Az elmúlt 100 évben a fizikusok pontos és erőteljes elméleteket építettek az univerzumról, a legkisebbtől a legnagyobbig. Vannak olyan skálák, amelyeken ezek az elméletek nem működnek, és amelyek a természet törvényeivel kapcsolatos legnagyobb titkokat fedik le.
Megszoktuk a nagy, makroszkopikus dolgok világában élni. Minden, amellyel az átlagember találkozik napközben - kezdve egy csésze kávét reggel a hatalmas tűzgolyóra az égen, az úgynevezett Nap -, olyan dolgok, amelyeket láthatunk vagy megérinthetünk. Ugyanakkor az ókori Görögországban a filozófusok, különösen Democritus és tanára Leucippus azt sugallták, hogy mindent a legkisebb oszthatatlan részecskékből - atomokból (a görög szó szerint fordítva azt jelenti, hogy "oszthatatlan").
Az idő múlásával felfedezték az atomot, majd azt a tulajdonságot, hogy egyáltalán nem osztható, hanem egy magból és egy körül körbe forgó elektronból áll. Aztán kiderült, hogy a mag protonokból és neutronokból is áll. Még később kvarcokat fedeztek fel, amelyekből az atommagokat protonok és neutronok alkotják. Ezeket az apró részecskéket alapvetőnek nevezik. A kvarkok mellett az elemi részecskék között már említenek elektronokat, bozonokat, neutrinókat és fotonokat. Mindegyikük ugyanazok az ókori görög "atomok" - oszthatatlanok.
1899-ben (egyes forrásokban - 1900-ban) a német fizikus és a kvantumelmélet részidős alapítója, Max Planck javasolt egy speciális mérési mértéket - Planck egységeket. Ezek olyan egységek, amelyeket az elméleti fizikában, különösen a kvantummechanikában található egyes algebrai kifejezések egyszerűsítésére terveztek. Ide tartoznak az olyan alapvető egységek, mint a Planck tömege, a Planck hőmérséklete, a Planck hossza és a Planck idő. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a Planck hosszát és a Planck időt, és megpróbáljuk a lehető legérthetőbben megtenni, bonyolult matematikai számítások nélkül (bár szükségünk lesz néhány képletre).
Mint már tudod, a fizika nemcsak a hatalmas kozmikus struktúrák, például a galaxisok és ködök tanulmányozásával foglalkozik, hanem hihetetlenül kicsi jelenségekkel is atomi és szubatomi méretekben. Van azonban egy másik valóság is olyan skálán, amely sokkal kisebb, mint amit a tudomány meg tudott tanulmányozni. Ezen a szinten van olyan érték, amely messze túlmutat a „kicsi” hagyományos megértésén, és ezt nehéz elképzelni. Ez a Planck hossza - tízszer (20-ig) 20-szor kisebb, mint egy hidrogénatommag átmérője. Feltételezzük (vagy pontosabban feltételezzük), hogy ezen a szinten jön létre a téridő "habja". Annak megértése érdekében, hogy milyen értékről beszélünk, átnézheti a "Világegyetem mérete" animációt ezen a linken.
És mégis milyen dimenziókról beszélünk? A Planck hossza mindössze 1,616 x 10 (a -35 teljesítményig) méter. Kiszámolható egy olyan egyenlettel, amely három teljes alapkonstanst tartalmaz - Planck-állandó (6,6261 x 10 (-34-es teljesítményre)), a fénysebesség vákuumban (2,29979 x 10 (8-as teljesítményre m / s)). és a gravitációs állandó (6,66738 x 10 (a 11-es teljesítményhez)):
Max Planck először jött ebbe a figyelemre méltó egységbe, miután a fekete test sugárzásán és a kvantummechanikán dolgozott. Valószínűleg hallotta, hogy ez a lehető legrövidebb.
Promóciós videó:
Itt, mint az ókori görög atom fogalmának esetében, el lehet mondani: "Természetesen, ha van egy bizonyos hosszúságom, és felosztom, és újra és újra megismétlem, akkor kisebb és kisebb értékeket kapok." Arról azonban olyan skáláról van szó, amelyen a fizika már nem képes ugyanazt tenni, mint a matematika. Az egyik legszembetűnőbb példa az ilyen lehetetlenségekre a felszíni sebességgel történő mozgás. Vagyis papíron erőt lehet alkalmazni a tömegre, és felgyorsíthatja azt a fény sebességére és annál nagyobbra, de tudjuk, hogy a természetben ez egyszerűen fizikailag lehetetlen, mivel egy tárgy tömege (és ezért annak gyorsításához szükséges energia) végtelenül növekszik. Kiderül, hogy nem tudunk a valóságban mindent megtenni, amit papíron megtehetünk.
A húros elmélet pontosan a Planck hossza / Univerzum áttekintésében megjósolja az összes elemi részecskét alkotó húrok létezését.
Tehát hogyan illeszkedik egy ilyen kis mennyiség a fizikába? Ha két részecskét elválasztanak egymástól Planck hosszúság vagy még kevesebb távolság, akkor lehetetlen meghatározni mindegyik helyzetét. Sőt, a kvantum gravitáció ezen skálára gyakorolt bármilyen hatása (ha van ilyen) ismeretlen a tudomány számára, mivel maga a tér nincs megfelelően meghatározva. Bizonyos értelemben azt mondhatjuk, hogy még ha kidolgoztunk is mérési módszereket, amelyek képesek lennének ezekre a skálákra nézve, soha semmit sem lehetett volna mérni, függetlenül attól, hogy módszereinket és berendezéseinket tovább fejlesztjük.
A szokásos kozmológiai modell szerint az univerzum a végtelen sűrűségben kezdődött Nagyrobbanás eredményeként született. Különösen érdekes, hogy a fizikusoknak és a kozmológusoknak nincs semmiféle elképzelésük arról, hogy a fizika törvényei miként érvényesültek az univerzumban, mielőtt meghaladta volna a Planck hosszúságát, mivel még mindig nincs megerősített elmélet a kvantitatív gravitációról. Ennek ellenére ez az egység hasznosnak bizonyult számos különféle egyenletben, amelyek segítettek kiszámítani és vizsgálni az univerzum néhány legfontosabb rejtélyét.
Például a Planck hossza kulcsfontosságú elem a Bekenstein-Hawking egyenletben a fekete lyuk entrópiájának kiszámításához. A vonósági teoretikusok úgy vélik, hogy ezen a skálán léteznek „rezgő” vonóságok, amelyek alkotják a standard modell elemi részecskéit. Függetlenül attól, hogy a húr-elmélet igaz-e vagy sem, egy dolog biztos: minden egységes elméletének elérésekor kulcsszerepet játszik a Planck-hossz és a hozzá kapcsolódó fizika megértése.
Az univerzum kozmológiában létezésének első pillanatait Planck-korszaknak / Illinoisi Egyetemnek hívják.
Mi a helyzet Planck-idővel? Dióhéjban, a Planck-idő az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy a vákuumban világítson a Planck-hossz. Következésképpen ez a két mennyiség összefügg. Kíváncsi, hogy a Planck-idő kiszámításához a Planck-állandóra, a gravitációs állandóra és a vákuumban lévő fénysebességre van szükség. A Planck-idő pontos értéke 5 391 x 10 (-44 teljesítményig) másodperc, amelyet a következő képlettel számol:
A Planck-időt az idő kvantumának is nevezzük - az idő legkisebb értéke, amelynek van tényleges értéke. A kisebb idők értelmetlenek. Visszatérve az elméleti hipotézisekhez, a húrteoretikusok feltételezik, hogy a Planck-méretű húrok a Planck-időnek megfelelő frekvencián rezegnek. 2003-ban, amikor a mély mező képeit elemezték a Hubble távcsőből, egyes tudósok azt sugallták, hogy ha a tér-idő ingadozások vannak a Planck-skálán, akkor a nagyon távoli tárgyak képei elmosódottak lesznek. A Hubble-képek túl pontosak voltak, amelyek szakértők szerint megkérdőjelezték a Planck-skála fogalmát. A tudományos közösség többi tagja nem értett egyet ezzel a feltételezéssel, megjegyezve,hogy ezek az ingadozások túl kicsi lennének ahhoz, hogy megfigyelhetők legyenek. Ezenkívül azt javasolták, hogy a várható elmosódást távolítsa el a képeken lévő nagy méretű objektumok.
Hubble rendkívül mély mező / NASA / ESA / R THOMPSON.
Tehát a Planck hossza és a hozzá tartozó Planck idő meghatározza azt a skálát, amelyen a modern fizikai elméletek nem működnek. Az általános relativitáselmélet által előre jelzett tér-idő geometriának nincs értelme. Ezek a skálák egy még fel nem fedezett elméletet tárolnak, amely egyesíti az általános relativitást és a kvantummechanikát, amely a legteljesebben leírhatja a fizika törvényeit. Valójában ez az oka annak, hogy a világegyetem fejlődésének modern leírása csak 5 391 x 10 (-44-es teljesítményre) másodperccel kezdődik a Nagyrobbanás után, amikor az univerzum 1,616 x 10-es volt (-35-es teljesítményig).
Vladimir Guillen