Se você é fã da série "Stranger Things da Netflix, "você viu a cena da terceira temporada climática, em que Dustin tenta persuadir sua inteligente namorada de longa distância, Suzie, por meio de uma conexão de rádio amador, a lhe dizer o valor preciso de algo chamado constante de Planck, que também passa a ser o código para abrir um cofre que contém as chaves necessárias para fechar o portão de um universo alternativo malévolo.

Mas antes que Suzie recite o número mágico, ela cobra um preço alto:Dustin tem que cantar a música tema do filme "The NeverEnding Story".

Isso tudo pode ter levado você a se perguntar:O que exatamente é a constante de Planck, qualquer forma?

A constante - concebida em 1900 por um físico alemão chamado Max Planck, que ganharia o Prêmio Nobel de 1918 por seu trabalho - é uma parte crucial da mecânica quântica, o ramo da física que lida com as minúsculas partículas que constituem a matéria e as forças envolvidas em suas interações. De chips de computador e painéis solares a lasers, "é a física que explica como tudo funciona."

O Mundo Invisível do Ultrasmall

Planck e outros físicos no final de 1800 e início de 1900 estavam tentando entender a diferença entre a mecânica clássica - isto é, o movimento dos corpos no mundo observável ao nosso redor, descrito por Sir Isaac Newton no final dos anos 1600 - e um mundo invisível do ultra-pequeno, onde a energia se comporta de algumas maneiras como uma onda e de algumas maneiras como uma partícula, também conhecido como fóton.

"Na mecânica quântica, a física funciona diferente de nossas experiências no mundo macroscópico, "explica Stephan Schlamminger, um físico do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, por email. Como explicação, ele cita o exemplo de um oscilador harmônico familiar, uma criança em um balanço.

"Na mecânica clássica, a criança pode estar em qualquer amplitude (altura) no caminho do balanço, "Schlamminger diz." A energia que o sistema tem é proporcional ao quadrado da amplitude. Portanto, a criança pode oscilar em qualquer faixa contínua de energias, de zero a um certo ponto. "

Mas quando você chega ao nível da mecânica quântica, as coisas se comportam de maneira diferente. "A quantidade de energia que um oscilador pode ter é discreta, como degraus em uma escada, "Schlamminger diz." Os níveis de energia são separados por h vezes f, onde f é a frequência do fóton - uma partícula de luz - um elétron seria liberado ou absorvido para ir de um nível de energia a outro. "

Neste vídeo de 2016, outro físico do NIST, Darine El Haddad, explica a constante de Planck usando a metáfora de colocar açúcar no café. "Na mecânica clássica, a energia é contínua, ou seja, se eu pegar meu distribuidor de açúcar, Posso colocar qualquer quantidade de açúcar no meu café, "ela diz." Qualquer quantidade de energia está OK. "

"Mas Max Planck descobriu algo muito diferente quando olhou mais profundamente, ela explica no vídeo. "A energia é quantizada, ou é discreto, o que significa que só posso adicionar um cubo de açúcar ou dois ou três. Apenas uma certa quantidade de energia é permitida. "

A constante de Planck define a quantidade de energia que um fóton pode transportar, de acordo com a freqüência da onda em que viaja.

A radiação eletromagnética e as partículas elementares "exibem intrinsecamente propriedades de partícula e onda, "explica Fred Cooper, professor externo do Instituto Santa Fe, um centro de pesquisa independente no Novo México, por email. "A constante fundamental que conecta esses dois aspectos dessas entidades é a constante de Planck. A energia eletromagnética não pode ser transferida continuamente, mas é transferida por fótons discretos de luz, cuja energia E é dada por E = h f, onde h é a constante de Planck, e f é a frequência da luz. "

Uma constante ligeiramente mutável

Uma das coisas confusas para não-cientistas sobre a constante de Planck é que o valor atribuído a ela mudou em pequenas quantidades ao longo do tempo. Em 1985, o valor aceito foi h =6,626176 x 10 ^-34 Joule-segundos. O cálculo atual, feito em 2018, é h =6,62607015 x 10 ^-34 Joule-segundos.

"Embora essas constantes fundamentais sejam fixadas na estrutura do universo, nós, humanos, não sabemos seus valores exatos, "Schlamminger explica." Temos que construir experimentos para medir essas constantes fundamentais com o melhor da capacidade da humanidade. Nosso conhecimento vem de alguns experimentos cuja média foi calculada para produzir um valor médio para a constante de Planck. "

Para medir a constante de Planck, os cientistas usaram dois experimentos diferentes - o equilíbrio de Kibble e o método de densidade de cristal de raios-X (XRCD), e com o tempo, eles desenvolveram uma compreensão melhor de como obter um número mais preciso. "Quando um novo número é publicado, os experimentadores apresentam seu melhor número, bem como seu melhor cálculo da incerteza em sua medição, "Schlamminger diz." A verdade, mas valor desconhecido da constante, deve estar no intervalo de mais / menos a incerteza em torno do número publicado, com uma certa probabilidade estatística. "Neste ponto, "estamos confiantes de que o verdadeiro valor não está muito longe. O equilíbrio do Kibble e o método XRCD são tão diferentes que seria uma grande coincidência que ambas as formas concordassem tão bem por acaso."

Essa minúscula imprecisão nos cálculos dos cientistas não é um grande problema no esquema das coisas. Mas se a constante de Planck fosse um número significativamente maior ou menor, "todo o mundo ao nosso redor seria completamente diferente, "explica Martin Fraas, professor assistente de matemática na Virginia Tech, por email. Se o valor da constante foi aumentado, por exemplo, átomos estáveis ​​podem ser muitas vezes maiores que estrelas.

O tamanho de um quilograma, que entrou em vigor em 20 de maio, 2019, conforme acordado pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (cuja sigla em francês é BIPM) agora é baseado na constante de Planck.

Como este tweet do NIST explica, os escritores de "Stranger Things" escorregaram e utilizaram o valor de 2014 para a constante de Planck, em vez daquele que estaria disponível no verão de 1985, quando o episódio foi definido. Fraas da Virginia Tech explica tudo neste vídeo.