Selama 100 tahun yang lalu, ahli fizik telah membina teori yang tepat dan kuat mengenai alam semesta, dari yang paling kecil hingga yang terbesar. Namun, ada skala di mana semua teori ini tidak berfungsi dan yang menyimpan rahsia terbesar mengenai undang-undang alam.
Kita terbiasa hidup di dunia yang besar, makroskopik. Segala sesuatu yang ditemui oleh orang biasa pada siang hari - dari secawan kopi pada waktu pagi hingga bola api besar di langit yang disebut Matahari - adalah perkara yang dapat kita lihat atau sentuh. Namun, walaupun di Yunani kuno, ahli falsafah, khususnya Democritus dan gurunya Leucippus, mencadangkan bahawa semuanya terdiri daripada zarah-zarah yang tidak dapat dipisahkan terkecil - atom (secara harfiah diterjemahkan dari bahasa Yunani bermaksud "tidak dapat dipisahkan").
Lama kelamaan, atom itu ditemui, dan kemudian sifatnya sama sekali tidak dapat dipisahkan, tetapi terdiri daripada inti dan elektron yang berputar di sekelilingnya. Kemudian ternyata bahawa inti juga terdiri daripada proton dan neutron. Bahkan kemudian, quark ditemui, yang terdiri daripada proton dan neutron inti atom. Zarah-zarah kecil ini disebut unsur. Sebagai tambahan kepada quark, di antara zarah unsur terdapat elektron, boson, neutrino dan foton yang telah disebutkan. Kesemuanya dianggap sebagai "atom" Yunani kuno yang sama - tidak dapat dipisahkan.
Pada tahun 1899 (dalam beberapa sumber - pada tahun 1900), ahli fizik Jerman dan pengasas sambilan teori kuantum Max Planck mencadangkan ukuran khas pengukuran - unit Planck. Ini adalah unit yang dirancang untuk mempermudah ungkapan algebra tertentu yang terdapat dalam fizik teori, khususnya dalam mekanik kuantum. Ini termasuk unit asas seperti jisim Planck, suhu Planck, panjang Planck, dan masa Planck. Dalam artikel ini, kita akan mempertimbangkan panjang Planck dan masa Planck dan mencuba untuk melakukannya dengan cara yang paling difahami, tanpa pengiraan matematik yang rumit (walaupun kita memerlukan beberapa formula).
Seperti yang sudah anda ketahui, fizik tidak hanya berkaitan dengan kajian struktur kosmik besar seperti galaksi dan nebula, tetapi juga fenomena yang sangat kecil pada skala atom dan subatom. Namun, ada kenyataan lain dalam skala yang jauh lebih kecil daripada apa yang dapat dipelajari oleh sains. Pada tahap ini, ada nilai yang jauh melebihi pemahaman tradisional tentang "kecil" yang sukar dibayangkan. Ini adalah panjang Planck - ia adalah 10 (dengan kekuatan 20) kali lebih kecil daripada diameter nukleus atom hidrogen. Diasumsikan (atau, lebih tepatnya, dicurigai) bahawa pada tahap inilah "busa" ruang-waktu terbentuk. Untuk memahami apa nilai yang kita bicarakan, anda boleh melihat animasi "Skala Alam Semesta" di pautan ini.
Namun apa dimensi yang kita bicarakan? Panjang Planck hanya 1.616 x 10 (hingga -35 kuasa) meter. Ia dapat dikira dengan menggunakan persamaan yang merangkumi tiga pemalar asas keseluruhan - pemalar Planck (6,6261 x 10 (dengan kekuatan -34)), kelajuan cahaya dalam vakum (2.29979 x 10 (dengan kekuatan 8) m / s) dan pemalar graviti (6,6738 x 10 (hingga daya-11)):
Max Planck pertama kali datang ke unit luar biasa ini setelah mengerjakan radiasi badan hitam dan mekanik kuantum. Anda mungkin pernah mendengar bahawa ini adalah yang paling pendek.
Video promosi:
Di sini, seperti dalam konsep atom Yunani kuno, anda boleh mengatakan: "Sudah tentu, jika saya mempunyai panjang tertentu dan saya membelahnya menjadi dua, dan kemudian mengulanginya berulang kali, saya akan mendapat nilai yang lebih kecil dan lebih kecil." Walau bagaimanapun, kita bercakap mengenai skala di mana fizik tidak lagi mampu melakukan perkara yang sama seperti matematik. Salah satu contoh yang sangat mustahil dari kemustahilan seperti itu adalah pergerakan dengan kepantasan superluminal. Maksudnya, di atas kertas, anda dapat memberikan kekuatan pada jisim dan mempercepatnya dengan kecepatan cahaya dan lebih tinggi, tetapi kita tahu bahawa secara semula jadi ini mustahil secara fizikal, kerana jisim objek (dan oleh itu tenaga yang diperlukan untuk mempercepatnya) meningkat tanpa batas. Ternyata kita tidak dapat melaksanakan secara realiti segala yang dapat kita lakukan di atas kertas.
Teori tali meramalkan adanya tali yang membentuk semua zarah unsur, tepat pada Planck length / Universe Review.
Jadi bagaimana kuantiti sebilangan kecil sesuai dengan fizik? Sekiranya dua zarah dipisahkan dengan panjang Planck atau jarak yang lebih sedikit, maka mustahil untuk menentukan kedudukan masing-masing. Lebih-lebih lagi, kesan graviti kuantum pada skala ini (jika ada) tidak diketahui oleh sains, kerana di sana ruang itu sendiri tidak ditentukan dengan tepat. Dalam arti tertentu, kita dapat mengatakan bahawa walaupun kita mengembangkan kaedah pengukuran yang mampu "melihat" ke dalam skala ini, kita tidak akan dapat mengukur apa-apa yang kurang, tanpa mengira peningkatan kaedah dan peralatan kita.
Menurut model kosmologi standard, alam semesta dilahirkan sebagai hasil dari Big Bang, yang bermula pada titik yang sangat padat. Sangat menarik bahawa ahli fizik dan ahli kosmologi tidak sedikitpun mengetahui undang-undang fisika yang berlaku di Alam Semesta sebelum melebihi ukuran Planck, kerana masih belum ada teori gravitasi kuantum yang disahkan. Walaupun begitu, unit ini terbukti berguna dalam banyak persamaan yang berbeza yang telah membantu mengira dan menyelidiki beberapa misteri alam semesta yang paling penting.
Sebagai contoh, panjang Planck adalah komponen utama dalam persamaan Bekenstein-Hawking untuk mengira entropi lubang hitam. Ahli teori tali percaya bahawa pada skala ini terdapat rentetan "bergetar" yang membentuk zarah asas Model Piawai. Sama ada teori rentetan benar atau tidak, satu perkara pasti: dalam mencari teori penyatuan semuanya, memahami panjang lebar Planck dan fizik yang berkaitan dengannya akan memainkan peranan penting.
Momen pertama kewujudan Alam Semesta dalam kosmologi disebut era Planck / Universiti Illinois.
Bagaimana dengan masa Planck? Ringkasnya, waktu Planck adalah masa yang diperlukan untuk cahaya dalam ruang hampa untuk menempuh panjang Planck. Oleh itu, kedua-dua kuantiti ini saling berkaitan. Sangat ingin tahu bahawa untuk mengira masa Planck, pemalar Planck, pemalar graviti dan kelajuan cahaya dalam vakum diperlukan. Nilai tepat masa Planck adalah 5.391 x 10 (dengan kekuatan -44) saat, dan dikira dengan formula:
Waktu Planck juga disebut kuantum masa - nilai masa terkecil yang mempunyai nilai sebenarnya. Masa yang lebih kecil tidak bermakna. Kembali ke hipotesis teori, ahli teori tali menganggap bahawa rentetan berukuran Planck bergetar pada frekuensi yang sesuai dengan waktu Planck. Pada tahun 2003, ketika menganalisis gambar Deep Field dari teleskop Hubble, beberapa saintis mencadangkan bahawa jika fluktuasi ruang-waktu hadir pada skala Planck, maka gambar objek yang sangat jauh akan kabur. Gambar Hubble, menurut mereka, terlalu tepat, yang menurut para pakar, mempertanyakan konsep skala Planck. Anggota komuniti saintifik yang lain tidak bersetuju dengan anggapan ini, dengan menyatakan,bahawa turun naik seperti itu terlalu kecil untuk diperhatikan. Selain itu, disarankan agar kabur yang diharapkan dapat dihapus dengan ukuran besar objek dalam gambar.
Medan Ultra Hubble Hubble / NASA / ESA / R. THOMPSON.
Jadi, panjang Planck dan masa Planck yang berkaitan menentukan skala di mana teori fizikal moden berhenti berfungsi. Semua geometri ruang-waktu yang diramalkan oleh teori relativiti Umum tidak lagi mempunyai makna. Timbangan ini menyimpan teori yang belum ditemui yang menyatukan Relativiti Umum dan mekanik kuantum, yang dapat menggambarkan hukum fizik sepenuhnya. Sebenarnya, inilah sebabnya bahawa perihalan moden mengenai perkembangan Alam Semesta hanya bermula 5,391 x 10 (dengan kekuatan -44) saat selepas Big Bang, ketika alam semesta adalah 1,616 x 10 (dengan kekuatan -35) meter.
Vladimir Guillen
