10 -8 m, gamma Е λ = 124000 eV cho λ = 10 -11 m.Từ bản chất chuyển động của một phôtôn, ta suy ra rằng tổng năng lượng của một phôtôn bao gồm động năng quay quanh trục của chính nó, động năng quay dọc theo đường tròn (xiclôn) và năng lượng của trục quay. cử động:

E λ = E 0 λ + E 1 λ + E 2 λ, (3)

trong đó E 0 λ = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ là động năng quay quanh trục của chính nó,

E 1 λ = m λ u λ 2 là năng lượng của chuyển động thẳng, E 2 λ = m λ R 2 λ ω 2 λ là động năng của chuyển động quay dọc theo đường tròn, trong đó r γ λ là bán kính của cơ thể photon , R γ λ là bán kính của quỹ đạo tròn, ω γ λ là tần số quay riêng của photon quanh trục, ω λ = ν là tần số quay tròn của phôtôn, m λ là khối lượng của phôtôn.

Động năng của một photon trong quỹ đạo tròn

E 2 λ = m λ r 2 λ ω 2 λ = m λ r 2 λ (2π u λ / λ) 2 = m λ u λ 2 ◦ (2π r λ / λ) 2 = E 1 λ ◦ (2π r λ / λ) 2.

E 2 λ = E 1 λ ◦ (2π r λ / λ) 2. (bốn)

Biểu thức (4) cho thấy động năng của chuyển động quay dọc theo quỹ đạo tròn là một phần của năng lượng của chuyển động thẳng, phụ thuộc vào bán kính của quỹ đạo tròn và bước sóng của photon.

(2π r λ / λ) 2. (5)

Hãy ước tính giá trị này. Đối với các photon hồng ngoại

(2π r λ / λ) 2 \ u003d (2π 10 -19 m / 2 10 -6 m) 2 \ u003d π 10 -13.

Đối với các photon dải gamma

(2π r λ / λ) 2 \ u003d (2π 10 -19 m / 2 10 -11 m) 2 \ u003d π 10 -8.

Do đó, trong toàn bộ vùng tồn tại của một photon, động năng của nó khi quay dọc theo quỹ đạo tròn nhỏ hơn nhiều so với năng lượng của chuyển động thẳng và có thể được bỏ qua.

Hãy để chúng tôi ước tính năng lượng của chuyển động thẳng.

E 1 λ \ u003d m λ u λ 2 \ u003d 10 -40 kg (3 10 8 m / s) 2 \ u003d 0,9 10 -23 kg m 2 / s 2 \ u003d 5,61 10 -5 eV.

Năng lượng của chuyển động tịnh tiến của một photon trong cân bằng năng lượng (3) nhỏ hơn nhiều so với tổng năng lượng của photon, ví dụ, trong dải hồng ngoại (5,61 10 -5 eV< 0,62 эВ), что указывает на то, что полная энергия фотона фактически определяется собственной кинетической энергией вращения вокруг оси фотона.

Do đó, khi xét về độ nhỏ của năng lượng của chuyển động thẳng và chuyển động dọc theo quỹ đạo tròn, chúng ta có thể nói rằng phổ năng lượng của một photon bao gồm phổ của các động năng quay của chính nó xung quanh trục photon.

Do đó, biểu thức (1) có thể được biểu diễn dưới dạng

E 0 λ = hν ,

tức là. (\ displaystyle ~ E = h \ nu)

m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ = h ν . (6)

h = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ / ν = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ / ω λ. (7)

Biểu thức (7) có thể được biểu diễn dưới dạng sau

h = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ / ω λ = (m λ r 2 γ λ) ω 2 γ λ / ω λ = k λ (λ) ω 2 γ λ / ω λ.

h = k λ (λ) ω 2 γ λ / ω λ. (tám)

Trong đó k λ (λ) = m λ r 2 γ λ là một số gần như hằng số.

Hãy để chúng tôi ước tính các giá trị của tần số quay tự nhiên của các photon quanh trục: ví dụ:

vì λ = 2 10 -6 m (phạm vi hồng ngoại)

ω 2 γ i = E 0i / m i r 2 γ i \ u003d 0,62 1,602 10 −19 J / (10 -40 kg 10 -38 m 2) \ u003d 0,99 1059 s -2,

ω γ i = 3,14 10 29 vòng / phút.

vì λ = 10 -11 m (gamma)

ω γ i = 1,4 10 32 vòng / phút.

Hãy để chúng tôi ước tính tỷ lệ ω 2 γ λ / ω λ đối với photon hồng ngoại và gamma. Sau khi thay thế dữ liệu trên, chúng tôi nhận được:

vì λ = 2 10 -6 m (dải hồng ngoại) - ω 2 γ λ / ω λ \ u003d 6.607 10 44,

vì λ = 10 -11 m (dải gamma) - ω 2 γ λ / ω λ \ u003d 6.653 10 44.

Nghĩa là, biểu thức (8) cho thấy rằng tỷ số bình phương của tần số quay riêng của photon so với chuyển động quay dọc theo đường tròn là một giá trị gần như không đổi cho toàn bộ vùng tồn tại của photon. Trong trường hợp này, giá trị của tần số tự quay của photon trong vùng tồn tại của photon thay đổi ba bậc độ lớn. Từ đó, hằng số Planck có đặc tính của một hằng số gần như là hằng số.

Ta biến đổi biểu thức (6) như sau

m λ r 2 γ λ ω γ λ ω γ λ = h ω λ .

M =h ω λ / ω γ λ , (9)

trong đó M = m λ r 2 γ λ ω γ λ là momen con quay nội tại của photon.

Từ biểu thức (9) tuân theo bản chất vật lý của hằng số Planck: Hằng số Planck là một hệ số tỷ lệ thiết lập mối quan hệ giữa mômen con quay của chính photon và tỷ số của tần số quay (dọc theo quỹ đạo tròn và của riêng nó), có đặc điểm là một gần như hằng số trong toàn bộ vùng tồn tại của photon.

Ta biến đổi biểu thức (7) như sau

h = m λ r 2 γ λ ω 2 γ λ / ω λ = m λ r 2 γ λ m λ r 2 γ λ R 2 λ ω 2 γ λ / (m λ r 2 γ λ R 2 λ ω λ) =

= (m λ r 2 γ λ ω γ λ) 2 R 2 λ / (m λ R 2 λ ω λ r 2 γ λ) = M 2 γ λ R 2 λ / M λ r 2 γ λ,

h = (M 2 γ λ / M λ) (R 2 λ / r 2 γ λ),

h ( r 2 γ λ / R 2 λ), = (M 2 γ λ / M λ) (10)

Biểu thức (10) cũng chỉ ra rằng tỷ số bình phương của mômen con quay nội tại của một photon với mômen con quay của chuyển động dọc theo quỹ đạo tròn (xycloid) là một giá trị gần như không đổi trong toàn bộ vùng tồn tại của một photon và là được xác định bởi biểu thức h ( r 2 γ λ / R 2 λ).