Почему постоянная Планка должна быть постоянной во всем пространстве?

Наше значение постоянной Планка час можно найти в экспериментах на Земле, но откуда мы знаем, что постоянная Планка не меняется в пространстве, например, она слабо зависит от кривизны пространства-времени? Насколько мне известно, мы проводили эксперименты только для определения значения час близко к поверхности Земли, поэтому я не думаю, что есть какие-либо прямые доказательства того, что она должна быть постоянной во всем космосе, поэтому я предложил эту идею своим друзьям.

Один назвал меня чокнутым и сказал, что значение постоянной Планка должно быть одинаковым во всем пространстве, иначе закон сохранения энергии будет нарушен. Он выдвинул следующую ситуацию: предположим, что в одной области пространства постоянная Планка равна 1 в единицах СИ (назовем это пробелом А ), и у вас есть фотон частоты 1 Герц. Затем этот фотон переместился в другую область пространства, где значение постоянной Планка теперь равно 3 в единицах СИ (назовем это пробелом Б ). Следовательно, фотон перестал иметь 1 Джоуль энергии для 3 Джоулей энергии (по соотношению Е знак равно час ф ). По его собственным словам, движение пальца здесь может вызвать взрыв в другой области пространства. На это я ответил: И что? Насколько мне известно, аргумент сохранения энергии основан на том факте, что пространство выглядит одинаково, куда бы мы ни посмотрели, и если бы постоянная Планка действительно была разной в разных областях пространства, то этот аргумент не имел бы места, и закон сохранения энергии должен был бы тоже не держит. Даже если бы я хотел злоупотребить этой системой, создав петлю обратной связи, в которой энергия становилась все больше и больше, смысл был в том, что я когда-либо пытался извлечь энергию из Космоса. Б вернуться в космос А это снова станет небольшим количеством энергии, поскольку значение для час уменьшается.

Другой друг назвал меня чокнутым, потому что считал, что при отправке фотона из космоса А в космос Б , я бы нарушил второй закон термодинамики, уменьшив общую энтропию. На самом деле он не распространялся об этом, и (я полагаю) ни у кого из нас нет способностей вычислить фактическое изменение энтропии, поэтому этот вопрос остается нерешенным.

Наконец, другой друг назвал меня чокнутым, потому что считал, что если значение час была разной в разных областях пространства, то все наши расчеты, когда-либо сделанные в физике, касающиеся звезд, их яркости и т. д. и т. д., были неверны, и это вызывало бы беспокойство. На это я ответил, что, во-первых, изменение значения для час может быть очень мала для «нормальных» областей пространства, и, во-вторых, что не было ничего изначально НЕПРАВИЛЬНОГО в том, что все эти другие вычисления, которые мы сделали, были неправильными, на самом деле мы уже знаем, что они неверны, потому что мы не можем объяснить ни темную материя или темная энергия! Так что, на мой взгляд, это был не очень хороший аргумент в пользу того, почему постоянная Планка не может изменяться в пространстве.

Несмотря на все вышесказанное, я по-прежнему уверен, что постоянная Планка является константой в пространстве, потому что она называется константой. Так есть ли ошибка в моих предыдущих аргументах, или какова убедительная причина того, что постоянная Планка не может изменяться в пространстве?

Возможные дубликаты: physics.stackexchange.com/q/21721/2451 и ссылки там.
Твои друзья ошибались, называя тебя чокнутым, потому что, как и во всем остальном, мы почти уверены, что постоянная Планка постоянна, но не уверены на 100%. Вы также можете сказать своему первому другу, что закон сохранения энергии уже нарушен из-за космологического красного смещения.
Я считаю, что постоянная Планка постоянна по определению. У нас есть п я знак равно ℏ к я для кванта любого поля. Если плоская волна не является собственным состоянием импульса, так что п я знак равно ℏ ( 1 + ф ( Икс ) ) к я , то считается, что дополнительный импульс обусловлен взаимодействием с полем ф . Дело не в том, что постоянная Планка меняется.
Более практическую причину мы можем вывести из постоянства постоянной Планка: атомные орбитали и, следовательно, химия частично зависят от нее. Таким образом, измените его, и вы измените спектральные линии, что мы заметили бы у далеких звезд.
Поскольку электронные орбитали представляют собой энергию, но связаны квантами постоянной Планка, мне приходит в голову, что Вселенной было бы довольно трудно справиться даже с небольшими различиями в h . Как атомная материя могла справиться с этим, если все ее электроны больше не находились на правильных орбитах? Все варианты кажутся либо невозможными, либо очень заметными.
Чтобы уточнить, я не уверен, что значение ( h / угловой момент ), которое одновременно определяется количественно и сохраняется , может варьироваться даже теоретически.

Ответы (3)

Возьмем пример атома водорода.

Уровни энергии в атоме водорода определяются выражением

Е н знак равно − 2 π 2 м е 4 н 2 час 2 .
Расстояние между двумя энергетическими уровнями определяет частоту испускаемого фотона при радиационном переходе между ними:
час ν н 2 → н 1 знак равно 2 π 2 м е 4 час 2 ( 1 н 2 2 − 1 н 1 2 ) .

Таким образом, частота перехода будет пропорциональна час − 3 . Таким образом, если час изменяется, то частота спектральных линий, соответствующих атомным переходам, существенно изменилась бы.

Теперь, когда мы смотрим на далекие галактики, мы можем идентифицировать спектральные линии, соответствующие атомным переходам в водороде. Как говорит Джон Ренни, они имеют красное смещение, поэтому это можно интерпретировать как систематическое пространственное изменение постоянной Планка с расстоянием от Земли. Однако это смещение должно было бы быть одинаковым во всех направлениях — поскольку красное смещение оказывается очень изотропным в больших масштабах — и, таким образом, поместило бы Землю в «центр Вселенной», что исторически всегда оказывалось очень плохая идея. В качестве альтернативы мы могли бы предположить, что постоянная Планка одинакова везде в пространстве, но менялась со временем — это дало бы изотропный сигнал. (Примечание: космическое красное смещение не можетобъяснить таким образом, поскольку существуют другие явления, такие как замедление времени кривых блеска сверхновых, которые не зависят таким же образом от постоянной Планка, что было бы несовместимо).

Это не означает, что эти вопросы не рассматриваются. Большинство усилий было сосредоточено на том, чтобы увидеть, соответствует ли постоянная тонкой структуры α меняется, когда мы оглядываемся назад во времени на далекие галактики. Причина этого в том, как правильно (на мой взгляд) указывает граф Иблис, поиск переменной час бесполезно, поскольку любое явление, которое мы пытаемся измерить, на самом деле является функцией безразмерной α , что пропорционально е 2 / час с . Мы могли бы утверждать, что если бы они менялись, то это производило бы изменение в α , но это означало бы выбор единиц и только изменение α является фундаментальным.

Итак, в приведенном выше примере уровни энергии водорода на самом деле пропорциональны α 2 / н 2 . Изменение в α могут быть обнаружены, потому что релятивистская тонкая структура спектральных линий — например, разделение по энергии между линиями в дублете — также зависит от α 2 , но отличается у атомных видов с разными атомными номерами.

Существуют продолжающиеся претензии и встречные претензии (например, см. Webb et al. 2011 ; Kraiselburd et al. 2013 ), которые α вариации в 1 часть на миллион или около того могут присутствовать в квазарах с большим красным смещением (что соответствует дробному изменению Δ α / α ∼ 10 − 16 в год), но что вариация может иметь угловую зависимость (т.е. зависимость как от пространства, так и от времени).

... может иметь угловую зависимость , которая, безусловно, вызвала у меня интерес; обе статьи, которые вы цитируете, входят в эту (возможную) угловую зависимость? Или это только один?
@KyleKanos Оба. Я не эксперт в этом.
Разве изменение h (очень медленное, за пределами наших возможностей для измерения на Земле) с течением времени не выглядело бы таким же изотропным, если бы оно воздействовало на падающий свет? Или оно должно быть достаточно большим, чтобы мы могли его заметить, чтобы объяснить красное смещение?
Энергетические уровни в натуральных единицах определяются выражением
Е н знак равно − м α 2 2 н 2
@ Random832 Я думаю, ты прав.
Существуют теории, которые предсказывают изменение фундаментальных констант как во времени, так и в пространстве. Некоторые включают «домены» темной материи/энергии, воздействующие на α , другие являются чисто спекулятивными. На самом деле на Земле предпринимаются значительные усилия для измерения этого: см., например , dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.210801, где α ˙ / α измеряется в 10 − 17 уровень.
@CharlieB Спасибо, да, я знал об этом, но ничего о них не знаю.

Ты говоришь:

Насколько мне известно, мы проводили эксперименты только по определению значения h вблизи поверхности Земли.

но значение постоянной Планка определяет положение спектральных линий, поэтому мы измерили ее по всей Вселенной.

Мы видим сдвиги в спектральных линиях из-за красного смещения или гравитационного замедления времени, но они объясняются скорее относительностью, чем изменениями постоянной Планка.

Энергия не сохраняется (обязательно) в расширяющейся Вселенной, но это не аргумент в пользу ценности час меняется.

Определяет ли он положение спектральных линий в месте излучения или в месте измерения? Почему все фотоны не могли изменить длину волны и сохранить одну и ту же энергию при прохождении через h -градиент?
Круд, я всегда должен читать твои ответы, прежде чем оставлять комментарий...
@RBarryYoung: Вот почему мы не будем публиковать ответы в разделе комментариев, кхм !
Уровень техники здесь - это (противоречивые) заявления о несколько разных значениях α знак равно 1 ℏ с е 2 4 π ϵ 0 в разных направлениях в ранней Вселенной; ответ RobJefferies имеет ссылки на литературу.

Как указал здесь Майкл Дафф , постоянная Планка — это просто константа преобразования. Так что, как выразился Майкл Дафф, вы можете с таким же успехом спросить, постоянно ли количество литров в галлоне во всем пространстве.

Я считаю, что это правильно. Это всего лишь изменение в α это имеет смысл. Я отредактировал свой ответ соответствующим образом.
Почему постоянная Планка должна быть постоянной во всем пространстве?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v