I løbet af de sidste 100 år har fysikere bygget nøjagtige og magtfulde teorier om universet, fra det mindste til det største. Der er dog skalaer, som alle disse teorier ikke fungerer, og som har de største hemmeligheder om naturlovene.
Vi er vant til at leve i en verden af store, makroskopiske ting. Alt, hvad den gennemsnitlige person støder på i løbet af dagen - fra en kop kaffe om morgenen til en enorm ildkugle på himlen kaldet Solen - er ting, som vi enten kan se eller røre ved. Selv i det gamle Grækenland foreslog filosofer, især Democritus og hans lærer Leucippus, at alt består af de mindste udelelige partikler - atomer (bogstaveligt talt oversat fra græsk betyder "udelelige").
Over tid blev atomet opdaget, og derefter dens egenskab, at det slet ikke er udelelig, men består af en kerne og et elektron, der roterer rundt om det. Derefter viste det sig, at kernen også består af protoner og neutroner. Selv senere blev der opdaget kvarker, hvoraf protoner og neutroner fra atomkerner er sammensat. Disse små partikler kaldes elementære. Ud over kvarker er der allerede blandt de elementære partikler nævnt elektroner, bosoner, neutrinoer og fotoner. Alle af dem betragtes som de samme gamle græske "atomer" - udelelige.
I 1899 (i nogle kilder - i 1900) foreslog den tyske fysiker og deltidsstifter af kvanteteorien Max Planck et specielt mål for måling - Planck-enheder. Dette er enheder designet til at forenkle visse algebraiske udtryk, der findes i teoretisk fysik, især i kvantemekanik. Disse inkluderer sådanne grundlæggende enheder som Planck-masse, Planck-temperatur, Planck-længde og Planck-tid. I denne artikel vil vi overveje Planck-længden og Planck-tiden og forsøge at gøre det på den mest forståelige måde uden komplicerede matematiske beregninger (selvom vi har brug for nogle formler).
Som du allerede ved, er fysik ikke kun optaget af studiet af enorme kosmiske strukturer som galakser og tåger, men også utroligt små fænomener på atomare og subatomære skalaer. Der er dog en anden virkelighed på en skala, der er meget mindre end hvad videnskaben har været i stand til at studere. På dette niveau er der en værdi, der er så langt ud over den traditionelle forståelse af "lille", at det er svært at forestille sig. Dette er Planck-længden - det er 10 gange 20 gange mindre end diameteren til kernen i et brintatom. Det antages (eller mere præcist, det er mistanke om), at det er på dette niveau, at "skummet" af rumtid dannes. For at forstå, hvilken værdi vi taler om, kan du undersøge animationen "Scale of the Universe" på dette link.
Og alligevel hvilke dimensioner snakker vi om? Planck-længden er kun 1.616 x 10 (til -35 effekt) meter. Det kan beregnes ved hjælp af en ligning, der inkluderer tre hele grundlæggende konstanter - Plancks konstant (6.6261 x 10 (til effekten af -34)), lysets hastighed i vakuum (2.29979 x 10 (til effekten på 8) m / s) og tyngdekonstanten (6.6738 x 10 (til effekt-11)):
Max Planck kom først til denne bemærkelsesværdige enhed efter at have arbejdet med sort kropsstråling og kvantemekanik. Du har sandsynligvis hørt, at dette er den kortest mulige længde.
Salgsfremmende video:
Her, som i tilfældet med det antikke græske begreb om atomet, kan du sige: "Selvfølgelig, hvis jeg har en bestemt længde, og jeg deler det i to og gentager det igen og igen, vil jeg få mindre og mindre værdier." Vi taler imidlertid om en skala, hvor fysik ikke længere er i stand til at gøre det samme som matematik. Et af de mest slående eksempler på sådanne umuligheder er bevægelse med superluminal hastighed. Det vil sige, på papir kan du anvende kraft til massen og fremskynde den til lysets hastighed og højere, men vi ved, at det i naturen simpelthen er fysisk umuligt, da massen af et objekt (og derfor den energi, der kræves for at accelerere det) øges uendeligt. Det viser sig, at vi ikke er i stand til at implementere alt, hvad vi kan gøre på papir.
Stringteori forudsiger eksistensen af strengene, der udgør alle elementære partikler, netop ved Planck-længden / Universe Review.
Så hvordan passer sådan en lille mængde ind i fysik? Hvis to partikler adskilles med en Planck-længde eller endnu mindre afstand, er det umuligt at bestemme positionerne for hver af dem. Desuden er eventuelle effekter af kvantetyngdekraft på denne skala (hvis nogen) ukendt for videnskaben, da rummet i sig selv ikke er korrekt defineret der. På en måde kan vi sige, at selv hvis vi udviklede målemetoder, der er i stand til at "kigge" ind i disse skalaer, kunne vi aldrig måle noget mindre, uanset den yderligere forbedring af vores metoder og udstyr.
I henhold til den kosmologiske standardmodel blev universet født som et resultat af Big Bang, der begyndte på et uendeligt tæt punkt. Det er især interessant, at fysikere og kosmologer ikke har den mindste idé om, hvilke fysiske love der hersket i universet, før det overskred Planck-længden i størrelse, da der stadig ikke er nogen bekræftet teori om kvantetyngdekraft. Ikke desto mindre har denne enhed vist sig nyttig i mange forskellige ligninger, der har bidraget til at beregne og undersøge nogle af universets vigtigste mysterier.
For eksempel er Planck-længden en nøglekomponent i Bekenstein-Hawking-ligningen til beregning af entropien til et sort hul. Stringteoretikere mener, at det er i denne skala, at der er "vibrerende" strenge, der udgør de elementære partikler i standardmodellen. Hvorvidt strengteori er sand eller ej, en ting er sikker: i søgen efter en samlet teori om alt, forståelse af Planck-længde og fysikken der er forbundet med det vil spille en nøglerolle.
De allerførste øjeblikke af universets eksistens i kosmologi kaldes Planck-æraen / University of Illinois.
Hvad med Planck-tid? Kort sagt er Planck-tiden den tid det tager for lys i et vakuum at rejse Planck-længden. Derfor er disse to mængder relateret. Det er underligt, at der er beregnet Planck-tid, Planck-konstanten, gravitationskonstanten og lysets hastighed i vakuum. Den nøjagtige værdi af Planck-tiden er 5.391 x 10 (med en effekt på -44) sekunder, og den beregnes ved hjælp af formlen:
Planck-tid kaldes også tidens kvante - den mindste værdi af tiden, der har nogen faktisk værdi. Mindre tider er meningsløse. Når vi vender tilbage til teoretiske hypoteser, antager strengteoretikere, at strenge af Planck-størrelse vibrerer med en frekvens, der svarer til Planck-tiden. I 2003, når de analyserede Deep Field-billederne fra Hubble-teleskopet, foreslog nogle videnskabsfolk, at hvis der var rumstidsudsving i Planck-skalaen, ville billeder af meget fjerne objekter være slørede. De hævdede, at Hubble-billederne var for nøjagtige, hvilket ifølge eksperter satte spørgsmålstegn ved begrebet Planck-skala. Andre medlemmer af det videnskabelige samfund var uenige i denne antagelse og bemærkede,at sådanne udsving ville være for små til at blive observeret. Derudover blev det antydet, at den forventede sløring blev fjernet af den store størrelse af objekter på billederne.
Hubble Ultra-Deep Field / NASA / ESA / R. THOMPSON.
Så Planck-længden og den tilhørende Planck-tid bestemmer den skala, hvormed moderne fysiske teorier holder op med at arbejde. Al rum-tidsgeometri forudsagt af den generelle relativitetsteori ophører med at have nogen betydning. Disse skalaer gemmer en endnu uopdaget teori, der forener generel relativitet og kvantemekanik, som bedst kan beskrive fysikkens love. Faktisk er det af denne grund, at moderne beskrivelser af universets udvikling først begynder 5,391 x 10 (til kraften fra -44) sekunder efter Big Bang, da universet var 1,616 x 10 (til kraften på -35) meter.
Vladimir Guillen