Hvis du deler sagen i universet i mindre og mindre bestanddele, vil du til sidst nå en begrænsning, når du står overfor en grundlæggende og udelelig partikel. Alle makroskopiske objekter kan opdeles i molekyler, endog atomer, derefter elektroner (som er grundlæggende) og kerner, derefter i protoner og neutroner, og til sidst vil der være kvarker og gluoner inde i dem. Elektroner, kvarker og gluoner er eksempler på grundlæggende partikler, der ikke kan adskilles yderligere. Men hvordan er det muligt, at tid og rum i sig selv har de samme begrænsninger? Hvorfor findes Planck-værdier overhovedet, som ikke kan opdeles yderligere?
For at forstå, hvor Plancks mængde kommer fra, er det værd at starte med to søjler, der styrer virkeligheden: generel relativitet og kvantefysik.
Generel relativitet forbinder stof og energi, der findes i universet med krumningen og deformationen af rumtidens stof. Kvantefysik beskriver, hvordan forskellige partikler og felter interagerer med hinanden inden for rum-tid-stoffet, herunder i meget lille skala. Der er to grundlæggende fysiske konstanter, der spiller en rolle i den generelle relativitet: G er universets gravitationskonstant, og c er lysets hastighed. G opstår, fordi det sætter en indikator for deformation i rummet i nærvær af stof og energi; c - fordi denne gravitationsinteraktion forplantes i rum-tid med lysets hastighed.
I kvantemekanik vises der også to grundlæggende konstanter: c og h, hvor sidstnævnte er Plancks konstante. c er hastighedsgrænsen for alle partikler, den hastighed, hvormed alle masseløse partikler skal bevæge sig, og den maksimale hastighed, hvorpå enhver interaktion kan forplantes. Plancks konstant var utroligt vigtig i beskrivelsen af, hvordan kvanteenerginiveauet kvantificeres (tælles), interaktioner mellem partikler og alle mulige resultater af begivenheder. Et elektron, der drejer rundt om en proton, kan have et hvilket som helst antal energiniveauer, men de vises alle i diskrete trin, og størrelsen af disse trin bestemmes af h.
Kombiner disse tre konstanter, G, c og h, og du kan bruge forskellige kombinationer af dem til at opbygge en skala for længde, masse og tidsperiode. Disse er kendt som henholdsvis Planck-længde, Planck-masse og Planck-tid. (Andre mængder kan afbildes, f.eks. Plancks energi, Plancks temperatur osv.). Alt dette er stort set en skala med længde, masse og tid, hvor kvanteeffekter - i mangel af andre oplysninger - vil være betydelige. Der er gode grunde til at tro, at dette er tilfældet, og det er forholdsvis let at se, hvorfor det er tilfældet.
Forestil dig, at du har en partikel af en bestemt masse. Du stiller spørgsmålet: "Hvis min partikel havde en sådan masse, hvor lille skal den så komprimeres for at gøre det til et sort hul?" Du kan også spørge: "Hvis jeg havde et sort hul i en bestemt størrelse, hvor lang tid ville det tage for en partikel, der bevægede sig med lysets hastighed, at dække en afstand, der svarer til denne størrelse?" Planck-massen, Planck-længden og Planck-tiden svarer nøjagtigt til sådanne mængder: Et sort hul Planck-masse vil være Planck-længde og krydses ved lyshastigheden i Planck-tiden.
Salgsfremmende video:
Men Planck-masse er meget, meget mere massiv end nogen partikler, vi nogensinde har skabt; den er 10 gange 19 gange tungere end en proton! Plancks længde er ligeledes 10 gange (14 magt) gange mindre end nogen afstand, vi nogensinde har lydet, og Plancks tid er 10 (25 effekt) gange mindre end nogen direkte målt. Disse skalaer har aldrig været direkte tilgængelige for os, men de er vigtige af en anden grund: Planck-energien (som du kan få ved at anbringe Planck-massen i E = mc2) er den skala, hvor kvante gravitationseffekter begynder at få betydning og betydning.
Dette betyder, at ved energier i denne størrelsesorden - enten tidsskalaer, der er kortere end Plancks tid, eller længdeskalaer mindre end Plancks længde - skal vores nuværende fysiske love overtrædes. Virkningerne af kvantetyngdekraft kommer i spil, og forudsigelserne om generel relativitet er ikke længere pålidelige. Rumets krumning bliver meget stor, hvilket betyder, at den "baggrund", som vi bruger til at beregne kvantemængder, også ophører med at være pålidelig. Usikkerhed i energi og tid betyder, at usikkerheden bliver højere end de værdier, vi ved, hvordan vi beregner. Kort sagt, den fysik, vi er vant til, fungerer ikke længere.
Dette er ikke et problem for vores univers. Disse energiskalaer er 10 (15 grader) gange højere end dem, der kan nås med den store Hadron Collider, og 100.000.000 gange større end de mest energiske partikler skabt af selve universet (kosmiske stråler med høj energi), og endda 10.000 gange højere end indikatorerne nået af universet umiddelbart efter Big Bang. Men hvis vi ville undersøge disse grænser, er der et sted, hvor de måske er vigtige: ved entaliteter beliggende i midten af sorte huller.
På disse steder komprimeres masser, der markant overstiger Planck-massen, til en størrelse, der teoretisk er mindre end Planck-længden. Hvis der er et sted i universet, hvor vi bringer alle linjer i én og går ind i Planck-tilstand, så er dette det. Vi kan ikke få adgang til det i dag, fordi det skjules af begivenhedshorisonten i sort hul og er utilgængelig. Men hvis vi er tålmodige nok - og det kræver en masse tålmodighed - vil universet give os den mulighed.
Ser du, sorte huller forfalder langsomt med tiden. Integrationen af kvantefeltteori i den buede rumtid af generel relativitet betyder, at der udsendes en lille mængde stråling i rummet uden for begivenhedshorisonten, og energien til denne stråling kommer fra det sorte huls masse. Over tid aftager massen af det sorte hul, begivenhedshorisonten trækker sig sammen, og efter 10 år (til 67. strøm) år vil det sorte hul i solmassen fordampe fuldstændigt. Hvis vi kunne få adgang til al den stråling, der efterlod det sorte hul, inklusive de sidste øjeblikke af dets eksistens, kunne vi uden tvivl være i stand til at styre alle de kvanteeffekter, som vores bedste teorier ikke forudsagde.
Det er slet ikke nødvendigt, at pladsen ikke kan opdeles i endnu mindre enheder end Plancks længde, og at tiden ikke kan opdeles i enheder, der er mindre end Planck-tiden. Vi ved bare, at vores beskrivelse af universet, inklusive vores fysiske love, ikke kan overskride disse skalaer. Er plads kvantificerbar? Flyder tiden virkelig kontinuerligt? Og hvad gør vi ved det faktum, at alle kendte grundlæggende partikler i universet har masser meget, meget mindre end Plancks? Der er ingen svar på disse spørgsmål i fysik. Planck-skalaer er ikke så grundlæggende for at begrænse universet som i vores forståelse af universet. Så vi fortsætter med at eksperimentere. Måske når vi har mere viden, vil vi modtage svar på alle spørgsmål. Ikke endnu.
ILYA KHEL