Během posledních 100 let vytvořili fyzici přesné a silné teorie o vesmíru, od nejmenších po největší. Existují však měřítka, na nichž všechny tyto teorie nefungují a která drží největší tajemství zákonů přírody.
Jsme zvyklí žít ve světě velkých, makroskopických věcí. Vše, s čím se průměrný člověk během dne setká - od šálku kávy ráno až po ohnivou kouli na obloze zvanou Slunce - to jsou věci, které můžeme buď vidět, nebo se jich dotknout. Nicméně, dokonce ve starověkém Řecku, filozofové, zvláště Democritus a jeho učitel Leucippus, navrhl, že všechno sestává z nejmenších nedělitelných částeček - atomů (doslovně přeložených z řečtiny znamená „nedělitelný“).
V průběhu času byl objeven atom a jeho vlastnost, že není vůbec nedělitelný, ale skládá se z jádra a elektronu rotujícího kolem něj. Pak se ukázalo, že jádro se skládá také z protonů a neutronů. Ještě později byly objeveny kvarky, z nichž jsou složeny protony a neutrony atomových jader. Tyto malé částice se nazývají elementární. Kromě kvarků jsou mezi elementárními částicemi již zmíněné elektrony, bosony, neutrina a fotony. Všechny jsou považovány za stejné starořecké „atomy“- nedělitelné.
V roce 1899 (v některých zdrojích - v roce 1900) navrhl německý fyzik a zakladatel kvantové teorie Max Planck zvláštní míru měření - Planckovy jednotky. Jde o jednotky určené ke zjednodušení určitých algebraických výrazů nalezených v teoretické fyzice, zejména v kvantové mechanice. Mezi ně patří takové základní jednotky, jako je Planckova hmotnost, Planckova teplota, Planckova délka a Planckova doba. V tomto článku se budeme zabývat Planckovou délkou a Planckovým časem a pokusíme se o to nejsrozumitelnějším způsobem, bez složitých matematických výpočtů (i když budeme potřebovat nějaké vzorce).
Jak již víte, fyzika se netýká jen studia obrovských kosmických struktur, jako jsou galaxie a mlhoviny, ale také neuvěřitelně malých jevů na atomových a subatomárních stupnicích. Existuje však jiná realita v měřítku, která je mnohem menší než to, co věda dokázala studovat. Na této úrovni existuje hodnota, která je daleko nad rámec tradičního chápání „malého“, které je těžké si představit. Toto je Planckova délka - je to 10 (k síle 20) krát menší než průměr jádra atomu vodíku. Předpokládá se (nebo přesněji se předpokládá), že právě na této úrovni se vytváří „pěna“časoprostoru. Abychom pochopili, o jaké hodnotě mluvíme, můžete se podívat na animaci „Měřítko vesmíru“na tomto odkazu.
A přesto o jakých dimenzích mluvíme? Délka Planck je pouze 1,616 x 10 (do -35 výkonu) metrů. Lze ji vypočítat pomocí rovnice, která zahrnuje tři celé základní konstanty - Planckovu konstantu (6,6261 x 10 (k síle -34)), rychlost světla ve vakuu (2,29979 x 10 (k síle 8) m / s) a gravitační konstanta (6,66738 x 10 (k síle-11)):
Max Planck poprvé přišel k této pozoruhodné jednotce poté, co pracoval na záření černého těla a kvantové mechanice. Pravděpodobně jste slyšeli, že je to nejkratší možná délka.
Propagační video:
Tady, stejně jako v případě starořeckého pojetí atomu, můžete říci: „Samozřejmě, pokud mám určitou délku a rozdělím ji na polovinu a pak ji opakuji znovu a znovu, získám menší a menší hodnoty.“Mluvíme však o měřítku, ve kterém fyzika již není schopna dělat totéž jako matematika. Jedním z nejvýraznějších příkladů takových nemožností je pohyb superluminální rychlostí. To znamená, že na papír můžete aplikovat sílu na hmotu a zrychlit ji na rychlost světla a vyšší, ale víme, že v přírodě je to jednoduše fyzicky nemožné, protože hmota objektu (a tedy energie potřebná k jeho urychlení) se nekonečně zvyšuje. Ukazuje se, že nejsme schopni realizovat ve skutečnosti vše, co můžeme udělat na papíře.
Teorie strun předpovídá existenci strun, které tvoří všechny elementární částice, přesně v Planck length / Universe Review.
Jak tedy takové malé množství zapadá do fyziky? Pokud jsou dvě částice odděleny Planckovou délkou nebo ještě menší vzdáleností, pak není možné určit polohu každé z nich. Navíc, žádné účinky kvantové gravitace na toto měřítko (pokud existují) nejsou vědě známé, protože tam samotný prostor není správně definován. V jistém smyslu můžeme říci, že i když jsme vyvinuli metody měření, které jsou schopny „nahlédnout“do těchto měřítek, nemůžeme nikdy měřit nic méně, bez ohledu na další zdokonalování našich metod a zařízení.
Podle standardního kosmologického modelu se vesmír narodil v důsledku velkého třesku, který začal v nekonečně hustém bodě. Je obzvláště zajímavé, že fyzici a kosmologové nemají nejmenší představu, jaké zákony fyziky ve vesmíru převládaly, než překročily Planckovu délku, protože stále neexistuje potvrzená teorie kvantové gravitace. Tato jednotka se však osvědčila v mnoha různých rovnicích, které pomohly spočítat a prozkoumat některé nejdůležitější záhady vesmíru.
Například Planckova délka je klíčovou součástí Bekenstein-Hawkingovy rovnice pro výpočet entropie černé díry. Teoretici strun se domnívají, že právě v tomto měřítku existují „vibrační“struny, které tvoří základní částice standardního modelu. Ať už je teorie strun pravdivá nebo ne, je jisté jedno: v hledání jednotné teorie všeho bude hrát klíčovou roli pochopení Planckovy délky a fyziky s ní spojené.
Úplně první okamžiky existence vesmíru v kosmologii se nazývají Planckova éra / University of Illinois.
A co Planck čas? Stručně řečeno, doba Planck je doba, kterou potřebuje světlo ve vakuu, aby prošlo délkou Planck. V důsledku toho jsou tato dvě množství příbuzná. Je zvláštní, že pro výpočet Planckovy doby je nutná Planckova konstanta, gravitační konstanta a rychlost světla ve vakuu. Přesná hodnota Planckovy doby je 5,391 x 10 (do síly -44) sekund a vypočítá se podle vzorce:
Planck time se také nazývá kvantum času - nejmenší hodnota času, která má jakoukoli skutečnou hodnotu. Menší časy nemají smysl. Vrátíme-li se k teoretickým hypotézám, předpokládají strunoví teoretici, že řetězce Plancka vibrují při frekvenci odpovídající Planckovu času. V roce 2003, když analyzovali obrazy Deep Field z Hubbleova dalekohledu, někteří vědci navrhli, že pokud by na Planckově stupnici byly přítomny fluktuace časoprostoru, pak by obrazy velmi vzdálených objektů byly rozmazané. Snímky z HST, tvrdí, byly příliš přesné, což podle odborníků zpochybnilo koncept Planckovy stupnice. Ostatní členové vědecké komunity s tímto předpokladem nesouhlasili,že takové výkyvy by byly příliš malé na to, aby byly pozorovány. Kromě toho bylo navrženo, že očekávané rozostření bylo odstraněno velkou velikostí objektů v obrazech.
Hubbleovo velmi hluboké pole / NASA / ESA / R. THOMPSON.
Takže Planckova délka a související Planckova doba určují měřítko, ve kterém moderní fyzikální teorie přestanou fungovat. Veškerá geometrie časoprostoru předpovídaná Všeobecnou teorií relativity přestává mít žádný význam. Tyto stupnice ukládají dosud neobjevenou teorii, která sjednocuje obecnou relativitu a kvantovou mechaniku, která dokáže plně popsat fyzikální zákony. Ve skutečnosti je to z tohoto důvodu, že moderní popisy vývoje vesmíru začínají teprve 5 391 x 10 (do síly -44) sekund po Velkém třesku, když byl vesmír 1,616 x 10 (do síly -35) metrů.
Vladimir Guillen