Dacă împărțiți materia din univers în componente mai mici și mai mici, veți ajunge în cele din urmă limitele atunci când se confruntă cu o particulă fundamentală și indivizibilă. Toate obiectele macroscopice pot fi divizate într-o moleculă, chiar și atomii, apoi electroni (care sunt fundamentale) și nucleul și apoi protonii și neutronii, și în cele din urmă în interiorul lor vor quark și gluoni. Electronii, quarci și gluoni - exemple de particule fundamentale, care nu pot fi divizate în continuare. Dar cum este posibil ca chiar în timp și spațiu au aceleași restricții? De ce nu există valori ale Planck, care deja nu pot fi divizate în continuare?
Pentru a înțelege originea valorii Planck, ar trebui să începem cu cei doi piloni care guvernează realitatea: teoria generală a relativității și fizicii cuantice.
Relativitatea generală se leagă materia și energia existentă în univers, cu curbura și deformarea tesatura spațiu-timp. Fizica cuantica descrie modul în care diferite domenii și particule interacționează unul cu altul în materialul spațiu-timp, inclusiv într-o scară foarte mică. Există două constante fundamentale fizice, care joacă un rol în teoria generală a relativității: G - constanta gravitațională a universului, și c - viteza luminii. G apare deoarece indicele definește deformarea spațiu-timp în prezența materiei și energiei; c - pentru că se răspândește interacțiunea gravitațională în spațiu-timp pentru viteza luminii.
În mecanica cuantică, de asemenea, există două constante fundamentale: c și h, în cazul în care acesta din urmă - este constanta lui Planck. c - este o limită de viteză a tuturor particulelor, rata la care necesitatea de a muta toate particulele lipsite de masă, iar viteza maximă la care se poate extinde orice interacțiune. constanta lui Planck a fost incredibil de important pentru a descrie modul în care cuantificați (considerate) nivelurile de energie cuantice de interacțiune între particule și toate rezultatele posibile ale evenimentului. Un electron care orbitează un proton, poate avea orice număr de niveluri de energie, dar toate acestea apar în pași discreți, iar dimensiunea acestor etape este determinată de h.
Se combină aceste trei constante: G, c și h, și se pot utiliza diferite combinații pentru a construi scara lungime, masă și timp. Acestea sunt cunoscute, respectiv, lungimea Planck, masa Planck și timpul Planck. (Este posibil să se construiască alte valori, cum ar fi energia de temperatura Planck Planck și așa mai departe). Toate acestea, în general, lungimea scară, masa și timpul, în care - în absența oricărei alte informații - vor fi efecte semnificative cuantice. Există motive întemeiate de a crede că acesta este cazul, și destul de ușor de înțeles - de ce.
Imaginați-vă că aveți o particulă de o anumită masă. Ai pune o întrebare: „Dacă particula mea are o masă în modul în care o cantitate mică de ea să fie comprimată, astfel încât să devină o gaură neagră?“. Puteți cere chiar, „Dacă am fost o gaură neagră de o anumită dimensiune, timpul este nevoie de o particulă se deplasează cu viteza luminii, pentru a depăși distanța egală cu dimensiunea acestei?“. Planck masa, lungimea Planck și timpul Planck corespund exact astfel de valori: o gaură neagră cu masa Planck este lungimea Planck și se suprapun cu viteza luminii pentru timpul Planck.
Dar Planck de masă mult, mult mai masiv decât orice particule pe care le-am creat vreodată; este de 10 de 19 ori mai greu decât protonul! Lungimea Planck, în același mod de 10 14 ori mai mică decât orice distanță pe care le-am cercetat vreodată și timpul Planck de 10 până la 25 de ori mai mică decât orice măsurători directe. Aceste scale nu au fost niciodată în mod direct la dispoziția noastră, dar ele sunt importante pentru un alt motiv: energia Planck (pe care le puteți obține prin plasarea masa Planck în E = mc 2) - o scară de la care efectele gravitaționale cuantice încep să dobândească o importanță și semnificație.
Acest lucru înseamnă că energia de o asemenea magnitudine - sau scara de timp mai scurt decât scara Planck sau lungimea mai mică decât lungimea Planck - legile noastre actuale ale fizicii trebuie să fie rupt. Vine în efecte gravitaționale joc cuantice, iar predicțiile relativității generale nu mai sunt fiabile. Curbarea spatiului este foarte mare, și, prin urmare, „fundal“, pe care le folosim pentru a calcula valorile cuantice, încetează de asemenea să fie de încredere. energia și incertitudinea de timp înseamnă că incertitudinile sunt valori mai mari pe care le știm cum să calculeze. Pe scurt, familiar pentru noi fizica nu mai funcționează.
Pentru universul nostru nu este problema. Aceste scară de energie de 10 de 15 ori mai mari decât cele care ar putea ajunge la Large Hadron Collider, și de 100 de milioane de ori mai mare decât cele mai energetice particule, care creează universul în sine (raze cosmice de mare energie), și chiar de 10 000 de ori mai mari decât cele care a ajuns la Universul imediat după Big Bang. Dar dacă ne-am dorit să exploreze aceste limite, există un loc unde acestea pot fi importante: în singularitatea, situate în centrele găurilor negre.
In aceste locuri in greutate in mod semnificativ masa superioară Planck este comprimat în dimensiune, lungime Planck teoretic mai mici. Dacă în univers există un loc unde vom aduce toate liniile într-una și intră în regimul Planck, atunci acest lucru este. Nu putem ajunge la ea astăzi, pentru că a închis orizontul de evenimente al unei găuri negre, și nu este disponibilă. Dar dacă suntem suficient de pacient - si este nevoie de o mulțime de răbdare - universul ne va oferi această oportunitate.
Vezi tu, in timp, gauri negre se dezintegreze încet. Integrarea teoriei câmpului cuantic în curbe spațiu-timp a relativității generale este că o cantitate mică de radiații emise în spațiul din afara orizontului evenimentului, iar energia acestei radiații vine de la masa găurii negre. De-a lungul timpului, masa gaura neagra este redusă, orizontul evenimentului este comprimat, iar după 10 de 67 ani masa gaura neagră a soarelui se evaporă complet. Dacă am putea avea acces la întregul radiații, care a lăsat o gaură neagră, inclusiv foarte ultimele momente ale existenței sale, cu siguranță ar fi în măsură să aducă laolaltă toate efectele cuantice care nu au fost prezise de cele mai bune teorii noastre.
Nu este necesar ca spațiul nu poate fi împărțită în unități mai mici decât lungimea Planck, și că timpul nu poate fi împărțită în unități mai mici decât timpul Planck. Pur și simplu, știm că descrierea noastră a universului, inclusiv legile noastre ale fizicii nu pot merge dincolo de aceste scale. Face spațiu cuantificată? dacă timpul curge continuu în realitate? Și ce facem cu faptul că toate particulele cunoscute fundamentale din univers au o masă mult, mult mai mică decât Planck? Aceste întrebări în fizică nu există răspunsuri. Scala Planck nu este la fel de fundamental în reducerea universul așa cum este în înțelegerea noastră a universului. Prin urmare, vom continua să experimenteze. Poate că, atunci când avem mai multe cunoștințe, vom primi toate răspunsurile. Cu toate acestea.