I løpet av de siste 100 årene har fysikere bygget nøyaktige og kraftige teorier om universet, fra minste til største. Imidlertid er det skalaer som alle disse teoriene ikke fungerer og som inneholder de største hemmelighetene om naturlovene.
Vi er vant til å leve i en verden av store, makroskopiske ting. Alt som den gjennomsnittlige personen møter på i løpet av dagen - fra en kopp kaffe om morgenen til en enorm ildkule på himmelen som heter Solen - er ting vi enten kan se eller ta på. Selv i antikkens Hellas antydet filosofer, særlig Democritus og læreren hans Leucippus, at alt består av de minste udelelige partiklene - atomer (bokstavelig talt oversatt fra gresk betyr "udelelige").
Over tid ble atomet oppdaget, og deretter dens egenskap at det slett ikke er udelelig, men består av en kjerne og et elektron som roterer rundt det. Da viste det seg at kjernen også består av protoner og nøytroner. Selv senere ble det oppdaget kvarker, hvorav protonene og nøytronene fra atomkjerner er sammensatt. Disse ørsmå partiklene kalles elementære. I tillegg til kvarker, er det blant elementære partikler allerede nevnte elektroner, bosoner, nøytrinoer og fotoner. Alle av dem er ansett som de samme gamle greske "atomer" - udelelige.
I 1899 (i noen kilder - i 1900) foreslo den tyske fysikeren og deltidens grunnlegger av kvanteteorien Max Planck et spesielt mål for måling - Planck-enheter. Dette er enheter designet for å forenkle visse algebraiske uttrykk som finnes i teoretisk fysikk, spesielt i kvantemekanikk. Disse inkluderer slike grunnleggende enheter som Planck-masse, Planck-temperatur, Planck-lengde og Planck-tid. I denne artikkelen vil vi vurdere Planck-lengden og Planck-tiden og prøve å gjøre det på den mest forståelige måten, uten kompliserte matematiske beregninger (selv om vi vil trenge noen formler).
Som du allerede vet, er fysikk ikke bare opptatt av studier av enorme kosmiske strukturer som galakser og tåker, men også utrolig små fenomener på atom- og subatomære skalaer. Imidlertid er det en annen virkelighet på en skala som er mye mindre enn det vitenskapen har kunnet studere. På dette nivået er det en verdi som er så langt utenfor den tradisjonelle forståelsen av "liten" at det er vanskelig å forestille seg. Dette er Planck-lengden - det er 10 (til effekten 20) ganger mindre enn diameteren til kjernen til et hydrogenatom. Det antas (eller, mer presist, er det mistanke om) at det er på dette nivået at "skummet" fra rom-tid dannes. For å forstå hvilken verdi vi snakker om, kan du se på animasjonen "Scale of the Universe" på denne lenken.
Og likevel hvilke dimensjoner snakker vi om? Planck-lengden er bare 1.616 x 10 meter (til -35 makt). Det kan beregnes ved å bruke en ligning som inkluderer tre hele grunnleggende konstanter - Plancks konstant (6.6261 x 10 (til kraften på -34)), lysets hastighet i vakuum (2.29979 x 10 (til effekten på 8) m / s) og gravitasjonskonstanten (6.6738 x 10 (til kraften-11)):
Max Planck kom først til denne bemerkelsesverdige enheten etter å ha arbeidet med svart kroppsstråling og kvantemekanikk. Du har sikkert hørt at dette er kortest mulig lengde.
Salgsfremmende video:
Her, som i tilfellet med det antikke greske konseptet med atomet, kan du si: "Selvfølgelig, hvis jeg har en viss lengde og jeg deler den i to, og deretter gjentar det om og om igjen, vil jeg få mindre og mindre verdier." Vi snakker imidlertid om en skala hvor fysikk ikke lenger er i stand til å gjøre det samme som matematikk. Et av de mest slående eksemplene på slike umuligheter er bevegelse med superluminal hastighet. Det vil si at på papir kan du bruke kraft på massen og akselerere den til lysets hastighet og høyere, men vi vet at i naturen er dette ganske enkelt fysisk umulig, siden massen til en gjenstand (og derfor energien som kreves for å akselerere den) øker uendelig. Det viser seg at vi ikke er i stand til å implementere alt vi kan gjøre på papir i realiteten.
Stringteori forutsier eksistensen av strengene som utgjør alle elementære partikler, nettopp i Planck-lengden / Universe Review.
Så hvordan passer en så liten mengde inn i fysikken? Hvis to partikler er atskilt med en Planck-lengde eller enda mindre avstand, er det umulig å bestemme posisjonene til hver av dem. Videre er eventuelle effekter av kvantetyngdekraft på denne skalaen (hvis noen) ukjente for vitenskapen, siden der er selve rommet ikke riktig definert. På en måte kan vi si at selv om vi utviklet målemetoder som var i stand til å "se" inn i disse skalaene, kunne vi aldri måle noe mindre, uavhengig av den videre forbedringen av våre metoder og utstyr.
I følge den standard kosmologiske modellen ble universet født som et resultat av Big Bang, som begynte på et uendelig tett punkt. Det er spesielt interessant at fysikere og kosmologer ikke har den minste anelse om hvilke fysikklover som hersket i Universet før det overskred Planck-lengden i størrelse, siden det fremdeles ikke er noen bekreftet teori om kvantetyngdekraften. Likevel har denne enheten vist seg nyttig i mange forskjellige ligninger som har bidratt til å beregne og undersøke noen av de viktigste mysteriene i universet.
For eksempel er Planck-lengden en nøkkelkomponent i Bekenstein-Hawking-ligningen for å beregne entropien til et svart hull. Strengteoretikere mener at det er i denne skalaen det er "vibrerende" strenger som utgjør de elementære partiklene i standardmodellen. Enten streng teori er sant eller ikke, en ting er sikkert: i jakten på en enhetlig teori om alt, vil forstå Planck-lengden og fysikken knyttet til det spille en nøkkelrolle.
De aller første øyeblikkene av universets eksistens i kosmologi kalles Planck-epoken / University of Illinois.
Hva med Planck-tiden? I et nøtteskall er Planck-tiden den tid det tar for lys i et vakuum å reise Planck-lengden. Følgelig er disse to mengdene relatert. Det er underlig at for å beregne Planck-tiden, er Planck-konstanten, gravitasjonskonstanten og lysets hastighet i vakuum nødvendig. Den nøyaktige verdien av Planck-tiden er 5.391 x 10 (med en effekt på -44) sekunder, og den beregnes med formelen:
Planck-tid kalles også tidskvantumet - den minste tidsverdien som har noen faktisk verdi. Mindre tider er meningsløse. Når vi vender tilbake til teoretiske hypoteser, antar strengteoretikere at strengene i Planck-størrelse vibrerer med en frekvens som tilsvarer Planck-tiden. I 2003, da de analyserte Deep Field-bildene fra Hubble-teleskopet, antydet noen forskere at hvis svingninger i romtid var til stede i Planck-skalaen, ville bilder av veldig fjerne objekter være uskarpe. Hubble-bildene, hevdet de, var for nøyaktige, noe som ifølge eksperter satte spørsmålstegn ved begrepet Planck-skala. Andre medlemmer av det vitenskapelige samfunnet var uenige i denne antagelsen, og la merke til,at slike svingninger ville være for små til å kunne observeres. I tillegg ble det antydet at den forventede uskarpheten ble fjernet av den store størrelsen på objekter på bildene.
Hubble Ultra-Deep Field / NASA / ESA / R. THOMPSON.
Så, Planck-lengden og den tilhørende Planck-tiden bestemmer skalaen hvor moderne fysiske teorier slutter å fungere. All romtidsgeometri forutsagt av den generelle relativitetsteorien slutter å ha noen betydning. Disse skalaene lagrer en ennå uoppdaget teori som forener generell relativitet og kvantemekanikk, som best kan beskrive fysikkens lover. Faktisk er det av denne grunn at moderne beskrivelser av utviklingen av universet begynner bare 5,991 x 10 (til makten på -44) sekunder etter Big Bang, da universet var 1,616 x 10 (til makten på -35) meter.
Vladimir Guillen
