Ak rozdelíte záležitosť vo vesmíre na menšie a menšie zložky, nakoniec dosiahnete obmedzenie, keď čelíte základnej a nedeliteľnej častiici. Všetky makroskopické objekty sa dajú rozdeliť na molekuly, dokonca atómy, potom elektróny (ktoré sú zásadné) a jadrá, potom na protóny a neutróny a nakoniec v nich budú kvarky a gluóny. Elektróny, kvarky a gluóny sú príklady základných častíc, ktoré sa nedajú ďalej separovať. Ako je však možné, že čas a priestor samotné majú rovnaké obmedzenia? Prečo Planckove hodnoty vôbec existujú a nedajú sa ďalej deliť?
Aby sme pochopili, odkiaľ Planckovo množstvo pochádza, je potrebné začať s dvoma piliermi, ktoré riadia realitu: všeobecná relativita a kvantová fyzika.
Všeobecná relativita spája hmotu a energiu, ktorá existuje vo vesmíre, so zakrivením a deformáciou štruktúry časopriestoru. Kvantová fyzika popisuje, ako rôzne častice a polia spolu interagujú v rámci štruktúry časopriestoru, a to aj vo veľmi malom merítku. Vo všeobecnej relativite zohrávajú úlohu dve základné fyzikálne konštanty: G je gravitačná konštanta vesmíru a c je rýchlosť svetla. G vzniká, pretože stanovuje indikátor priestorovo-časovej deformácie v prítomnosti hmoty a energie; c - pretože táto gravitačná interakcia sa šíri v čase a čase rýchlosťou svetla.
V kvantovej mechanike sa objavujú aj dve základné konštanty: cah, kde posledná je Planckova konštanta. c je rýchlostný limit pre všetky častice, rýchlosť, pri ktorej sa musia všetky nehmotné častice pohybovať, a maximálna rýchlosť, pri ktorej sa môže šíriť akákoľvek interakcia. Planckova konštanta bola neuveriteľne dôležitá pri opise spôsobu kvantifikácie (počítania) kvantových energetických hladín, interakcií medzi časticami a všetkých možných výsledkov udalostí. Elektrón otáčajúci sa okolo protónu môže mať ľubovoľný počet energetických úrovní, ale všetky sa objavujú v samostatných krokoch a veľkosť týchto krokov je určená pomocou h.
Kombinujte tieto tri konštanty, G, cah, a môžete použiť rôzne kombinácie z nich na vytvorenie mierky pre dĺžku, hmotnosť a časové obdobie. Sú známe ako Planckova dĺžka, Planckova hmotnosť a Planckov čas. (Iné množstvá je možné vyniesť do grafu, napríklad Planckova energia, Planckova teplota atď.). Celkom to všetko je škála dĺžky, hmotnosti a času, v ktorom - v prípade absencie akýchkoľvek iných informácií - budú kvantové účinky významné. Existujú dobré dôvody domnievať sa, že tomu tak je a je celkom ľahké pochopiť, prečo tomu tak je.
Predstavte si, že máte časticu určitej hmotnosti. Pýtate sa: „Ak by moja častica mala takú hmotu, aká malá by mala byť kompresia, aby sa z nej stala čierna diera?“Môžete sa tiež opýtať: „Keby som mal čiernu dieru určitej veľkosti, ako dlho by trvalo, kým by sa častice pohybujúce sa rýchlosťou svetla pokryli vzdialenosťou rovnajúcou sa tejto veľkosti?“Planckova hmotnosť, Planckova dĺžka a Planckov čas presne zodpovedajú týmto veličinám: čierna diera s Planckovou hmotnosťou bude Planckovou dĺžkou a pretína sa rýchlosťou svetla v Planckovom čase.
Propagačné video:
Ale Planckova hmota je oveľa, oveľa hmotnejšia ako akékoľvek častice, ktoré sme kedy vytvorili; je to 10 (19 mocenských) časov ťažšie ako protón! Planckova dĺžka je tiež 10 (14 výkonov) krát menšia ako akákoľvek vzdialenosť, ktorú sme kedy znali, a doba Planck je 10 (25 výkonov) krát menšia ako ktorákoľvek priamo nameraná hodnota. Tieto stupnice neboli pre nás nikdy priamo k dispozícii, ale sú dôležité z iného dôvodu: Planckova energia (ktorú môžete získať vložením Planckovej hmotnosti do E = mc2) je mierka, v ktorej kvantové gravitačné účinky začínajú nadobúdať na dôležitosti a význame.
To znamená, že pri energiách tejto veľkosti - buď časových mierkach kratších ako Planckov čas, alebo dĺžkových mierkach menších ako Planckova dĺžka - musia byť porušené naše súčasné fyzikálne zákony. Účinky kvantovej gravitácie vstupujú do hry a predpovede všeobecnej relativity už nie sú spoľahlivé. Zakrivenie priestoru sa stáva veľmi veľkým, čo znamená, že „pozadie“, ktoré používame na výpočet kvantových množstiev, tiež prestáva byť spoľahlivé. Neistota v energii a čase znamená, že neistoty sú vyššie ako hodnoty, ktoré vieme vypočítať. Stručne povedané, fyzika, na ktorú sme zvyknutí, už nefunguje.
Toto nie je problém pre náš vesmír. Tieto energetické stupnice sú 10 (15 stupňov) vyššie ako tie, ktoré je možné dosiahnuť pomocou veľkého hadrónového zrážača, a 100 000 000 krát väčšie ako najenergetickejšie častice vytvorené samotným vesmírom (kozmické žiarenie s vysokou energiou) a dokonca 10 000 krát vyššie ako ukazovatele dosiahnuté vesmírom bezprostredne po Veľkom tresku. Ak by sme však chceli tieto limity preskúmať, existuje jedno miesto, kde by mohli byť dôležité: v singularitách nachádzajúcich sa v strede čiernych dier.
Na týchto miestach sú hmoty, ktoré významne prevyšujú Planckovu hmotu, stlačené na veľkosť teoreticky menšiu ako je Planckova dĺžka. Ak existuje miesto vo vesmíre, kde spojíme všetky riadky do jedného a vstúpime do Planckovho režimu, potom je to ono. Dnes k nemu nemôžeme pristupovať, pretože je zakrytý horizontom udalostí s čiernymi dierami a je neprístupný. Ale ak budeme dosť trpezliví - a vyžaduje si to veľkú trpezlivosť - vesmír nám dá túto príležitosť.
Ako vidíte, čierne diery sa v priebehu času pomaly rozpadajú. Integrácia teórie kvantového poľa do zakriveného časopriestoru všeobecnej relativity znamená, že malé množstvo žiarenia je emitované v priestore mimo horizontu udalosti a energia pre toto žiarenie pochádza z hmoty čiernej diery. Postupom času sa hmotnosť čiernej diery zmenšuje, horizont udalostí sa zmenšuje a po 10 (do 67. rokov) rokov sa čierna diera solárnej hmoty úplne odparí. Keby sme mali prístup ku všetkým žiareniam, ktoré opustili čiernu dieru, vrátane posledných okamihov jej existencie, určite by sme dokázali spojiť všetky kvantové efekty, ktoré naše najlepšie teórie nepredpovedali.
Nie je vôbec nevyhnutné, aby sa priestor nedelil na ešte menšie jednotky, ako je Planckova dĺžka, a aby sa čas nemohol rozdeliť na jednotky, ktoré sú menšie ako Planckov čas. My len vieme, že náš popis vesmíru, vrátane našich fyzikálnych zákonov, nemôže prekročiť tieto mierky. Je priestor vyčísliteľný? Skutočne plynie čas nepretržite? A čo robíme s tým, že všetky známe základné častice vo vesmíre majú omnoho viac, oveľa menej ako Planck? Vo fyzike nie sú žiadne odpovede na tieto otázky. Planckove stupnice nie sú také zásadné pri obmedzovaní vesmíru ako pri našom chápaní vesmíru. Takže stále experimentujeme. Možno, keď budeme mať viac vedomostí, dostaneme odpovede na všetky otázky. Ešte nie.
ILYA KHEL