Padaliję materiją Visatoje į mažesnes ir mažesnes sudedamąsias dalis, susidursite su pagrindine ir nedaloma dalele. Visi makroskopiniai objektai gali būti suskirstyti į molekules, net atomus, tada elektronus (kurie yra pagrindiniai) ir branduolius, tada į protonus ir neutronus, o galiausiai jų viduje bus kvarkai ir gluonai. Elektronai, kvarkai ir gluonai yra pagrindinių dalelių, kurių negalima toliau atskirti, pavyzdžiai. Tačiau kaip įmanoma, kad laikas ir erdvė patiria tuos pačius apribojimus? Kodėl iš viso egzistuoja „Planck“vertybės, kurių negalima toliau dalinti?
Norint suprasti, iš kur kyla Plancko kiekis, verta pradėti nuo dviejų kolonų, valdančių tikrovę: bendrojo reliatyvumo ir kvantinės fizikos.
- „Salik.biz“
Bendrasis reliatyvumas jungia materiją ir energiją, egzistuojančią Visatoje, su erdvės laiko audinio kreivumu ir deformacija. Kvantinė fizika apibūdina, kaip įvairios dalelės ir laukai sąveikauja tarpusavyje erdvės laiko struktūroje, taip pat ir labai mažu mastu. Yra dvi pagrindinės fizinės konstantos, turinčios reikšmės bendrajam reliatyvumui: G yra Visatos gravitacinė konstanta, o c - šviesos greitis. G atsiranda todėl, kad jis nustato erdvės ir laiko deformacijos, esant medžiagai ir energijai, rodiklį; c - nes ši gravitacinė sąveika plinta erdvės metu šviesos greičiu.
Kvantinėje mechanikoje taip pat atsiranda dvi pagrindinės konstantos: c ir h, kur pastaroji yra Plancko konstanta. c - tai visų dalelių greičio apribojimas, greitis, kuriuo visos judesio neturinčios dalelės turi judėti, ir didžiausias greitis, kuriuo bet kokia sąveika gali sklisti. Plancko konstanta buvo nepaprastai svarbi apibūdinant, kaip kvantuojami (skaičiuojami) kvantiniai energijos lygiai, dalelių sąveika ir visos galimos įvykių baigtys. Aplink protoną besisukantis elektronas gali turėti bet kokį energijos lygį, tačiau visi jie atsiranda atskirais žingsniais, o šių žingsnių dydis nustatomas h.
Sujunkite šias tris konstantas - G, c ir h - ir galėsite naudoti skirtingas jų kombinacijas, kad sudarytumėte ilgio, masės ir laiko skalę. Jie yra atitinkamai žinomi kaip Plancko ilgis, Plancko masė ir Plancko laikas. (Galima nurodyti kitus kiekius, pvz., Plancko energiją, Plancko temperatūrą ir pan.). Visa tai iš esmės yra ilgio, masės ir laiko skalė, kurioje - nesant jokios kitos informacijos - kvantiniai efektai bus reikšmingi. Yra rimtų priežasčių manyti, kad taip yra, ir gana lengva suprasti, kodėl taip yra.
Įsivaizduokite, kad turite tam tikros masės dalelę. Jūs užduodate klausimą: „Jei mano dalelė turėjo tokią masę, kokia maža ji turėtų būti suspausta, kad joje būtų juodoji skylė?“Taip pat galite paklausti: „Jei aš turėčiau tam tikro dydžio juodąją skylę, kiek laiko prireiktų, kad dalelė, judanti šviesos greičiu, įveiktų tokio dydžio atstumą?“Plancko masė, Plancko ilgis ir Plancko laikas tiksliai atitinka šiuos dydžius: juodoji skylė su Plancko mase bus Plancko ilgio ir keisis šviesos greičiu Plancko metu.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tačiau Plancko masė yra daug, daug masyvesnė už bet kokias daleles, kurias mes kada nors sukūrėme; jis yra 10 (19 galios) kartų sunkesnis už protoną! Planko ilgis taip pat yra 10 (14 galios) kartų mažesnis už bet kokį atstumą, kurį mes kada nors girdėjome, o Plancko laikas yra 10 (25 galios) kartų mažesnis nei bet kurio tiesiogiai išmatuoto. Šios skalės niekada nebuvo tiesiogiai mums prieinamos, tačiau jos yra svarbios dėl kitos priežasties: Planko energija (kurią galite gauti įdėdami Plancko masę į E = mc2) yra skalė, kurioje kvantiniai gravitaciniai efektai pradeda įgyti reikšmingumą.
Tai reiškia, kad esant tokio masto energijai - arba laiko skalės, trumpesnės nei Plancko laikas, arba ilgio skalės, mažesnės už Plancko ilgį, reikia pažeisti mūsų dabartinius fizikos įstatymus. Atsiranda kvantinės gravitacijos poveikis, o bendrosios reliatyvumo prognozės nebėra patikimos. Erdvės kreivė tampa labai didelė, o tai reiškia, kad „fonas“, kurį naudojame skaičiuodami kvantinius kiekius, taip pat nustoja būti patikimi. Energijos ir laiko neapibrėžtumas reiškia, kad neapibrėžtys tampa didesni nei vertės, kurias mes žinome, kaip apskaičiuoti. Žodžiu, fizika, prie kurios esame įpratę, nebeveikia.
Tai nėra mūsų visatos problema. Šios energijos skalės yra 10 (15 laipsnių) kartų didesnės nei tos, kurias gali pasiekti Didysis hadronų kolideris, ir 100 000 000 kartų didesnės už pačias visatą sukuriamas energetines daleles (didelės energijos kosminius spindulius), ir net 10 000 kartų didesnis nei rodikliai, kuriuos Visata pasiekė iškart po Didžiojo sprogimo. Bet jei norėtume ištirti šias ribas, yra viena vieta, kur jos gali būti svarbios: išskirtinumai, esantys juodųjų skylių centruose.
Šiose vietose masės, žymiai viršijančios Plancko masę, yra suspaudžiamos iki dydžio, teoriškai mažesnio už Plancko ilgį. Jei Visatoje yra vieta, kur mes sujungiame visas linijas į vieną ir pereiname į „Planck“režimą, tai yra ji. Šiandien negalime jo pasiekti, nes jį užstoja juodosios skylės įvykių horizontas ir jis yra neprieinamas. Bet jei mes esame pakankamai kantrūs - ir tai reikalauja daug kantrybės - Visata suteiks mums tokią galimybę.
Matote, laikui bėgant juodosios skylės pamažu nyksta. Kvantinio lauko teorijos integracija į kreivą bendrojo reliatyvumo erdvės laiką reiškia, kad erdvėje, esančioje už įvykio horizonto, sklinda nedidelis kiekis radiacijos, o energija šiai radiacijai gaunama iš juodosios skylės masės. Laikui bėgant juodosios skylės masė mažėja, įvykio horizontas susitraukia, o po 10 (iki 67-osios galios) metų saulės masės juodoji skylė visiškai išgaruos. Jei mums būtų prieinama visa radiacija, kuri paliko juodąją skylę, įskaitant paskutinius jos egzistavimo momentus, be abejo, galėtume sudaryti visus kvantinius efektus, kurių mūsų geriausios teorijos nenumatė.
Visiškai nebūtina, kad vietos negalima padalyti į dar mažesnius vienetus nei Planko ilgis, ir kad laikas negali būti padalytas į mažesnius vienetus nei Planko laikas. Mes tiesiog žinome, kad mūsų visatos aprašymas, įskaitant fizikos įstatymus, negali peržengti šių skalių. Ar kosmosą galima išmatuoti? Ar laikas teka nuolat? O ką mes darome dėl to, kad visos žinomos pagrindinės visatos dalelės turi masę, daug mažiau nei Plancko? Į šiuos klausimus fizikoje nėra atsakymų. Planko skalės nėra tokios pagrindinės ribojant visatą, kaip mūsų supratimas apie visatą. Taigi mes ir toliau eksperimentuojame. Galbūt, kai turėsime daugiau žinių, gausime atsakymus į visus klausimus. Dar ne.
ILYA KHEL