Za posledných 100 rokov si fyzici vybudovali presné a silné teórie o vesmíre, od najmenších po najväčšie. Existujú však stupnice, na ktorých všetky tieto teórie nefungujú a ktoré držia najväčšie tajomstvá o prírodných zákonoch.
Sme zvyknutí žiť vo svete veľkých makroskopických vecí. Všetko, s čím sa priemerný človek počas dňa stretne - od šálky kávy ráno po obrovskú ohnivú guľu na oblohe nazývanú Slnko - sú veci, ktoré môžeme buď vidieť, alebo sa ich dotknúť. Avšak aj v starovekom Grécku filozofi, najmä Demokritos a jeho učiteľ Leucippus, navrhli, že všetko pozostáva z najmenších nedeliteľných častíc - atómov (doslovne preložené z gréčtiny znamená „nedeliteľný“).
V priebehu času bol objavený atóm a jeho vlastnosť, že nie je vôbec nedeliteľný, ale pozostáva z jadra a elektrónu, ktorý sa okolo neho otáča. Potom sa ukázalo, že jadro tiež pozostáva z protónov a neutrónov. Ešte neskôr boli objavené kvarky, z ktorých sú zložené protóny a neutróny atómových jadier. Tieto drobné častice sa nazývajú elementárne. Okrem kvarkov sú už medzi elementárnymi časticami uvedené elektróny, bozóny, neutrína a fotóny. Všetky z nich sa považujú za rovnaké starogrécke „atómy“- nedeliteľné.
V roku 1899 (v niektorých zdrojoch - v roku 1900) navrhol nemecký fyzik a zakladateľ kvantovej teórie Max Planck osobitné opatrenie merania - Planckove jednotky. Sú to jednotky určené na zjednodušenie určitých algebraických výrazov nachádzajúcich sa v teoretickej fyzike, najmä v kvantovej mechanike. Patria k nim také základné jednotky, ako je Planckova hmotnosť, Planckova teplota, Planckova dĺžka a Planckov čas. V tomto článku sa budeme zaoberať Planckovou dĺžkou a Planckovým časom a pokúsime sa to urobiť najzrozumiteľnejším spôsobom, bez zložitých matematických výpočtov (hoci budeme potrebovať nejaké vzorce).
Ako už viete, fyzika sa nezaoberá iba štúdiom obrovských kozmických štruktúr, ako sú galaxie a hmloviny, ale aj neuveriteľne malými javmi v atómových a subatomárnych mierkach. Existuje však ďalšia realita v mierke, ktorá je omnoho menšia ako to, čo veda dokázala študovať. Na tejto úrovni existuje hodnota, ktorá ďaleko presahuje tradičné chápanie „malého“, ktoré si len ťažko vieme predstaviť. Toto je Planckova dĺžka - je to 10 (až 20-krát) sila menšia ako je priemer jadra atómu vodíka. Predpokladá sa (alebo presnejšie sa predpokladá), že na tejto úrovni sa vytvára „pena“časopriestoru. Ak chcete pochopiť, o akej hodnote hovoríme, môžete sa pozrieť na animáciu „Mierka vesmíru“na tomto odkaze.
A o čom ešte hovoríme? Dĺžka Planck je iba 1 616 x 10 (do -35 výkonu) metrov. Dá sa vypočítať pomocou rovnice, ktorá obsahuje tri celé základné konštanty - Planckovu konštantu (6,6261 x 10 (do výkonu -34)), rýchlosť svetla vo vákuu (2,29979 x 10 (do výkonu 8) m / s) a gravitačná konštanta (6,66738 x 10 (k sile-11)):
Max Planck prvýkrát prišiel k tejto pozoruhodnej jednotke po práci na žiarení čierneho tela a kvantovej mechanike. Pravdepodobne ste už počuli, že je to najkratšia možná dĺžka.
Propagačné video:
Tu, ako v prípade starogréckeho konceptu atómu, môžete povedať: „Samozrejme, že ak mám určitú dĺžku a rozdelím ju na polovicu a potom ju opakujem znova a znova, dostanem menšie a menšie hodnoty.“Hovoríme však o mierke, v ktorej fyzika už nie je schopná robiť to isté ako matematika. Jedným z najvýraznejších príkladov takýchto nemožností je pohyb superluminálnou rýchlosťou. To znamená, že na papieri môžete aplikovať silu na hmotu a zrýchliť ju na rýchlosť svetla a vyššiu, ale vieme, že v prírode je to jednoducho fyzicky nemožné, pretože hmota objektu (a teda energia potrebná na jeho urýchlenie) sa nekonečne zvyšuje. Ukazuje sa, že v skutočnosti nedokážeme implementovať všetko, čo môžeme urobiť na papieri.
Teória strún predpovedá existenciu strún, ktoré tvoria všetky elementárne častice, presne pri Planck length / Universe Review.
Ako sa tak malé množstvo zmestí do fyziky? Ak sú dve častice oddelené Planckovou dĺžkou alebo ešte menšou vzdialenosťou, potom nie je možné určiť polohu každej z nich. Navyše, akékoľvek účinky kvantovej gravitácie na túto mierku (ak existujú) nie sú vede známe, pretože samotný priestor nie je správne definovaný. V istom zmysle môžeme povedať, že aj keď sme vyvinuli metódy merania schopné „nahliadnuť“do týchto mierok, nikdy sme nemohli zmerať nič menej, bez ohľadu na ďalšie zlepšovanie našich metód a zariadení.
Podľa štandardného kozmologického modelu sa vesmír zrodil v dôsledku Veľkého tresku, ktorý sa začal nekonečne hustým bodom. Je zvlášť zaujímavé, že fyzici a kozmológovia nemajú najmenšiu predstavu o tom, aké fyzikálne zákony prevládali vo vesmíre skôr, ako prekročili Planckovu dĺžku, pretože stále neexistuje potvrdená teória kvantovej gravitácie. Napriek tomu sa táto jednotka osvedčila v mnohých rôznych rovniciach, ktoré pomohli vypočítať a preskúmať niektoré z najdôležitejších záhad vesmíru.
Napríklad Planckova dĺžka je kľúčovým komponentom v Bekenstein-Hawkingovej rovnici na výpočet entropie čiernej diery. Teoretici strun sa domnievajú, že práve v tomto rozsahu existujú „vibračné“struny, ktoré tvoria základné častice štandardného modelu. Či už je alebo nie je teória strún pravdivá, je jedna vec istá: pri hľadaní zjednotenej teórie všetkého bude hrať kľúčovú úlohu pochopenie Planckovej dĺžky a s ňou spojená fyzika.
Úplne prvé okamihy existencie vesmíru v kozmológii sa nazývajú Planckova éra / University of Illinois.
A čo Planck čas? Stručne povedané, čas Planck je čas, ktorý potrebuje svetlo vo vákuu, aby prešiel dĺžkou Planck. Preto tieto dve množstvá súvisia. Je zvláštne, že na výpočet Planckovho času je potrebná Planckova konštanta, gravitačná konštanta a rýchlosť svetla vo vákuu. Presná hodnota Planckovho času je 5,391 x 10 (do výkonu -44) sekúnd a vypočíta sa pomocou vzorca:
Planck time sa nazýva aj kvantum času - najmenšia hodnota času, ktorá má akúkoľvek skutočnú hodnotu. Menšie časy sú bezvýznamné. Keď sa vrátime k teoretickým hypotézam, strunoví teoretici predpokladajú, že reťazce veľkosti Planck vibrujú pri frekvencii zodpovedajúcej Planckovmu času. V roku 2003, keď analyzovali obrázky Deep Field z Hubbleovho ďalekohľadu, niektorí vedci naznačili, že ak by sa na Planckovej stupnici vyskytli časoprostorové výkyvy, potom by obrazy veľmi vzdialených objektov boli rozmazané. Snímky z Hubbleovho ostrova tvrdia, že sú príliš presné, čo podľa odborníkov spochybňuje koncepciu Planckovej stupnice. Iní členovia vedeckej obce nesúhlasili s týmto predpokladom, berúc na vedomie,že takéto výkyvy by boli príliš malé na to, aby sa dali pozorovať. Ďalej bolo navrhnuté, aby sa očakávané rozmazanie odstránilo veľkou veľkosťou objektov v obrazoch.
Hubbleovo mimoriadne hlboké pole / NASA / ESA / R. Thompson.
Takže Planckova dĺžka a súvisiaci Planckov čas určujú mieru, v ktorej moderné fyzikálne teórie prestanú fungovať. Celá časopriestorová geometria predpokladaná Všeobecnou teóriou relativity prestáva mať žiaden význam. Tieto stupnice obsahujú doposiaľ neobjavenú teóriu, ktorá spája všeobecnú relativitu a kvantovú mechaniku, ktorá dokáže najúplnejšie opísať fyzikálne zákony. V skutočnosti je to z tohto dôvodu, že moderné opisy vývoja vesmíru začínajú iba 5 391 x 10 (do sily -44) sekúnd po Veľkom tresku, keď bol vesmír 1,616 x 10 (do sily -35) metrov.
Vladimir Guillen