În ultimii 100 de ani, fizicienii au construit teorii corecte și puternice despre univers, de la cel mai mic la cel mai mare. Cu toate acestea, există scale pe care toate aceste teorii nu funcționează și care dețin cele mai mari secrete despre legile naturii.
Suntem obișnuiți să trăim într-o lume cu lucruri mari, macroscopice. Tot ceea ce o persoană obișnuită întâlnește în timpul zilei - de la o ceașcă de cafea dimineața la o minge de foc imensă pe cer numită Soare - sunt lucruri pe care le putem vedea sau atinge. Cu toate acestea, chiar și în Grecia antică, filozofii, în special Democrit și profesorul său Leucippus, au sugerat că totul constă din cele mai mici particule indivizibile - atomi (traduse literal din greacă înseamnă „indivizibil”).
De-a lungul timpului, atomul a fost descoperit și apoi proprietatea sa că nu este deloc indivizibil, ci constă dintr-un nucleu și un electron care se rotește în jurul său. Apoi s-a dovedit că nucleul este format și din protoni și neutroni. Chiar mai târziu, au fost descoperite quarkuri, din care sunt compuși protonii și neutronii nucleilor atomici. Aceste particule minuscule sunt numite elementare. În plus față de quarkuri, printre particulele elementare sunt deja menționați electroni, bosoni, neutrini și fotoni. Toți aceștia sunt considerați aceleași „atomi” greci antici - indivizi.
În 1899 (în unele surse - în 1900), fizicianul german și fondatorul part-time al teoriei cuantice Max Planck a propus o măsură specială de măsură - unitățile Planck. Acestea sunt unități concepute pentru a simplifica anumite expresii algebrice găsite în fizica teoretică, în special în mecanica cuantică. Acestea includ unități fundamentale precum masa Planck, temperatura Planck, lungimea Planck și timpul Planck. În acest articol, vom lua în considerare lungimea Planck și timpul Planck și vom încerca să o facem în cel mai inteligibil mod, fără calcule matematice complicate (deși vom avea nevoie de câteva formule).
După cum știți deja, fizica este preocupată nu numai de studiul unor structuri cosmice uriașe, cum ar fi galaxii și nebuloase, ci și fenomene incredibil de mici la scară atomică și subatomică. Cu toate acestea, există o altă realitate pe o scară care este mult mai mică decât ceea ce știința a fost în măsură să studieze. La acest nivel, există o valoare care este cu mult dincolo de înțelegerea tradițională a „micului”, care este greu de imaginat. Aceasta este lungimea Planck - este de 10 (la puterea de 20) ori mai mică decât diametrul nucleului unui atom de hidrogen. Se presupune (sau, mai precis, se suspectează) că la acest nivel se formează „spuma” spațiului-timp. Pentru a înțelege despre ce valoare vorbim, puteți analiza animația „Scara Universului” de pe acest link.
Și totuși despre ce dimensiuni vorbim? Lungimea Planck este de numai 1.616 x 10 (până la -35 putere). Poate fi calculată folosind o ecuație care include trei constante fundamentale întregi - constanta lui Planck (6.6261 x 10 (la puterea de -34)), viteza luminii în vid (2.29979 x 10 (până la puterea de 8) m / s) și constanta gravitațională (6.6738 x 10 (la puterea-11)):
Max Planck a venit pentru prima dată la această unitate remarcabilă după ce a lucrat la radiații ale corpului negru și mecanică cuantică. Probabil ați auzit că aceasta este cea mai scurtă lungime posibilă.
Video promotional:
Aici, ca în cazul conceptului grec antic al atomului, puteți spune: „Desigur, dacă am o anumită lungime și o împart în jumătate, apoi o repet din nou și din nou, voi obține valori din ce în ce mai mici”. Cu toate acestea, vorbim despre o scară la care fizica nu mai este capabilă să facă la fel ca matematica. Unul dintre cele mai frapante exemple de astfel de imposibilități este mișcarea cu viteză superluminală. Adică, pe hârtie, puteți aplica forța pe masă și o puteți accelera la viteza luminii și mai mare, dar știm că, în natură, acest lucru este pur și simplu imposibil din punct de vedere fizic, deoarece masa unui obiect (și, prin urmare, energia necesară pentru a o accelera) crește la infinit. Se dovedește că nu suntem capabili să implementăm în realitate tot ceea ce putem face pe hârtie.
Teoria șirurilor prezice existența șirurilor care alcătuiesc toate particulele elementare, exact la lungimea Planck / revizuirea Universului.
Deci, cum se încadrează o cantitate atât de mică în fizică? Dacă două particule sunt separate printr-o lungime Planck sau chiar mai puțin distanță, atunci este imposibil să se determine pozițiile fiecăreia dintre ele. Mai mult decât atât, orice efecte ale gravitației cuantice pe această scară (dacă există) sunt necunoscute științei, deoarece spațiul în sine nu este definit în mod corespunzător. Într-un anumit sens, putem spune că, chiar dacă am dezvoltat metode de măsurare capabile să „privească” în aceste scale, nu am putea niciodată să măsurăm nimic mai puțin, indiferent de îmbunătățirea suplimentară a metodelor și echipamentelor noastre.
Conform modelului cosmologic standard, universul s-a născut ca urmare a Big Bang-ului, care a început într-un punct infinit de dens. Este deosebit de interesant faptul că fizicienii și cosmologii nu au nici cea mai mică idee care legile fizicii au predominat în Univers înainte de a depăși dimensiunea planck, deoarece încă nu există o teorie confirmată a gravitației cuantice. Cu toate acestea, această unitate s-a dovedit utilă în multe ecuații diferite, care au contribuit la calcularea și investigarea unora dintre cele mai importante mistere ale universului.
De exemplu, lungimea Planck este o componentă cheie în ecuația Bekenstein-Hawking pentru calcularea entropiei unei găuri negre. Teoreticienii cu șiruri consideră că pe această scară există șiruri „vibrante” care alcătuiesc particulele elementare ale modelului standard. Dacă teoria șirurilor este corectă sau nu, un lucru este sigur: în căutarea unei teorii unificate despre tot, înțelegerea lungimii Planck și a fizicii asociate acesteia vor juca un rol esențial.
Primele momente ale existenței Universului în cosmologie sunt denumite era Planck / Universitatea din Illinois.
Cum rămâne cu timpul Planck? Pe scurt, timpul Planck este timpul necesar pentru ca lumina în vid să parcurgă lungimea Planck. În consecință, aceste două cantități sunt legate. Este curios că pentru a calcula timpul Planck, constanta Planck, constanta gravitațională și viteza luminii în vid sunt necesare. Valoarea exactă a timpului Planck este 5.391 x 10 (până la puterea de -44) secunde și se calculează după formula:
Timpul Planck se mai numește cantitatea de timp - cea mai mică valoare a timpului care are orice valoare reală. Timpurile mai mici sunt lipsite de sens. Revenind la ipoteze teoretice, teoreticienii de string presupun că șirurile de dimensiuni Planck vibrează la o frecvență corespunzătoare timpului Planck. În 2003, când au analizat imagini ale câmpului adânc de la telescopul Hubble, unii oameni de știință au sugerat că dacă fluctuațiile spațiu-timpului ar fi prezente pe scara Planck, atunci imaginile cu obiecte foarte îndepărtate ar fi încețoșate. Au argumentat că imaginile Hubble erau prea precise, ceea ce, potrivit experților, a pus în discuție conceptul de scară Planck. Alți membri ai comunității științifice nu au fost de acord cu această presupunere, remarcând,că astfel de fluctuații ar fi prea mici pentru a fi observate. În plus, s-a sugerat ca estomparea preconizată să fie înlăturată de mărimea mare a obiectelor din imagini.
Hubble Ultra-Deep Field / NASA / ESA / R. THOMPSON.
Deci, lungimea Planck și timpul Planck asociat determină scara la care teoriile fizice moderne încetează să funcționeze. Toată geometria spațiu-timp prevăzută de teoria generală a relativității nu mai are niciun sens. Aceste scale păstrează o teorie încă nedescoperită care unește Relativitatea generală și mecanica cuantică, care poate descrie cel mai complet legile fizicii. De fapt, din acest motiv, descrierile moderne ale dezvoltării Universului încep doar 5.391 x 10 (până la puterea de -44) secunde după Big Bang, când Universul avea 1.616 x 10 (până la puterea de -35) metri.
Vladimir Guillen
