Om du är ett fan av Netflix -serien "Stranger Things, "Du har sett klimatsäsongens tre scen, där Dustin försöker locka sin hjärntrevliga långdistansflickvän Suzie över en skinkradioförbindelse för att berätta för honom det exakta värdet av något som kallas Plancks konstant, som också råkar vara koden för att öppna ett värdeskåp som innehåller nycklarna som behövs för att stänga porten till ett elakartat alternativt universum.

Men innan Suzie reciterar det magiska numret, hon kräver ett högt pris:Dustin måste sjunga temasången till filmen "The NeverEnding Story".

Det här kan alla ha fått dig att undra:Vad exakt är Plancks konstanta, i alla fall?

Konstanten - uttänkt 1900 av en tysk fysiker vid namn Max Planck, som skulle vinna Nobelpriset 1918 för sitt arbete - är en avgörande del av kvantmekaniken, fysikens gren som behandlar de små partiklar som utgör materia och krafterna som är inblandade i deras interaktioner. Från datorchips och solpaneler till lasrar, "det är fysiken som förklarar hur allt fungerar."

Ultrasmallens osynliga värld

Planck och andra fysiker i slutet av 1800 -talet och början av 1900 -talet försökte förstå skillnaden mellan klassisk mekanik - det vill säga kroppens rörelse i den observerbara världen omkring oss, beskrivs av Sir Isaac Newton i slutet av 1600 -talet - och en osynlig värld av ultraliten, där energi beter sig på vissa sätt som en våg och på vissa sätt som en partikel, även känd som en foton.

"Inom kvantmekanik, fysik fungerar annorlunda än våra erfarenheter i den makroskopiska världen, "förklarar Stephan Schlamminger, fysiker för National Institute of Standards and Technology, via e-post. Som en förklaring, han nämner exemplet på en välkänd harmonisk oscillator, ett barn på en gunguppsättning.

"I klassisk mekanik, barnet kan ha valfri amplitud (höjd) på gungans väg, "Säger Schlamminger." Den energi som systemet har är proportionell mot amplituden. Därav, barnet kan svänga i alla kontinuerliga energiområden från noll till en viss punkt. "

Men när du kommer ner till nivån av kvantmekanik, saker beter sig annorlunda. "Mängden energi som en oscillator kan ha är diskret, som steg på en stege, "Säger Schlamminger." Energinivåerna separeras med h gånger f, där f är fotonens frekvens - en ljuspartikel - skulle en elektron släppa eller absorbera för att gå från en energinivå till en annan. "

I den här videon 2016, en annan NIST -fysiker, Darine El Haddad, förklarar Plancks konstanta med metaforen att lägga socker i kaffe. "I klassisk mekanik, energin är kontinuerlig, betyder om jag tar min sockerdispenser, Jag kan hälla hur mycket socker som helst i mitt kaffe, "säger hon." Hur mycket energi som helst är OK. "

"Men Max Planck hittade något helt annat när han tittade djupare, förklarar hon i videon. "Energin är kvantiserad, eller det är diskret, vilket betyder att jag bara kan lägga till en sockerbit eller två eller tre. Endast en viss mängd energi är tillåten. "

Plancks konstant definierar mängden energi som en foton kan bära, beroende på frekvensen för vågen i vilken den färdas.

Elektromagnetisk strålning och elementära partiklar "visar i själva verket både partikel- och vågegenskaper, "förklarar Fred Cooper, en extern professor vid Santa Fe Institute, ett oberoende forskningscenter i New Mexico, via e-post. "Den grundläggande konstanten som förbinder dessa två aspekter av dessa enheter är Plancks konstant. Elektromagnetisk energi kan inte överföras kontinuerligt utan överförs av diskreta fotoner av ljus vars energi E ges av E = h f, där h är Plancks konstanta, och f är ljusets frekvens. "

En något föränderlig konstant

En av de förvirrande sakerna för nonscientists om Plancks konstant är att värdet som tilldelats det har förändrats med små mängder över tiden. 1985, det accepterade värdet var h =6,626176 x 10 ^-34 Joule-sekunder. Den aktuella beräkningen, gjort 2018, är h =6,62607015 x 10 ^-34 Joule-sekunder.

"Medan dessa grundläggande konstanter är fixerade i universums struktur, vi människor vet inte deras exakta värden, "Förklarar Schlamminger." Vi måste bygga experiment för att mäta dessa grundläggande konstanter efter bästa möjliga förmåga. Vår kunskap kommer från några få experiment som gjordes i genomsnitt för att producera ett medelvärde för Planck -konstanten. "

För att mäta Plancks konstant, forskare har använt två olika experiment-Kibble-balansen och röntgenkristalldensitetsmetoden (XRCD), och med tiden, de har utvecklat en bättre förståelse för hur man får ett mer exakt antal. "När ett nytt nummer publiceras, experimenterna presenterade sitt bästa antal samt sin bästa beräkning av osäkerheten i deras mätning, "Säger Schlamminger." Det sanna, men okänt värde för konstanten, ska förhoppningsvis ligga i intervallet plus/minus osäkerheten kring det publicerade talet, med en viss statistisk sannolikhet. "Vid denna tidpunkt, "vi är övertygade om att det sanna värdet inte är långt borta. Kibble -balansen och XRCD -metoden är så olika att det skulle vara en stor slump att båda vägarna stämmer så väl av en slump."

Den där lilla oprecisionen i forskarnas beräkningar är inte en stor grej i sakerna. Men om Plancks konstant var ett betydligt större eller mindre antal, "hela världen omkring oss skulle vara helt annorlunda, "förklarar Martin Fraas, en biträdande professor i matematik vid Virginia Tech, via e-post. Om konstantens värde höjdes, till exempel, stabila atomer kan vara många gånger större än stjärnor.

Storleken på ett kilo, som trädde i kraft den 20 maj, 2019, enligt överenskommelse av International Bureau of Weights and Measures (vars franska förkortning är BIPM) är nu baserad på Plancks konstant.

Som denna tweet från NIST förklarar, författarna till "Stranger Things" gled ner och utnyttjade 2014 -värdet för Plancks konstanta, snarare än den som skulle ha varit tillgänglig sommaren 1985, när avsnittet sattes. Virginia Techs Fraas beskriver allt i den här videon.