שְׁאֵלָה:
מדוע קבוע הפלאנק צריך להיות קבוע בכל החלל?
Joshua Lin
2015-10-13 12:14:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

הערך שלנו עבור קבוע הפלאנק $ h $ ניתן למצוא בניסויים על כדור הארץ, אך כיצד נדע כי קבוע הפלאנק אינו משתנה בכל החלל, למשל הוא תלוי חלש בעקמומיות זמן החלל? עד כמה שידוע לי עשינו רק ניסויים לקביעת הערך של $ h $ קרוב לפני כדור הארץ, ולכן אני לא חושב שיש שום ראיה ישירה שמצביעה על כך שהוא צריך להיות קבוע בכל החלל, אז הצעתי את הרעיון לחבריי.

אחד קרא לי אגוז, ואמר שהערך עבור קבוע פלאנק צריך להיות זהה בכל החללים אחרת שמירת האנרגיה תיפגע. הוא העלה את המצב הבא: נניח שבאזור אחד של החלל קבוע הפלאנק נמצא כ- $ 1 ביחידות SI (קרא לזה שטח $ A $), ויש לך פוטון של תדר $ 1 $ הרץ. לאחר מכן פוטון זה נסע לאזור אחר בחלל שבו הערך עבור קבוע פלאנק הוא כעת $ 3 $ ביחידות SI (קראו לשטח זה $ B $). מכאן שהפוטון עבר מלהיות $ 1 $ ג'אול אנרגיה ל- $ 3 $ ג'אול אנרגיה (לפי היחס $ E = hf $). במילים שלו, עווית אצבע כאן יכולה לגרום לפיצוץ באזור אחר בחלל. על זה עניתי: אז מה? עד כמה שידוע לי הטיעון לשימור אנרגיה נובע מהעובדה שהחלל נראה אותו דבר בכל מקום שאנחנו מסתכלים בו, ואם קבוע הפלאנק היה שונה באמת באזורים שונים בחלל, אז הטיעון הזה לא צריך להחזיק, ושמירת האנרגיה לא צריכה להיות גם לא להחזיק. גם אם הייתי רוצה לנצל לרעה את המערכת הזו על ידי יצירת לולאת משוב בה האנרגיה הולכת וגדלה, העניין היה שאנסה אי פעם לחלץ אנרגיה מהחלל $ B $ בחזרה לחלל $ A $ זה יהפוך לכמות קטנה של שוב אנרגיה מכיוון שהערך עבור $ h $ פוחת.

חבר אחר כינה אותי אגוז, מכיוון שהוא האמין שבשליחת הפוטון מהחלל $ A $ לחלל $ B $, אפר את החוק השני של התרמודינמיקה על ידי הקטנת האנטרופיה הכוללת. הוא לא באמת הרחיב על כך, (אני מאמין) לאף אחד מאיתנו אין את היכולות לחשב את שינוי האנטרופיה בפועל, ולכן נקודה זו נותרה לא פתורה.

לבסוף, חבר אחר כינה אותי אגוז, מכיוון שהוא האמין שאם הערך עבור $ h $ שונה באזורים שונים בחלל, אז כל החישובים שלנו שנעשו אי פעם בפיזיקה העוסקת בכוכבים ובהירותם וכך הלאה והלאה לא היו נכונים, וזה היה מטריד. על זה השבתי כי ראשית, השינויים בערך של $ h $ עשויים להיות קטנים מאוד עבור אזורי שטח 'רגילים', ושנית כי לא היה שום דבר שגוי מטבעו בכל החישובים האחרים שביצענו שגויים, עובדה שאנו יודעים שהם טועים כבר מכיוון שאיננו יכולים להסביר חומר אפל או אנרגיה אפלה! אז בעיני זה לא היה טיעון טוב באמת מדוע קבוע הפלאנק לא יכול להיות משתנה על פני שטח.

עם כל האמור, אני עדיין בטוח למדי שקבוע הפלנק הוא קבוע על פני שטח, מכיוון שהוא נקרא קבוע. אז האם יש שגיאה בטיעונים הקודמים שלי, או מה הסיבה המובהקת לכך שקבוע הפלנק לא יכול להיות משתנה על פני שטח?

כפילויות אפשריות: http://physics.stackexchange.com/q/21721/2451 וקישורים אליו.
החברים שלך טעו כשקראו לך אגוז, כי כמו כל דבר אחר, אנחנו די בטוחים שהקבוע של פלאנק הוא קבוע אבל לא בטוח ב 100%.ייתכן שתרצה גם לספר לחברך הראשון ששמירת האנרגיה כבר מופרת בגלל שינוי אדום קוסמולוגי.
אני מאמין שהקבוע של פלאנק הוא קבוע בהגדרתו.יש לנו $ p ^ i = \ hbar k ^ i $ עבור קוונט של כל שדה.אם גל מישורי אינו מצב של מומנטום, כך ש- $ p ^ i = \ hbar (1 + \ phi (x)) k ^ i $, אז המומנטום הנוסף נחשב באינטראקציה עם השדה $ \ phi$.זה לא שהקבוע של פלאנק משתנה.
סיבה מעשית יותר אנו יכולים להסיק את קביעות קבועו של פלאנק: אורביטלים אטומיים, ולכן הכימיה תלויה בו באופן חלקי.לכן, שנה אותו ואתה משנה קווי ספקטרום, וזה משהו שהיינו שמים לב אליו בכוכבים רחוקים.
קשור: [האם ניתן לדבר על שינויים בקבוע פיזי שאינו חסר ממד?] (Http://physics.stackexchange.com/questions/78684)
מכיוון שמסלולי האלקטרונים מייצגים אנרגיה, אך הם קשורים לקוונטים של הקבוע של פלאנק, עולה על דעתי שיהיה די קשה ליקום להתמודד עם הבדלים קלים אפילו ב ** h **.כיצד יכול חומר אטומי להתמודד אילו אם כל האלקטרונים שלו כבר לא היו במסלולים תקפים?כל הבחירות נראות בלתי אפשריות או בולטות מאוד.
לשם הבהרה, אני לא בטוח שערך (** h ** / * תנע זוויתי *) שגם הוא מכמת * וגם * נשמר * יכול * להשתנות, אפילו תיאורטית.
שְׁלוֹשָׁה תשובות:
John Rennie
2015-10-13 12:29:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

אתה אומר:

ככל הידוע לי עשינו רק ניסויים כדי לקבוע את הערך של h קרוב לפני כדור הארץ

אבל את ערך הקבוע של פלאנק קובע את מיקום קווי הספקטרום, ולכן מדדנו אותו בכל רחבי היקום. תורת היחסות ולא שינויים בקבוע של פלאנק.

אנרגיה אינה נשמרת (בהכרח) ביקום מתרחב, אך אין זה טיעון לערך שינוי $ h $.

האם הוא קובע את מיקום קווי הספקטרום באתר הפליטה או באתר המדידה?מדוע הפוטונים לא יכלו לשנות את אורך הגל ולשמור על אותה אנרגיה בזמן שהם עוברים בדרגת _h_?
קרוד, אני תמיד צריך לקרוא את התשובות שלך לפני שאפרסם תגובה ...
@RBarryYoung: וזו הסיבה שלא נפרסם תשובות בסעיף ההערות * אהמ *!
מצב הטכנולוגיה כאן הוא הטענות (השנויות במחלוקת) לערכים מעט שונים של $ \ alpha = \ frac {1} {\ hbar c} \ frac {e ^ 2} {4 \ pi \ epsilon_0} $ בכיוונים שונים בכיווןהיקום המוקדם;לתשובה של RobJefferies יש קישורים לספרות.
Rob Jeffries
2015-10-13 13:45:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

קח דוגמא של אטום מימן.

רמות האנרגיה באטום המימן ניתנות על ידי $$ E_n = -2 \ pi ^ 2 \ frac {m_e ^ 4} {n ^ 2 h ^ 2}. $$ המרווח בין שתי רמות אנרגיה קובע את תדירות הפוטון הנפלט כאשר מתבצע מעבר מקרין ביניהן: $$ h \ nu_ {n_2 \ rightarrow n_1} = \ frac {2 \ pi ^ 2 m_e ^ 4} {h ^ 2} \ שמאל (\ frac {1} {n_2 ^ {2}} - \ frac {1} {n_1 ^ {2}} \ ימין). $$

לפיכך תדירות המעבר תהיה פרופורציונאלית ל- $ h ^ {- 3} $. לפיכך אם $ h $ ישתנה, אזי תדירות קווי הספקטרום המתאימים למעברים אטומיים תשתנה במידה ניכרת.

כעת, כאשר אנו מסתכלים על גלקסיות רחוקות אנו יכולים לזהות קווי ספקטרום המתאימים למעברים האטומיים במימן. כפי שאומר ג'ון רני, ה הועברו מחדש ולכן ניתן היה לפרש את ה זה כשינוי שיטתי מרחבי בקבוע של פלאנק עם מרחק מכדור הארץ. עם זאת, תזוזה זו תצטרך להיות ה אותו לכל הכיוונים - מכיוון שנראה כי הסטה אדומה היא איזוטרופית מאוד בקנה מידה גדול - ובכך תציב את כדור הארץ ב"מרכז היקום ", אשר מבחינה היסטורית תמיד התגלה כרעיון רע מאוד. לחלופין נוכל להניח שהקבוע של פלאנק היה זהה בכל מקום שיש בו חלל אך משתנה עם הזמן - זה יפיק אות איזוטרופי. (הערה: לא ניתן להסביר את ההיסטה האדומה הקוסמית כך מכיוון שישנן תופעות אחרות, כגון התרחבות הזמן של עקומות אור סופרנובה שאינן תלויות בקבוע של פלאנק באותו אופן, שהן לא עקביות) .

אין זה אומר שנושאים אלה אינם נבחנים. מרבית המאמצים התמקדו בבחינת האם המבנה הדק קבוע $ \ alpha $ משתנה ככל שאנו מסתכלים אחורה בזמן על גלקסיות רחוקות. הסיבה לכך היא, כפי שציין נכון הרוזן איבליס (לדעתי), החיפוש אחר משתנה $ h $ הוא חסר תועלת, מכיוון שכל תופעה שננסה למדוד היא למעשה פונקציה של $ \ alpha $ חסר המימד, אשר הוא פרופורציונלי ל- $ e ^ 2 / hc $. אנו עשויים לטעון כי אם אחד מהם משתנה, הוא יפיק וריאציה ב- $ \ alpha $, אך זה יסתכם בבחירת יחידות ורק הווריאציה ב- $ \ alpha $ היא בסיסית.

אז, ב בדוגמה לעיל, רמות אנרגיית המימן הן פרופורציונליות ל- $ \ alpha ^ 2 / n ^ 2 $. ניתן לזהות שינוי ב- $ \ alpha $ מכיוון שהמבנה הדק יחסית של קווי הספקטרום - כלומר ה הפרדה באנרגיה בין קווים בכפילה למשל, תלוי גם ב- $ \ alpha ^ 2 $, אך שונה במינים אטומיים עם מספרים אטומיים שונים.

קיימות טענות ממשיכות וטענות נגדיות (למשל ראה Webb et al. 2011; Kraiselburd et al. 2013) ש- $ \ alpha $ וריאציות של חלק אחד במיליון בערך עשויות להיות קיימות במזימות של הסטה אדומה גבוהה (המקביל לשינוי חלקי של $ \ Delta \ alpha / \ alpha \ sim 10 ^ {- 16} $ לשנה ) אך שלוריאציה עשויה להיות תלות זוויתית (כלומר תלות במרחב וגם בזמן).

* ... עשויה להיות תלות זוויתית * ובכן שבהחלט עוררה את העניין שלי;האם שני המאמרים שאתה מציין נכנסים לתלות זוויתית (אפשרית) זו?או שזה רק אחד?
@KyleKanos שניהם.אני לא מומחה לכך.
האם שינוי (איטי מאוד, מעבר ליכולת שלנו למדוד על כדור הארץ) לא יתחולל _ה_ לאורך זמן, היה נראה איזוטרופי דומה, אם הוא השפיע על האור הנכנס?או שמא יהיה עליו להיות גדול מספיק כדי שנבחין להסביר את השינוי האדום?
רמות האנרגיה ביחידות טבעיות ניתנות על ידי $$ E_n = - \ frac {m \ alpha ^ 2} {2 n ^ 2} $$
@Random832 אני חושב שיש לך טעם.
יש תיאוריות המנבאות שונות בקבועים בסיסיים לאורך זמן ומרחב.חלקם כוללים "תחומים" של חומר כהה / אנרגיה המשפיעים על $ \ alpha $, ואחרים הם ספקולטיביים בלבד.למעשה יש מאמץ ניכר על בסיס כדור הארץ למדוד זאת: ראה למשלhttp://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.210801 כאשר $ \ dot {\ alpha} / \ alpha $ נמדד ברמת $ 10 ^ {- 17} $.
@CharlieB תודה, כן הייתי מודע לאלה אבל לא יודע דבר עליהם.
Count Iblis
2015-10-14 01:45:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

כפי שציין מייקל דאף כאן, הקבוע של פלאנק הוא קבוע המרה בלבד. אז, בדיוק כמו שמייקל דאף מנסח זאת, אתה יכול באותה מידה לשאול אם מספר הליטר לגלון קבוע בכל החלל.

אני מאמין שזה נכון.זה רק שינוי ב- $ \ alpha $ שהוא משמעותי.ערכתי את תשובתי כראוי.


שאלה ותשובה זו תורגמה אוטומטית מהשפה האנגלית.התוכן המקורי זמין ב- stackexchange, ואנו מודים לו על רישיון cc by-sa 3.0 עליו הוא מופץ.
Loading...