Планковские единицы

Планковские величины

Макс Планк по праву считается великим физиком. Он стал основателем квантовой физики, работал в области термодинамики, поддерживал и разрабатывал специальную теорию относительности Эйнштейна. Фундаментальные величины, которыми пользуются ныне, тоже его заслуга. Постоянная Планка, открытие квантов и ещё много иных научных достижений привели учёного к закономерному итогу – Нобелевской премии. Занятия наукой не мешали ему быть человеком остроумным. Например, он всерьёз доказывал, что у чайной чашки есть две ручки, но они развёрнуты на 360о. А его замечание о том, что торжество истины приходит по мере вымирания её противников, так близко пониманию многих.

Планковская эпоха

С именем Планка связаны многие величины и законы. В частности, физическая космология называет его именем эпоху самого раннего периода истории наблюдаемой нами Вселенной. Этот непродолжительный период, по теоретическим предположениям, продолжался в течение планковского времени, имеющего значение от 0 до 10-43 секунд. В эту эпоху – около 13,8 млрд. лет назад – всё вещество Вселенной обладало энергией порядка 1019 ГэВ и было сосредоточено в одной точке. Радиус этой точки имел значение ~10−35 м, плотность ~1097 кг/м3, а температура ~1032 К. Поскольку размеры Вселенной были исключительно малы, случилось преобладание квантовых эффектов гравитации над физическими взаимодействиями. Невероятные значения температуры и плотности делали вещество неустойчивым. Произошло нарушение симметрии, что привело к проявлению фундаментальных сил – гравитационное воздействие отделилось от других фундаментальных взаимодействий.

Планковские величины

Таковыми считаются фундаментальные физические масштабы различных величин – массы, длины, температуры, времени и некоторых других. Они определяются в качестве единиц планковской системы, которая базируется на физических постоянных:

  • Скорость света;
  • Гравитационная постоянная;
  • Постоянная Планка;
  • Постоянная Больцмана.

Эти величины были обнародованы Планком 18 мая 1899 года в докладе. Учёный предложил систему «естественных единиц измерений», которая была основана на четырёх универсальных постоянных Природы. Но современные значения эти величины обрели в 1906 году в опубликованной «Теории теплового излучения».

Планковская длина. В Международной системе единиц (СИ) значение такого параметра определено примерно в 1,6 . 10-35 м. В эту естественную единицу вошли фундаментальные константы: скорость света, постоянная Планка, гравитационная постоянная. Наблюдаемая Вселенная имеет приблизительный радиус, равный 4,6 . 1061 планковских длин. Измерение объектов с точностью, превосходящей длину системы единиц Планка, невозможно, поэтому представления о пространстве на меньших расстояниях неприменимы. По такой же причине нереально обнаружить дополнительные измерения, которые наличествуют в теории струн, так как они свёрнуты до параметров таких длин. Планковская длина считается предельным значением расстояния. Ниже этого предела само понятие длины перестаёт существовать, впрочем, как и пространство.

Планковское время. Эта единица имеет размерность времени и состоит из произведения фундаментальных констант. В физическом смысле – это время, необходимое частице, двигающейся со скоростью света, на преодоление планковской длины. Результатом Большого взрыва стало расширение пространства-времени из бесконечно малой точки. По прошествии одной такой единицы времени, гравитационные силы начинают отделяться от всех остальных сил. То время, что прошло после Большого взрыва, определяется в параметре 4,3 . 1017 с, что равно 8 . 1060 планковских времён. На нынешний момент минимальный отрезок времени, доступный наблюдению, составил около аттосекунды, или 1026 величин времени Планка.

Планковская температура. Для современной физической теории невозможна величина температуры выше планковского значения. При параметрах больших энергия частиц увеличивается так сильно, что гравитационные силы, связывающие их, сравниваются с остальными взаимодействиями. Такую температуру имела Вселенная в планковское время после Большого взрыва. Значение её непредставимо – 1,41679(11) . 1032 К (141 нониллион 679 октиллионов кельвинов).

Планковская масса. Эта величина выделяется из других единиц Планка тем, что масштаб её более понятен. Поскольку значение её 2,176 . 10-8 кг (дли физики элементарных частиц – 2,43 . 1018 ГэВ/с2), она подходит для взвешивания ощутимых объектов. Например, блоха будет иметь массу в пределах от 4000 до 5000 планковских масс. Предложена гипотетическая частица, наделённая подобной массой – максимон. Такие частицы могут обладать электрическим зарядом, а могут оставаться нейтральными. Внутренняя температура их может быть предельно большой, или же они могут оставаться холодными. Панковская масса — величина минимальной массы чёрной дыры или максимально тяжелой элементарной частицы.

Планковский заряд. Эта единица является одной из основных в планковской системе. Она выражается количеством электрического заряда, который определён терминами фундаментальных констант. Значение этой единицы 1,87554 . 10-18 кулон. Этот заряд по модулю превышает заряд электрона примерно в 11,706 раза.

Планковская плотность. За единицу плотности в этой системе принята плотность Вселенной по завершении планковской эпохи после Большого взрыва. Величина этого параметра огромна. Она сопоставима с 1023 масс Солнца, которые сжали в пространстве до размера ядра атома. Это значение является предельной плотностью для материи.

Постоянная Планка

Постоянная (квант действия) считается основной константой квантовой теории. Она является коэффициентом, связывающим количество энергии кванта электромагнитного излучения и его частоту. Это же справедливо для любых линейных колебательных физических систем и их частот. Параметр этой постоянной переопределён в 2011 году, и теперь она имеет значение 6,62606Х . 10-34 Дж.с. Символ «Х» поставлен вместо одной или нескольких значимых цифр, которые определятся в дальнейшем с большей точностью. Предназначением постоянной Планка является связывание двух систем единиц – квантовой и традиционной.

Планковские чёрные дыры

Этот тип чёрной дыры пока гипотетичен, но если они существуют, минимальная масса их должна быть равна планковской массе. Этот объект соответствует предполагаемому максимону, частице с такой же массой. Вероятно, что эта гипотетическая чёрная дыра – конечный продукт жизни обычной чёрной дыры. Она должна быть стабильна и не иметь излучения Хокинга. Плотность такого объекта будет выражаться значением порядка 1094 кг/м3 . Такие масштабы физики станет описывать квантовая гравитация, если учёные смогут разработать надлежащие теории.

На границе XX и XXI веков началась революция перехода метрологии в квантовую стадию. Она не в полном объёме основана на планковской системе, но всё-таки стоит на её фундаменте. Именно планковские единицы являются определяющими для применения современных физических теорий. Вдумываясь в значения планковских величин, невольно пытаешься представить эти невероятные массы и расстояния, плотности и время. Это очень сложно, практически нереально, но желание проникнуть в тайны природы всегда озаряло человеческую мысль…

ПОДЕЛИТЬСЯ