الثابت الفيزيائي هو عبارةٌ عن كميةٍ فيزيائيةٍ تحمل قيمةً معترف بها على مستوى العالم وتظل ثابتةً مع مرور الوقت، وهناك العديد من الثوابت الفيزيائية المعترف بها على نطاقٍ واسعٍ مثل: ثابت بلانك المخفض ħ وثابت الجاذبية G وسرعة الضوء في الفراغ c والثابت الكهربائي εo والشحنة الأولية e وثابت البناء الدقيق α.1

فثابت بلانك هو أحد الثوابت الفيزيائية الأساسية للصيغ الرياضية الخاصة بالميكانيك الكمومي، ويرمز له بالرمز h، إذ أنّه يصف سلوك الجسيمات والأمواج ضمن النطاق الذري، وتعود أصول اكتشاف ثابت بلانك إلى الفيزيائي الألماني ماكس بلانك وذلك في عام 1900 في محاولةٍ منه لتفسير سلوك إشعاع الجسم الأسود (حيث أنّ الفرضية الأساسية لقانون بلانك تعتبر أنّ إصدار الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة الجسم الأسود يمكن تمثيله بشكل هزازٍ توافقيٍّ يتحرك بطاقةٍ كموميةٍ).

إنّ أي إشعاعٍ ينبعث ويمتص وينتقل في حزمٍ منفصلةٍ من الطاقة أو الكوانتا (وهي أصغر مقدارٍ من الطاقة)، والتي يتم تحديدها من خلال قيمة ثابت بلانك وتردد هذا الإشعاع، وقد تم إثبات أنّ مقدار الطاقة والذي يرمز له E لكل كميةٍ منها أو لكل فوتون تساوي قيمة ثابت بلانك h مضروب بتردد الإشعاع الذي يرمز له بالحرف اليوناني nu أو للتبسيط v فتصبح E=h*v.

ويطلق على الشكل المعدل من ثابِت بلانك بثابت بلانك المخفض ويرمز له بالرمز (h-bar (ħ والذي يعادل قيمة ثابت بلانك h  مقسومًا على 2π، حيث أنّ قيمة ثابت بلانك المخفض توضح مفهوم الزخم الزاوي (عزم كمية الحركة الزاوي)، وتبلغ قيمة ثابت بلانك 6.62607004 * 10-34 جول.ثا مع إحتمالية شك معياري مقداره 0.000000081 * 10-34.2

نبذة عن العالم ماكس بلانك

ثابت بلانك

Max Karl Ernst Ludwig Planck عالمٌ فيزيائيٌّ ألمانيٌّ ولد في عام 1858 وتوفي في عام 1947 وهو مكتشف نظرية الكم الشهيرة التي حازت على جائزة نوبل للفيزياء عام 1918، ويمكن القول أنّ نظرية الكم ونظرية أينشتاين النسبية شكلتا النظريات الأساسية لفيزياء القرن العشرين، ولعبتا دورًا مهمًّا في الكثير من التطبيقات الصناعية والعسكرية التي غيرت حياة البشرية، وعلى الرغم من كون نظرية الكم هي السبب الأساسي في تألق اسم بلانك وشهرته، إلا أنّه كان مؤثرًا في عالم الفيزياء النظرية ووضع العديد من البصمات المهمة فيها.3

إكتشاف ثابت بلانك

كان الفيزيائيون في أواخر عقد 1800 يحاولون صياغة الاهتزازات الذرية إلّا أنّ جميع محاولاتهم باءت بالفشل، ومع أنّ كل الطرق الفيزيائية التي عرفت في وقتها أرشدتهم إلى طرقٍ معينةٍ للعمل بها ولكنّ الوقائع كانت على عكس ما يرجى منها دون معرفة السبب وراء ذلك.

حيث افترض الفيزيائيون في حينها أنّ الاهتزازات الذرية كانت مستمرةً ويمكنها أن تهتز في أي ترددٍ، إلى أنّ جاء العالم الفيزيائي ماكس بلانك وقرر أن يفترض بأنّ الذرات يمكنها الاهتزاز فقط عند تردداتٍ معينةٍ والتي هي مضاعفات عدد صحيح من ترددٍ أساسيٍّ والذي أطلق عليه اسم ثابت بلانك h، أي أنّ الذرات يمكنها الاهتزاز عند الترددات h أو 2h أو 3h ولكن ليس عند 2.5h، ولقد أدّى اكتشاف بلانك هذا إلى إشعال موجةٍ من الأبحاث وفتح بابًا جديدًا في الفيزياء والذي أطلق عليه ميكانيكا الكم.4

إستخدامات ثابت بلانك

  • إستخدام ثابت بلانك في معادلة بلانك أينشتاين

إنّ استخراج ثابِت بلانك كان يتضمن الدمج بين مفهوم المستويات الكمومية للطاقة مع ثلاثة مفاهيمَ أخرى: قانون ستيفن بولتزمان وقانون رايلي جينس وقانون فين للإزاحة والذي أدّى ببلانك إلى إنتاج علاقته الشهيرة: E=h*v ∆

ولحساب الطاقة عند طول موجة معين للضوء يتم تحديد التردد من خلال العلاقة c = v * λ، أي أنّ v = c / λ حيث أنّ c هي ثابت سرعة الضوء في الفراغ وتساوي قيمته 3 * 108 ومن ثم يتم حساب الطاقة من علاقة بلانك E=h*v ∆ .

  • إستخدام ثابت بلانك في مبدأ الريبة

وينص مبدأ الريبة على أنّ حدوث شكٍ في موضع جزيئةٍ ما يؤدي إلى حدوث شكٍ موافق له في قياس عزم كمية حركتها والذي يعبّر عنه بالمعادلة التي تنص على أنّ حاصل ضرب الانحراف المعياري لتعيين موضع الجسم xσ بالانحراف المعياري لزخمه (عزم كمية حركته) σسيكون أكبر من /2ħ أي  σx * σp ≥ ħ/2.5

المراجع