Tijekom posljednjih 100 godina, fizičari su gradili točne i snažne teorije o svemiru, od najmanjih do najvećih. Međutim, postoje ljestvice na kojima sve te teorije ne djeluju i koje čuvaju najveće tajne zakona prirode.
Navikli smo živjeti u svijetu velikih, makroskopskih stvari. Sve sa čime se prosječan čovjek susreće tijekom dana - od šalice kave ujutro do ogromne vatrene kugle na nebu zvane Sunce - stvari su koje možemo ili vidjeti ili dodirnuti. Međutim, još u antičkoj Grčkoj filozofi, posebice Demokrit i njegov učitelj Leucippus, sugerirali su da se sve sastoji od najmanjih nedjeljivih čestica - atoma (doslovno u prijevodu s grčkog znači "nedjeljiv").
S vremenom je otkriven atom, a zatim i njegovo svojstvo da on uopće nije nedjeljiv, već se sastoji od jezgre i elektrona koji se vrti oko njega. Tada se ispostavilo da se jezgra sastoji i od protona i neutrona. Još kasnije otkriveni su kvarkovi od kojih se sastoje protoni i neutroni atomske jezgre. Te sitne čestice nazivaju se elementarnim. Osim kvarkova, među elementarnim česticama već se spominju elektroni, bozoni, neutrini i fotoni. Svi ih smatraju istim istim grčkim „atomima“- nedjeljivim.
Godine 1899. (u nekim izvorima - 1900.) njemački fizičar i honorarni osnivač kvantne teorije Max Planck predložio je posebnu mjeru mjerenja - Planckove jedinice. To su jedinice dizajnirane za pojednostavljenje određenih algebričnih izraza koji se nalaze u teorijskoj fizici, posebice u kvantnoj mehanici. To uključuje osnovne jedinice kao što su Plankova masa, Planckova temperatura, Plankova duljina i Planckovo vrijeme. U ovom ćemo članku razmotriti Planckovu duljinu i Planckovo vrijeme i pokušati to učiniti na najrazumljiviji način, bez kompliciranih matematičkih izračuna (iako će nam trebati neke formule).
Kao što već znate, fizika se ne bavi samo proučavanjem ogromnih kozmičkih struktura poput galaksija i maglina, već i nevjerojatno malim pojavama na atomskoj i subatomskoj ljestvici. Međutim, postoji još jedna stvarnost na ljestvici mnogo manjoj od one koju je znanost mogla proučiti. Na ovoj razini postoji vrijednost koja je toliko daleko od tradicionalnog razumijevanja "malog" da je teško zamisliti. Ovo je Planckova duljina - 10 puta (snagom 20) puta manja od promjera jezgre vodikovog atoma. Pretpostavlja se (ili, točnije, sumnja se) da se upravo na toj razini formira „pjena“prostora-vremena. Da biste razumjeli o kojoj vrijednosti govorimo, pogledajte ovu animaciju „Ljestvica svemira“na ovoj poveznici.
Pa ipak, o kojim dimenzijama govorimo? Duljina Plancka iznosi samo 1.616 x 10 (do -35 snage) metara. Može se izračunati jednadžbom koja uključuje tri cjelovite osnovne konstante - Planckovu konstantu (6,6261 x 10 (do snage -34)), brzinu svjetlosti u vakuumu (2,29979 x 10 (do snage 8) m / s) i gravitacijska konstanta (6.6738 x 10 (do snage-11)):
Max Planck prvi je put došao do ove nevjerojatne jedinice nakon što je radio na zračenju crnih tijela i kvantnoj mehanici. Vjerojatno ste čuli da je to najkraća moguća duljina.
Promotivni video:
Ovdje, kao u slučaju starogrčkog koncepta atoma, možete reći: "Naravno, ako imam određenu duljinu i podijelim ga na pola, a zatim ga ponavljam iznova i iznova, dobit ću sve manje i manje vrijednosti." Međutim, govorimo o ljestvici na kojoj fizika više nije sposobna raditi isto što i matematika. Jedan od najupečatljivijih primjera takvih nemogućnosti je kretanje superluminalnom brzinom. To jest, na papiru možete primijeniti silu na masu i ubrzati je brzinom svjetlosti i većom, ali znamo da je u prirodi to jednostavno fizički nemoguće, jer se masa predmeta (a samim tim i energija potrebna za njegovo ubrzanje) povećava bezgranično. Ispada da nismo u mogućnosti implementirati u stvarnosti sve što na papiru možemo učiniti.
Teorija struna predviđa postojanje struna koje čine sve elementarne čestice, upravo na dužini Planck / Universe Review.
Pa kako se tako mala količina uklapa u fiziku? Ako su dvije čestice razdvojene Planckovom dužinom ili čak manjom udaljenošću, tada je nemoguće odrediti položaje svake od njih. Štoviše, bilo kakvi učinci kvantne gravitacije na ovu ljestvicu (ako postoje) znanosti nisu poznati, budući da sam prostor nije pravilno definiran. U određenom smislu možemo reći da, čak i ako razvijemo metode mjerenja sposobne „gledati“u ove ljestvice, nikada ne bismo mogli izmjeriti ništa manje, bez obzira na daljnje poboljšanje naših metoda i opreme.
Prema standardnom kozmološkom modelu, svemir je nastao kao rezultat Velikog praska, koji je započeo na beskonačno gustoj točki. Posebno je zanimljivo da fizičari i kosmolozi nemaju ni najmanju ideju o tome koji su zakoni fizike prevladavali u Svemiru prije nego što je on premašio Planckovu duljinu, jer još uvijek ne postoji potvrđena teorija kvantne gravitacije. Ipak, ova se jedinica pokazala korisnom u mnogim različitim jednadžbama koje su pomogle u izračunavanju i istraživanju nekih najvažnijih misterija svemira.
Na primjer, Planckova duljina je ključna komponenta Bekenstein-Hawkingove jednadžbe za izračunavanje entropije crne rupe. Teoretičari struna smatraju da upravo na ovoj skali postoje "vibrirajuće" žice koje čine elementarne čestice Standardnog modela. Je li teorija struna istinita ili ne, jedno je sigurno: u potrazi za jedinstvenom teorijom svega, razumijevanje Planckove duljine i fizike povezane s njom igrat će ključnu ulogu.
Prvi trenuci postojanja Svemira u kozmologiji nazivaju se Planckovom erom / University of Illinois.
Što je s Planckovim vremenom? Ukratko, Planckovo vrijeme je vrijeme koje je potrebno da svjetlost u vakuumu prijeđe Planckovu dužinu. Stoga su ove dvije količine povezane. Zanimljivo je da su za proračun Planckova vremena potrebni Planckova konstanta, gravitacijska konstanta i brzina svjetlosti u vakuumu. Točna vrijednost Planckova vremena je 5.391 x 10 (do snage -44) sekundi, a izračunava se formulom:
Planckovo vrijeme naziva se i kvantom vremena - najmanjom vrijednošću vremena koja ima bilo koju stvarnu vrijednost. Manja vremena su besmislena. Vraćajući se teorijskim hipotezama, teoretičari stringova pretpostavljaju da žice veličine Plancka vibriraju frekvencijom koja odgovara Planckovom vremenu. Tijekom 2003. godine, analizirajući slike dubokog polja s Hubble teleskopa, neki su znanstvenici sugerirali da ako postoje fluktuacije prostora i vremena na Planckovoj ljestvici, tada bi slike vrlo udaljenih objekata bile mutne. Hubbleovi snimci, tvrdili su, bili su previše precizni, što bi, prema mišljenju stručnjaka, dovelo u pitanje koncept Planckove ljestvice. Ostali članovi znanstvene zajednice nisu se složili s ovom pretpostavkom, primjećujući,da bi takve fluktuacije bile premale da bi se primijetile. Pored toga, sugerirano je da se očekivano zamućenje ukloni velikom veličinom predmeta na slikama.
Hubble ultra duboko polje / NASA / ESA / R. THOMPSON.
Dakle, Planckova duljina i pridruženo Planckovo vrijeme određuju razmjere na kojima moderne fizičke teorije prestaju raditi. Sva prostorno-vremenska geometrija predviđena Općom teorijom relativnosti prestaje imati bilo kakvo značenje. Ove ljestvice pohranjuju još uvijek neotkrivenu teoriju koja objedinjuje opću relativnost i kvantnu mehaniku, koja u potpunosti može opisati zakone fizike. U stvari, upravo iz tog razloga moderni opisi razvoja Svemira započinju tek 5,391 x 10 (snagom od -44) sekunde nakon Velikog praska, kada je Svemir bio 1616 x 10 (do snage -35) metara.
Vladimir Guillen