الثوابت الفيزيائية: ثابت بلانك

قبل أن نتحدث عن ثابت بلانك وتعريفه، يجب بدايةً توضيح أمرين:

ما هو الثابت الفيزيائي Physical Constant؟

الثابت الفيزيائي، حسب تعريف موسوعة بريتانيكا Britannica، هو قيمة عددية لا تتغير، تُستخدَم في المعادلات النظرية الفيزيائية. وثبات تلك القيم يساعد في التأكد من صحة تلك المعادلات والنظريات التي تعتمد عليها.
والثوابت الفيزيائية عديدة كسرعة الضوء في الفراغ (300,000 km/s). وهذه السرعة لا تتغير أبداً في الفراغ، ولهذا فهي ثابت فيزيائي. وقد ساعد ذلك الثابت اينشتاين في التأكد من صحة معادلاته، وخصوصاً المشهورة منها E=mc2 حيث c هي سرعة الضوء في الفراغ. بجانب سرعة الضوء، هناك ثوابت كثيرة كثابت الجاذبية العام G والكتل والشحنات الذرية. أيضاً، فكتل الالكترونات والبروتونات والنيوترونات ثابتة ولا تتغير مهما كان نوع الذرة أو المادة. وطبعاً، ثابت بلانك h هو من أهم تلك الثوابت.

هل هناك ثابت واحد يخص بلانك؟

الحقيقة، أن بلانك له العديد من الثوابت وهي من أغرب ثوابت الفيزياء على الإطلاق، فهناك ما يُعرف بطول بلانك، ووقت بلانك، وكتلة بلانك، وغيرها من القيم العديدة، والتي سنتحدث عنها في مقالات قادمة.

ماهي قصة ثابت بلانك؟

يعتبر ثابت بلانك من أهم ثوابت الفيزياء على الإطلاق، خصوصاً أن اكتشافه كان سبباً في ولادة علم جديد، وهو علم ميكانيك الكم Quantum Mechanics. وبه يعتبر بلانك الأب الروحي لميكانيكا الكم.
الغريب أن ثابت بلانك تم اكتشافه بالصدفة، حينما كان يحاول ماكس بلانك عمل علاقة بين إشعاع المنبعث من الأجسام وبين درجة حرارة تلك الأجسام، إلى أن وصل بلانك إلى معادلة صحيحة توافقت مع النتائج العملية بصورة دقيقة جداً. لكن تلك المعادلة لم يكن لها أي معنى إلا لو تم اعتبار الطاقة التي تخرج من الأجسام طاقة كمّية (محددة)، ليست أكبر ولا أصغر من قيمة عددية معينة.
حين تم حساب تلك الطاقة E (Energy) عددياً، وجد بلانك أنها تساوي تردد الإشعاع f مضروب في عدد ثابت لم يكن يتغير أبداً. هذا العدد كان صغيراً جداً، وهو السبب الرئيسي في تأخر اكتشافه.
هذا العدد يساوي 0.0000000000000000000000000000000006626
أي 6,626x 10-34 وهو ما يسمى بثابت بلانك h.
وثابت بلانك له وحدة قياسية تستطيع أن تستنتجها بنفسك كالآتي:
فكما استنتج بلانك أن الطاقة تساوي ثابت بلانك مضروب في التردد أو E=h.f
فإن ثابت بلانك تساوي الطاقة مقسوم على التردد أو h=E/f
وهذا معناه أن وحدة ثابت بلانك هي J/Hz أو J.s
وحدات مهمة :
الطاقة = J
التردد = Hz أو s-1

الغريب في الأمر، أن بلانك لم يشعر بأهمية هذا الاكتشاف إلى أن جاء العالم الفذّ اينشتاين، والذي استخدم اكتشاف بلانك وتوصل إلى أن طاقة الضوء نفسه ليست مُتصلة (مستمرة) كما كان يعتقد في السابق، بل إن طاقة الضوء تلك تُطلق على هيئة كُمّات (نبضات) صغيرة جداً من الطاقة، والتي يتم حسابها بنفس المعادلة البسيطة والعبقرية،
الطاقة تساوي ثابت بلانك مضروب في التردد أو E=h.f والتي سميت بفُوتونات الضوء.

ونستطيع أن نقول، أن بلانك واكتشافه وثابته العبقري هذا، كان سبباً في حصول اينشتاين على جائزة نوبل في الفيزياء، لاكتشافه التأثير الكهروضوئي Photoelectric Effect، وهي ببساطة كلما زاد تردد الضوء frequency كلما زادت طاقة الفوتونات الضوئية Energy مما يساعد على استثارة الكترونات الذرة ويعطيها طاقة حركية كبيرة Kinetic Energy ويخرجها من الذرة بسرعة كبيرة.
وهذا الاكتشاف، يُعتبر من أكثر الاكتشافات ثورية في عالم الفيزياء، لأنه ببساطة أثبت أن الضوء له خاصيتين؛
خاصية موجية، وخاصية جسيمية. وهو ما نسميه بمبدأ الازدواجية.
نعم، الضوء عنده شخصية ازدواجية.