Per pastaruosius 100 metų fizikai sukūrė tikslias ir galingas teorijas apie visatą, nuo mažiausios iki didžiausios. Tačiau yra skalių, kuriose visos šios teorijos neveikia ir kurios slepia didžiausias gamtos dėsnių paslaptis.
Mes įpratę gyventi didelių, makroskopinių dalykų pasaulyje. Viskas, ką dienos metu susiduria paprastas žmogus - nuo kavos puodelio ryte iki didžiulio ugnies kamuolio danguje, vadinamame saule, yra dalykai, kuriuos galime pamatyti arba paliesti. Tačiau net senovės Graikijoje filosofai, ypač Demokritas ir jo mokytojas Leucippus, pasiūlė, kad viskas susideda iš mažiausių nedalomų dalelių - atomų (pažodžiui iš graikų kalbos išvertus reiškia „nedalomas“).
- „Salik.biz“
Laikui bėgant atomas buvo atrastas, o vėliau jo savybė, kad jis visiškai nedalomas, bet susideda iš branduolio ir aplink jį besisukančio elektrono. Tada paaiškėjo, kad branduolį taip pat sudaro protonai ir neutronai. Dar vėliau buvo atrasti kvarkai, iš kurių sudaryti atomų branduolių protonai ir neutronai. Šios mažytės dalelės vadinamos elementariomis. Be kvarkų, tarp elementariųjų dalelių jau minimi elektronai, bozonai, neutrinai ir fotonai. Visi jie laikomi tais pačiais senovės graikų „atomais“- nedalomais.
1899 m. (Kai kuriuose šaltiniuose - 1900 m.) Vokiečių fizikas ir ne visą darbo dieną dirbantis kvantų teorijos įkūrėjas Maxas Planckas pasiūlė specialų matavimo įrankį - Plancko vienetus. Tai vienetai, skirti supaprastinti tam tikras algebrines išraiškas, randamas teorinėje fizikoje, ypač kvantinėje mechanikoje. Tai apima tokius pagrindinius vienetus kaip Plancko masė, Plancko temperatūra, Plancko ilgis ir Plancko laikas. Šiame straipsnyje mes apsvarstysime Plancko ilgį ir Plancko laiką ir bandysime tai padaryti suprantamiausiu būdu, be sudėtingų matematinių skaičiavimų (nors mums reikės tam tikrų formulių).
Kaip jau žinote, fizikai rūpi ne tik didžiulės kosminės struktūros, tokios kaip galaktikos ir ūkai, bet ir neįtikėtinai maži reiškiniai atominėje ir subatominėje masteliuose. Tačiau yra ir kita tikrovė masteliu, kuri yra daug mažesnė už tai, ką sugebėjo išstudijuoti mokslas. Šiame lygmenyje egzistuoja vertybė, kuri peržengia tradicinį „mažųjų“supratimą, kad yra sunkiai įsivaizduojama. Tai yra Plancko ilgis - jis yra 10 (iki 20 galios) kartų mažesnis už vandenilio atomo branduolio skersmenį. Manoma (arba, tiksliau, įtariama), kad būtent šiame lygmenyje susidaro erdvės-laiko „putos“. Norėdami suprasti, apie kokią vertę mes kalbame, galite peržiūrėti animaciją „Visatos mastelis“, pateikdami šią nuorodą.
Ir vis dėlto apie kokius aspektus mes kalbame? „Planck“ilgis yra tik 1,616 x 10 (iki -35 galios) metrų. Jį galima apskaičiuoti naudojant lygtį, į kurią įeina trys visos pagrindinės konstantos - Plancko konstanta (6,6261 x 10 (iki -34 galios)), šviesos greitis vakuume (2,29979 x 10 (iki 8 galios) m / s). ir gravitacijos konstanta (6,66738 x 10 (iki galios-11)):
Maxas Planckas pirmą kartą atėjo į šį puikų vienetą, dirbdamas su juodojo kūno radiacija ir kvantine mechanika. Jūs tikriausiai girdėjote, kad tai yra trumpiausias įmanomas ilgis.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Čia, kaip ir senovės graikų atomo sampratos atveju, galima sakyti: „Žinoma, jei turėsiu tam tikrą ilgį ir padalinsiu jį per pusę, o paskui vėl ir vėl tai pakartosiu, gausiu mažesnių ir mažesnių reikšmių“. Tačiau mes kalbame apie skalę, kurioje fizika nebegali atlikti to paties, kaip matematika. Vienas ryškiausių tokių negalimybių pavyzdžių yra judėjimas superluminaliu greičiu. Tai yra, popieriuje jūs galite pritaikyti jėgą masei ir pagreitinti ją šviesos ir didesniu greičiu, tačiau mes žinome, kad gamtoje tai yra tiesiog fiziškai neįmanoma, nes objekto masė (taigi ir energija, reikalinga jai pagreitinti) didėja be galo. Pasirodo, mes nesugebame realybėje įgyvendinti visko, ką galime padaryti popieriuje.
Styginių teorija numato stygų, kurios sudaro visas elementarias daleles, egzistavimą būtent „Planck“ilgio / Visatos apžvalgoje.
Taigi kaip toks mažas kiekis tinka fizikai? Jei dvi daleles atskiria Plancko ilgis ar dar mažesnis atstumas, neįmanoma nustatyti kiekvienos iš jų padėties. Be to, bet koks šios skalės kvantinės gravitacijos poveikis (jei toks yra) yra nežinomas mokslui, nes pati erdvė nėra tinkamai apibrėžta. Tam tikra prasme galime pasakyti, kad net sukūrę matavimo metodus, galinčius „pažvelgti“į šias skales, niekada negalėtume išmatuoti nieko mažiau, nepaisant to, kad toliau tobulinsime savo metodus ir įrangą.
Pagal standartinį kosmologinį modelį Visata gimė dėl Didžiojo sprogimo, kuris prasidėjo be galo tankiu tašku. Ypač įdomu tai, kad fizikai ir kosmologai neturi nė menkiausio supratimo, kokie fizikos dėsniai vyravo Visatoje, kol ji viršijo Planko ilgį, nes vis dar nėra patvirtintos kvantinės gravitacijos teorijos. Nepaisant to, šis vienetas pasirodė esąs naudingas daugelyje skirtingų lygčių, kurios padėjo apskaičiuoti ir ištirti keletą svarbiausių visatos paslapčių.
Pavyzdžiui, Plancko ilgis yra pagrindinis Bekenšteino-Hawkingo lygties komponentas apskaičiuojant juodosios skylės entropiją. Styginių teoretikų manymu, būtent tokiu mastu yra „vibruojančios“stygos, sudarančios elementarias standartinio modelio daleles. Nesvarbu, ar styginių teorija yra tiesa, ar ne, aišku viena: ieškant vieningos visko teorijos, svarbiausią vaidmenį supras Plancko ilgis ir su ja susijusi fizika.
Pirmieji Visatos egzistavimo kosmologijoje momentai yra vadinami Plancko era / Ilinojaus universitetas.
O kaip su Plancko laiku? Trumpai tariant, Plancko laikas yra laikas, per kurį šviesa vakuume gali nuvažiuoti Plancko ilgį. Taigi šie du kiekiai yra susiję. Įdomu, kad norint apskaičiuoti Plancko laiką, reikalinga Plancko konstanta, gravitacinė konstanta ir šviesos greitis vakuume. Tiksli Planko laiko vertė yra 5 391 x 10 (iki -44 galios) sekundžių, ir ji apskaičiuojama pagal formulę:
Planko laikas taip pat vadinamas laiko kvantu - mažiausia laiko reikšme, kuri turi bet kokią tikrąją vertę. Mažesni laikai neturi prasmės. Grįždami prie teorinių hipotezių, styginių teoretikai daro prielaidą, kad Plancko dydžio stygos vibruoja tokiu dažniu, kuris atitinka Plancko laiką. 2003 m. Analizuodami „Hablo“teleskopo giluminio lauko vaizdus, kai kurie mokslininkai pasiūlė, kad jei Planko skalėje būtų erdvės ir laiko svyravimai, labai tolimų objektų vaizdai būtų neryškūs. Jų teigimu, Hablo vaizdai buvo pernelyg tikslūs, o tai, pasak ekspertų, suabejojo Plancko skalės koncepcija. Kiti mokslo bendruomenės nariai nesutiko su šia prielaida, pažymėdami:kad tokie svyravimai būtų per maži, kad būtų galima pastebėti. Be to, buvo pasiūlyta, kad tikėtiną neryškumą pašalintų didelis vaizdų objektų dydis.
Hablo ypatingai gilus laukas / NASA / ESA / R THOMPSONAS.
Taigi Planko ilgis ir su juo susijęs Plancko laikas lemia, kokiu mastu šiuolaikinės fizinės teorijos nustoja veikti. Visa erdvės ir laiko geometrija, numatoma bendrosios reliatyvumo teorijos, netenka jokios prasmės. Šiose skalėse saugoma dar neatrasta teorija, vienijanti bendrąjį reliatyvumą ir kvantinę mechaniką, kuri gali išsamiausiai apibūdinti fizikos dėsnius. Tiesą sakant, būtent dėl šios priežasties šiuolaikiniai Visatos raidos aprašymai prasideda tik 5 391 x 10 (iki -44 galios) sekundžių po Didžiojo sprogimo, kai Visata buvo 1,616 x 10 (iki -35 galios) metrų.
Vladimiras Guillenas