Plank birliklari - Planck units

Yilda zarralar fizikasi va fizik kosmologiya, Plank birliklari to'plamidir o'lchov birliklari to'rtta universal nuqtai nazardan aniqlangan jismoniy barqarorlar, bu fizik konstantalar ning qiymatini qabul qiladigan tarzda 1 ushbu birliklar bilan ifodalanganida.

Dastlab 1899 yilda nemis fizigi tomonidan taklif qilingan Maks Plank, bu birliklar tizimidir tabiiy birliklar chunki ularning ta'rifining kelib chiqishi faqat xususiyatlaridan kelib chiqadi tabiat va hech kimdan emas inson konstruktsiyasi. Plank birliklari - bu tabiiy birliklarning bir nechta tizimlaridan biri, ammo Plank birliklari hech birining xususiyatlariga asoslanmagan prototip ob'ekti yoki zarracha (tanlovi o'zboshimchalik bilan), aksincha faqat xususiyatlariga bog'liq bo'sh joy. Kabi birlashtirilgan nazariyalar bo'yicha tadqiqotlarda ular dolzarbdir kvant tortishish kuchi.

Atama Plank shkalasi fazosi, vaqti, energiyasi va kattaligi bo'yicha tegishli Plank birliklariga o'xshash boshqa birliklarni anglatadi. Ushbu mintaqa xarakterli bo'lishi mumkin energiya atrofida 10¹⁹ GeV, vaqt atrofdagi intervallar 10⁻⁴³ s va uzunliklar atrofida 10⁻³⁵ m (taxminan Plank massasining energiya ekvivalenti, Plank vaqti va Plank uzunligi). Plank shkalasi bo'yicha Standart model, kvant maydon nazariyasi va umumiy nisbiylik qo'llanilishi kutilmaydi va tortishish kuchining kvant ta'siri hukmronlik qilishi kutilmoqda. Eng yaxshi ma'lum bo'lgan misol. Shartlari bilan ifodalanadi birinchi 10⁻⁴³ soniya dan keyin bizning koinotimiz Katta portlash, taxminan 13,8 milliard yil oldin.

Ushbu birliklarda ifodalanganida, ta'rifi bo'yicha 1-sonli qiymatga ega bo'lgan to'rtta universal doimiy:

• The yorug'lik tezligi vakuumda, v,
• The tortishish doimiysi, G,
• The Plank doimiysi kamayadi, ħ,
• The Boltsman doimiy, k_B.

Plank birliklari elektromagnit o'lchamlarni o'z ichiga olmaydi. Ba'zi mualliflar tizimni elektromagnetizmga qadar kengaytirishni tanlaydilar, masalan elektr doimiy ε₀ raqamli qiymati 1 yoki 1/4 ga tengπ ushbu tizimda. Xuddi shunday, mualliflar tizimning yuqoridagi to'rtta barqarorning biriga yoki bir nechtasiga boshqa raqamli qiymatlarni beradigan variantlaridan foydalanishni tanlaydilar.

Kirish

Har qanday o'lchov tizimiga o'zaro mustaqil bazaviy miqdorlar to'plami berilishi va ular bilan bog'liq bo'lishi mumkin asosiy birliklar, undan boshqa barcha miqdorlar va birliklar olinishi mumkin. In Xalqaro birliklar tizimi, masalan SI asosiy miqdori ga bog'liq bo'lgan birlik bilan uzunlikni o'z ichiga oladi metr. Plank birliklari tizimida shunga o'xshash asosiy miqdorlar to'plami va bog'liq birliklar tanlanishi mumkin, ular bo'yicha boshqa miqdorlar va izchil birliklar ifodalanishi mumkin. Plank uzunlik birligi sifatida tanilgan Plank uzunligi, va Plank vaqt birligi Plank vaqti deb nomlanadi, ammo bu nomenklatura barcha miqdorlarga teng ravishda o'rnatilmagan. Plankning barcha birliklari tizimni belgilaydigan o'lchovli universal fizik konstantalardan kelib chiqadi va bu birliklar chiqarib tashlanadigan konvensiyada (ya'ni o'lchovsiz 1 qiymatga ega deb qaraladi), keyin bu doimiylar ular paydo bo'lgan fizik tenglamalaridan chiqarib tashlanadi. . Masalan, Nyutonniki umumjahon tortishish qonuni,

${ displaystyle F = G { frac {m_ {1} m_ {2}} {r ^ {2}}} = chap ({ frac {F _ { text {P}} l _ { text {P} } ^ {2}} {m _ { text {P}} ^ {2}}} o'ng) { frac {m_ {1} m_ {2}} {r ^ {2}}}}$

quyidagicha ifodalanishi mumkin:

${ displaystyle { frac {F} {F _ { text {P}}}} = { frac { left ({ dfrac {m_ {1}} {m _ { text {P}}}} right ) chap ({ dfrac {m_ {2}} {m _ { text {P}}}} o'ng)} { chap ({ dfrac {r} {l _ { text {P}}}} " o'ng) ^ {2}}}.}$

Ikkala tenglama ham o'lchovli ravishda izchil va teng darajada amal qiladi har qanday birliklar tizimi, lekin ikkinchi tenglama, bilan G yo'q, faqat tegishli o'lchovsiz miqdorlar chunki ikkita o'xshash o'lchovlarning har qanday nisbati o'lchovsiz miqdor. Agar stenografiya bo'yicha barcha fizik kattaliklar Plank birliklari bilan ifodalanganligi tushunilsa, yuqoridagi nisbatlar shunchaki fizik miqdor belgilari bilan ifodalanishi mumkin, ularning mos birligi tomonidan aniq miqyoslashtirilmasdan:

${ displaystyle F = { frac {m_ {1} m_ {2}} {r ^ {2}}}.}$

Ushbu oxirgi tenglama (holda G) faqat shu holatda amal qiladi F, m₁, m₂va r Plank birliklari bilan o'lchanadigan ushbu miqdorlarning o'lchovsiz son qiymatlari. Shuning uchun Plank birliklari yoki tabiiy birliklardan har qanday boshqa foydalanish ehtiyotkorlik bilan ishlatilishi kerak. Ga murojaat qilish G = v = 1, Pol S. Vesson "Matematik jihatdan bu mehnatni tejaydigan maqbul hiyla-nayrangdir. Jismoniy jihatdan bu ma'lumotlarning yo'qolishini anglatadi va chalkashlikka olib kelishi mumkin".^[1]

Ta'rif

Kalit: L = uzunlik, M = massa, T = vaqt, Q = elektr zaryadi, Ph = harorat.

Plank birliklarining xususiyati shundaki, yuqoridagi har qanday fizik konstantaning qiymatini olish uchun uning o'rnini almashtirish kifoya o'lchamlari tegishli Plank birliklari bilan doimiyning. Masalan, tortishish doimiysi (G) o'lchamlari sifatida L ga ega³ M⁻¹ T⁻². Har bir o'lchovni har bir mos keladigan Plank birligining qiymati bilan almashtirish orqali (1) qiymatiga ega bo'ladi l_P)³ × (1 m_P)⁻¹ × (1 t_P)⁻² = (1.616255×10⁻³⁵ m )³ × (2.176435×10⁻⁸ kg )⁻¹ × (5.391247×10⁻⁴⁴ s )⁻² = 6.674...×10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻² (bu qiymati G).

Bu tizimning ichki muvofiqligi natijasidir. Masalan, 1 ta ikkita jismning tortishish kuchini jalb qilish kuchi Plank massasi har biri 1 Plank uzunligi bilan ajratilgan bo'lib, 1 izchil Plank kuch birligini tashkil etadi. Xuddi shunday, 1 davomida yorug'lik bilan bosib o'tgan masofa Plank vaqti Plankning uzunligi 1 ga teng.

SI yoki boshqa mavjud birliklar tizimi nuqtai nazaridan beshta asosiy Plank birliklarining miqdoriy qiymatlarini aniqlash uchun ushbu ikkita tenglama va yana uchta narsa bajarilishi kerak:

${ displaystyle l _ { text {P}} = c t _ { text {P}}}$

${ displaystyle F _ { text {P}} = { frac {m _ { text {P}} l _ { text {P}}} {t _ { text {P}} ^ {2}}} = G { frac {m _ { text {P}} ^ {2}} {l _ { text {P}} ^ {2}}}}$

${ displaystyle E _ { text {P}} = { frac {m _ { text {P}} l _ { text {P}} ^ {2}} {t _ { text {P}} ^ {2} }} = hbar { frac {1} {t _ { text {P}}}}}$

${ displaystyle E _ { text {P}} = { frac {m _ { text {P}} l _ { text {P}} ^ {2}} {t _ { text {P}} ^ {2} }} = k _ { text {B}} T _ { text {P}}.}$

${ displaystyle F _ { text {P}} = { frac {m _ { text {P}} l _ { text {P}}} {t _ { text {P}} ^ {2}}} = { frac {1} {4 pi varepsilon _ {0}}} { frac {q _ { text {P}} ^ {2}} {l _ { text {P}} ^ {2}}} }$

Yuqoridagi beshta tenglamani beshta noma'lum uchun echish natijasida Plankning beshta asosiy birligi uchun noyob qiymatlar to'plami paydo bo'ladi:

Jadval 2: Baz Plank birliklari

Ism	Hajmi	Ifoda	Qiymat (SI birlik)
Plank uzunligi	Uzunlik (L)	${ displaystyle l _ { text {P}} = { sqrt { frac { hbar G} {c ^ {3}}}}}$	1.616255(18)×10−35 m[7]
Plank massasi	Massa (M)	${ displaystyle m _ { text {P}} = { sqrt { frac { hbar c} {G}}}}$	2.176434(24)×10−8 kg[8]
Plank vaqti	Vaqt (T)	${ displaystyle t _ { text {P}} = { sqrt { frac { hbar G} {c ^ {5}}}}}$	5.391247(60)×10−44 s[9]
Plank harorati	Harorat (Θ)	${ displaystyle T _ { text {P}} = { sqrt { frac { hbar c ^ {5}} {Gk _ { text {B}} ^ {2}}}}}$	1.416784(16)×1032 K[10]
Plank uchun to'lov	Elektr zaryadi (Q)	${ displaystyle q _ { text {P}} = { sqrt { frac { hbar c} {k _ { text {e}}}}} = { sqrt {4 pi varepsilon _ {0} hbar c}} = { sqrt { frac {4 pi hbar} { mu _ {0} c}}} = { frac {e} { sqrt { alpha}}}}$	1.875545956(41)×10−18 C[11][4][2]

2-jadvalda Plank birliklari asosiy konstantalar bo'yicha aniq belgilangan. Kabi boshqa o'lchov birliklariga nisbatan SI, Plank birliklarining qiymatlari faqat taxminan ma'lum. Bu tortishish doimiysi qiymatlarining noaniqligidan kelib chiqadi G va ε₀ SI birliklarida.

Ning qiymatlari v, h, e va k_B SI birliklari ushbu konstantalar bo'yicha ikkinchisini, metrni, kilogrammni va kelvinni ta'rifi tufayli aniqdir va SI birliklari bilan ifodalangan Plank birliklarining qiymatlariga noaniqlik qo'shmaydi. Vakuum o'tkazuvchanligi ε₀ ning nisbiy noaniqligiga ega 1.5×10⁻¹⁰.^[11] Ning raqamli qiymati G ning nisbiy noaniqligi bo'yicha eksperimental tarzda aniqlangan 2.2×10⁻⁵.^[3] G 2 va 3 jadvallaridagi zaryaddan tashqari har bir Plank birligining ta'rifida uchraydi. Demak, Plank birliklarining 2 va 3-jadvalidagi qiymatlaridagi noaniqlik deyarli butunlay qiymatdagi noaniqlikdan kelib chiqadi. G. (Xato tarqalishi G ning ko'rsatkichi vazifasidir G birlik uchun algebraik ifodada. Ushbu ko'rsatkich ± ga teng1/2 Plank zaryadidan tashqari har bir tayanch birlik uchun har bir tayanch birlikning nisbiy noaniqligi taxminan yarimga teng G.)

Yagona birliklarning qiymatlarini faqat ba'zi bir noaniqliklar bilan bilish mumkin bo'lsa-da, ta'riflarining natijalaridan biri v h va k_B yilda SI birliklari bitta Plank massasi bitta Plank uzunligiga ko'paytirilsa, teng bo'ladi aniq 1 ga l_P × 1 m_P = ħ/v = 6.62607015×10⁻³⁴/2 × × 299792458 m ⋅kg, bitta Plank massasi bitta Plank haroratiga bo'lingan bo'lsa, tengdir aniq ga 1 m_P/1 T_P = k_B/v² = 1.380649×10⁻²³/299792458² kg /K, va nihoyat bitta Plank uzunligini bitta Plank vaqtiga bo'lishiga teng aniq ga 1 l_P/1 t_P = v = 299792458 m /s. Gravitatsiyaviy konstantaga va uning o'rniga Coulomb konstantasiga kelsak, ularning qiymati SI birliklarida ta'rifi bo'yicha aniq emas va eksperimental ravishda o'lchanishi kerak, ammo jozibali tortish kuchi F masofada joylashgan ikkita Plank massasi r bir-biriga ta'sir qilish bir xil masofada joylashtirilgan ikkita Plank zaryadlari orasidagi jozibali / itaruvchi elektrostatik kuchga teng, bu tengdir aniq ga F = ħc/r² = 6.62607015×10⁻³⁴ × 299792458/2π r² N.

Olingan birliklar

Har qanday o'lchov tizimida ko'plab fizik kattaliklar uchun birliklar asosiy birliklardan kelib chiqishi mumkin. 3-jadvalda Plankdan olingan ba'zi bir birliklarning namunalari keltirilgan, ularning ba'zilari aslida kamdan kam qo'llaniladi. Asosiy birliklarda bo'lgani kabi, ulardan foydalanish asosan nazariy fizika bilan bog'liq, chunki ularning aksariyati empirik yoki amaliy foydalanish uchun juda katta yoki juda kichik va ularning qiymatlarida katta noaniqliklar mavjud.

Jadval 3: Plank birliklarining izchil olingan birliklari

Ning hosil bo'lgan birligi	Ifoda	Taxminan SI teng
maydon (L.2)	${ displaystyle l _ { text {P}} ^ {2} = { frac { hbar G} {c ^ {3}}}}$	2.6121×10−70 m2
hajmi (L.3)	${ displaystyle l _ { text {P}} ^ {3} = chap ({ frac { hbar G} {c ^ {3}}} o'ng) ^ { frac {3} {2}} = { sqrt { frac {( hbar G) ^ {3}} {c ^ {9}}}}}$	4.2217×10−105 m3
momentum (LMT−1)	${ displaystyle m _ { text {P}} c = { frac { hbar} {l _ { text {P}}}} = { sqrt { frac { hbar c ^ {3}} {G} }}}$	6.5249 kg⋅m / s
energiya (L.2MT−2)	${ displaystyle E _ { text {P}} = m _ { text {P}} c ^ {2} = { frac { hbar} {t _ { text {P}}}} = { sqrt { frac { hbar c ^ {5}} {G}}}}$	1.9561×109 J
kuch (LMT−2)	${ displaystyle F _ { text {P}} = { frac {E _ { text {P}}} {l _ { text {P}}}} = { frac { hbar} {l _ { text { P}} t _ { text {P}}}} = { frac {c ^ {4}} {G}}}$	1.2103×1044 N
zichlik (L.−3M)	${ displaystyle rho _ { text {P}} = { frac {m _ { text {P}}} {l _ { text {P}} ^ {3}}} = { frac { hbar t_ { text {P}}} {l _ { text {P}} ^ {5}}} = { frac {c ^ {5}} { hbar G ^ {2}}}}$	5.1550×1096 kg / m3
tezlashtirish (LT−2)	${ displaystyle a _ { text {P}} = { frac {c} {t _ { text {P}}}} = { sqrt { frac {c ^ {7}} { hbar G}}} }$	5.5608×1051 Xonim2
chastota (T−1)	${ displaystyle f_ {p} = { frac {c} {l _ { text {P}}}} = { sqrt { frac {c ^ {5}} { hbar G}}}}$	1.8549×1043 Hz

Vaqt va uzunlik kabi ba'zi Plank birliklari juda ko'p kattalik buyruqlari Amaliy foydalanish uchun juda katta yoki juda kichik, shuning uchun Plank birliklari tizim sifatida odatda faqat nazariy fizikaga tegishli. Ba'zi hollarda Plank birligi fizikaning hozirgi fizik nazariyalari qo'llaniladigan jismoniy miqdor chegarasini taklif qilishi mumkin.^{[iqtibos kerak ]}. Masalan, bizning tushunchamiz Katta portlash bilan boshlanadi Plank davri, koinot Plankning bir yoshida va diametri Plankning uzunligi bo'lganida.^{[iqtibos kerak ]} Plankning bir yoshga to'lmagan vaqtini tasvirlash uchun nazariya talab qilinadi kvant tortishish kuchi bu kvant effektlarini o'z ichiga oladi umumiy nisbiylik. Bunday nazariya hali mavjud emas.

Bir necha miqdor kattaligi bo'yicha "haddan tashqari" emas, masalan Plank massasi, bu haqida 22 mikrogram: subatomik zarralar bilan taqqoslaganda juda katta, ammo tirik mavjudotlarning massasi ichida. Xuddi shunday, energiya va impulsning bog'liq birliklari ham ba'zi kundalik hodisalar doirasidadir.

Tarix

Tushunchasi tabiiy birliklar qachon, 1881 yilda kiritilgan Jorj Jonstoun Stoni, elektr zaryadi kvantlangan, uzunlik, vaqt va massa birliklaridan kelib chiqqan, endi nomlanganligini ta'kidladi Toshli birliklar uning sharafiga, normallashtirish orqali G, v, va elektron zaryadi, e, 1 ga.

1899 yilda (kvant nazariyasi paydo bo'lishidan bir yil oldin) Maks Plank keyinchalik Plank konstantasi deb ataladigan narsa paydo bo'ldi.^[12][13] Qog'oz oxirida Plank o'zining kashfiyoti natijasida keyinchalik uning sharafiga nomlangan asosiy birliklarni taklif qildi. Plank birliklari harakat kvantiga asoslangan bo'lib, endi odatda Plank doimiysi. Plank doimiyni chaqirdi b uning qog'ozida bo'lsa ham h (yoki yaqindan bog'liq ħ) endi keng tarqalgan. Biroq, o'sha paytda u Plank to'g'ri deb hisoblagan Vienning radiatsiya qonunining bir qismi edi. Plank yangi birlik tizimining universalligini ta'kidlab, quyidagilarni yozdi:

... die Möglichkeit gegebenist, Einheiten für Länge, Masse, Zeit und Temperatur aufzustellen, welche, unabhängig von speciellen Körpern oder Substanzen, ihre Bedeutung für alle Zeiten und für alle alhechchéchusen unduerchwärsten nuwenchwenen «Bezeichnet werden können.
... uzunlik, massa, vaqt va harorat uchun maxsus jismlar yoki moddalarga bog'liq bo'lmagan, har doim va barcha tsivilizatsiyalar uchun o'z ma'nosini saqlab turadigan birliklarni o'rnatish mumkin, shu jumladan erdan tashqari va inson bo'lmaganlar uchun ham. "tabiiy o'lchov birliklari" deb nomlanishi mumkin.

Plank faqat universal konstantalarga asoslangan birliklarni ko'rib chiqdi G, ħ, vva k_B uchun tabiiy birliklarga etib borish uzunlik, vaqt, massa va harorat.^[13] Plankning qog'ozi, shuningdek, zamonaviy qiymatlarga yaqin bo'lgan asosiy birliklar uchun raqamli qiymatlarni berdi.

Plank tomonidan 1899 yilda taklif qilingan asl tayanch birliklari faktor bilan farqlanadi ${ displaystyle { sqrt {2 pi}}}$ bugungi kunda foydalanilayotgan Plank birliklaridan.^[12][13] Buning sababi Plank doimiysi kamayadi (${ displaystyle hbar}$) dastlabki taklifda ko'rinmagan zamonaviy birliklarda.

Jadval 4: Original Plank birliklari

Ism	Hajmi	Ifoda	Qiymat SI birliklar	Zamonaviy Plank birliklarida qiymat
Original Plank uzunligi	Uzunlik (L)	${ displaystyle { sqrt { frac {hG} {c ^ {3}}}}}$	4.05135×10−35 m	${ displaystyle { sqrt {2 pi}} times l _ { text {P}}}$
Original Plank massasi	Massa (M)	${ displaystyle { sqrt { frac {hc} {G}}}}$	5.45551×10−8 kg	${ displaystyle { sqrt {2 pi}} times m _ { text {P}}}$
Plankning asl vaqti	Vaqt (T)	${ displaystyle { sqrt { frac {hG} {c ^ {5}}}}}$	1.35138×10−43 s	${ displaystyle { sqrt {2 pi}} times t _ { text {P}}}$
Plankning asl harorati	Harorat (Θ)	${ displaystyle { sqrt { frac {hc ^ {5}} {Gk _ { text {B}} ^ {2}}}}}$	3.55135×1032 K	${ displaystyle { sqrt {2 pi}} times T _ { text {P}}}$

Plank hech qanday elektromagnit birlikni qabul qilmadi. Tizimni elektromagnit birliklarga yoyish usullaridan biri bu o'rnatish Kulon doimiysi 1 ga va natijada elektr zaryadining izchil birligini o'z ichiga oladi.^{[14][15][16][17][18][19]} Coulomb konstantasini 1 ga o'rnatishda zaryad uchun ishlatiladigan zaryad birligiga teng qiymat beriladi QCD birliklari. Fokusga qarab, boshqa fiziklar faqat Plank uzunlik, massa va vaqt birliklariga murojaat qilishadi.^[20]

2006 yildagi ichki taklif SI O'rniga Plank zaryadini belgilaydigan ishchi guruh elementar zaryad (beri "tuzatish q_P saqlagan bo'lar edi m₀ ning tanish qiymatida 4π × 10⁻⁷ H /m va qilingan e o'lchovlariga bog'liq a") rad etildi va uning o'rniga elementar zaryadning qiymati ta'rif bilan belgilanadigan qilib tanlandi.^[21] Hozirda hisoblash uchun Plank uchun to'lov elementar zaryaddan foydalanish kerak (uning qiymati hozircha ta'rifi bo'yicha aniq) va nozik tuzilishga doimiy (uning qiymatini o'lchash kerak va o'lchov xatolariga sezgir).

Ahamiyati

Plank birliklarida ozgina narsa bor antropotsentrik o'zboshimchalik, ammo baribir aniqlanadigan doimiylik nuqtai nazaridan ba'zi bir o'zboshimchalik bilan tanlovlarni o'z ichiga oladi. Dan farqli o'laroq metr va ikkinchi sifatida mavjud bo'lgan asosiy birliklar ichida SI tarixiy sabablarga ko'ra tizim Plank uzunligi va Plank vaqti kontseptual ravishda fizikaviy darajada bir-biriga bog'langan. Binobarin, tabiiy birliklar fiziklarga savollarni qayta tuzishda yordam beradi. Frank Uilzek qisqacha aytganda:

Ko'rinib turibdiki, "nima uchun tortishish kuchi zaif?" Degan savol [qo'yilgan] emas. aksincha, "Nega protonning massasi shunchalik kichik?" Tabiiy (Plank) birliklarda tortishish kuchi shunchaki asosiy miqdor, proton massasi esa mayda son [1 / (13)kvintillion )].^[22]

Ikki proton orasidagi elektrostatik itarish kuchi (faqat bo'shliqda yolg'iz) bir xil ikkita proton orasidagi tortishish kuchini tortadigan kuchdan katta ekanligi haqiqat bo'lsa-da, bu gap ikki asosiy kuchning nisbiy kuchlari haqida emas. Plank birliklari nuqtai nazaridan, bu olmalarni apelsin bilan taqqoslash, chunki massa va elektr zaryadi bor beqiyos miqdorlar. Aksincha, kuch kattaligining nomutanosibligi haqiqatning namoyonidir protonlarga zaryad taxminan birlik zaryadi lekin protonlarning massasi ga qaraganda ancha kam birlik massasi.

Plank shkalasi

Yilda zarralar fizikasi va fizik kosmologiya, Plank shkalasi an energiya shkalasi atrofida 1,22 × 10¹⁹ GeV (Plank energiyasi, ga mos keladi massa-energiya ekvivalenti ning Plank massasi, 2.17645 × 10⁻⁸ kg) bunda kvant effektlari ning tortishish kuchi kuchli bo'l. Ushbu miqyosda, atomlar bilan zarrachalarning o'zaro ta'sirining tavsiflari va nazariyalarini taqdim eting kvant maydon nazariyasi ko'rinadiganlarning ta'siri tufayli buzilib, etarli emas renormalizatsiyalanmasligi hozirgi nazariyalar ichida tortishish kuchi.

Gravitatsiya bilan bog'liqlik

Plank uzunlik masshtabida tortishish kuchi boshqa kuchlar bilan taqqoslanadigan bo'lishi kutilmoqda va barcha asosiy kuchlar shu miqyosda birlashtirilgan degan nazariya mavjud, ammo bu birlashishning aniq mexanizmi noma'lum bo'lib qolmoqda. Shuning uchun Plank shkalasi kvant tortishish kuchi ta'sirini boshqasida e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydigan nuqta asosiy o'zaro ta'sirlar va joriy hisob-kitoblar va yondashuvlar buzila boshlagan joyda va uning ta'sirini hisobga olish uchun vosita kerak.^[23][24]

Fiziklar kuchlarning kvant darajasidagi boshqa asosiy o'zaro ta'sirlarini juda yaxshi tushunsa-da, tortishish kuchi muammoli va uni birlashtirish mumkin emas kvant mexanikasi odatdagi kvant maydon nazariyasidan foydalangan holda juda yuqori energiyalarda. Kamroq energiya darajalarida, odatda, e'tiborsiz qoldiriladi, Plank o'lchoviga yaqinlashadigan yoki undan oshadigan energiya uchun esa yangi nazariya kvant tortishish kuchi zarur. Ushbu muammoga boshqa yondashuvlar kiradi torlar nazariyasi va M-nazariyasi, halqa kvant tortishish kuchi, noaniq geometriya, o'lchov nisbiyligi, sabablar to'plami nazariyasi va P-adik kvant mexanikasi.^[25]

Kosmologiyada

Yilda Katta portlash kosmologiyasi, Plank davri yoki Plank davri ning dastlabki bosqichidir Katta portlash, oldin vaqt o'tdi Plank vaqtiga teng edi, t_Pyoki taxminan 10 ga teng⁻⁴³ soniya.^[26] Hozirda bunday qisqa vaqtlarni tasvirlash uchun mavjud bo'lgan fizik nazariya mavjud emas va kontseptsiya qaysi ma'noda aniq emas vaqt Plank vaqtidan kichik qiymatlar uchun ahamiyatga ega. Odatda, bu taxmin qilinadi tortishish kuchining kvant ta'siri ushbu vaqt o'lchovidagi jismoniy o'zaro ta'sirlarda ustunlik qiladi. Ushbu miqyosda birlashgan kuch ning Standart model deb taxmin qilinadi tortishish kuchi bilan birlashtirilgan. Plank davrining o'lchovi juda issiq va zich bo'lib, uning o'rnini egalladi ulkan birlashish davri, bu erda tortishish standart modelning birlashtirilgan kuchidan ajratiladi, o'z navbatida inflyatsiya davri, taxminan 10 dan keyin tugadi⁻³² soniya (yoki taxminan 10)¹⁰ t_P).^[27]

Bugungi kunda kuzatiladigan koinot Plank birliklarida quyidagi taxminlar to'plamida ifodalangan:^[28][29]

10 ga yaqin yoki shunga o'xshash katta sonlarning takrorlanishi⁶⁰ yuqoridagi jadvalda ba'zi bir nazariyotchilarni qiziqtirgan tasodif mavjud. Bu turdagi narsalarning namunasidir katta raqamlar tasodif kabi nazariyotchilarni boshqargan Eddington va Dirak muqobil jismoniy farazlarni ishlab chiqish (masalan, a yorug'likning o'zgaruvchan tezligi yoki Dirak har xil -G gipoteza ).^[30]O'lchovidan so'ng kosmologik doimiy 1998 yilda, taxminan 10 ga baholandi⁻¹²² Plank birliklarida, bu o'zaro ta'sirga juda yaqin ekanligi ta'kidlandi koinot asri kvadrat shaklida.^[31] Barrow and Shaw (2011) o'zgartirilgan nazariyani taklif qildi Λ uning qiymati Λ ~ bo'lib qoladigan darajada rivojlanayotgan maydon T⁻² koinot tarixi davomida.^[32]

The Plank uzunligi bilan bog'liq Plank energiyasi tomonidan noaniqlik printsipi. Ushbu miqyosda o'lcham va masofa tushunchalari buziladi kvant noaniqligi deyarli mutlaq bo'lib qoladi. Chunki Shvartschild radiusi a qora tuynuk taxminan tengdir Kompton to'lqin uzunligi Plank miqyosida ushbu sohani tekshirish uchun etarli energiyaga ega bo'lgan foton hech qanday ma'lumot bermaydi.^[33] Plank o'lchamidagi ob'ektni aniq o'lchash uchun etarlicha baquvvat bo'lgan har qanday foton aslida bu o'lchamdagi zarrachani yaratishi mumkin edi, ammo zudlik bilan qora tuynukka aylanish uchun juda katta bo'lar edi (qarang. Plank zarrasi ). Bu noaniqlik tamoyilining mumkin bo'lgan eng yuqori namunasidir va nima uchun faqat a kvant tortishish kuchi nazariyani yarashtirish umumiy nisbiylik bilan kvant mexanikasi ning dinamikasini tushunishga imkon beradi makon-vaqt ushbu miqyosda.^[34] Plank shkalasi dinamikasi kosmologiya uchun juda muhimdir, chunki koinot evolyutsiyasini boshidanoq kuzatib borish bilan, koinot juda erta bosqichda juda issiq bo'lishi kerak edi, chunki Plank energiyasigacha bo'lgan energiyani o'z ichiga olgan jarayonlar (qisqa masofalarga mos keladi Plank uzunligi) sodir bo'lishi mumkin. Shuning uchun bu davr Plank davri yoki Plank davri.

Birliklarni tahlil qilish

Plank vaqti va uzunligi

Plank uzunligi, belgilangan ℓ_P, ning birligi uzunlik quyidagicha belgilanadi:

${ displaystyle ell _ { mathrm {P}} = { sqrt { frac { hbar G} {c ^ {3}}}}}$

Bu tengdir 1.616255(18)×10⁻³⁵ m^[7] bu erda qavslar ichiga kiritilgan ikkita raqam taxmin qilinadi standart xato xabar qilingan raqamli qiymat bilan bog'liq. Buni faraz qilinganning radiusi sifatida tushunish mumkin Plank zarrasi.

Plank vaqt birligi bu vaqt uchun talab qilinadi yorug'lik 1 masofani bosib o'tish Plank uzunligi a vakuum, bu taxminan 5.39 × 10 vaqt oralig'i⁻⁴⁴ s.^[35] Barcha ilmiy tajribalar va inson tajribalari Plank vaqtidan kattaroq kattalikdagi vaqt o'lchovlari bilan sodir bo'ladi,^[36] Plank miqyosidagi har qanday hodisalarni zamonaviy ilmiy texnologiyalar bilan aniqlab bo'lmaydigan holga keltirish. 2020 yil oktyabr oyidan boshlab^[yangilash], to'g'ridan-to'g'ri o'lchovlarda eng kichik vaqt oralig'i noaniqligi 247-tartibda edi zeptosekundlar (2.47 × 10⁻¹⁹ soniya).^[37]

Hozirda Plank vaqti miqyosida vaqt oralig'ini o'lchashning ma'lum bir usuli yo'q bo'lsa-da, tadqiqotchilar 2020 yilda nazariy apparat va tajribani taklif qildilar, agar u amalga oshirilsa, vaqt ta'siriga ta'sir qilishi mumkin bo'lgan 10⁻³³ ikkinchidan, shunday qilib yuqori aniqlanadigan Plank vaqtidan taxminan 20 milliard marta ko'p bo'lgan vaqtni kvantlash chegarasi.^[38][39]

Plank energiyasi

Plank birliklarining aksariyati Plankning uzunligi yoki Plank vaqtidagi kabi juda kichik yoki Plank harorati yoki Plankning tezlashishi kabi juda katta. Taqqoslash uchun Plank energiyasi avtomobil gazida saqlanadigan energiyaga teng (kimyoviy energiya 34,2 MJ / L bo'lgan 57,2 L benzin). The ultra yuqori energiyali kosmik nur 1991 yilda kuzatilgan taxminan 50 × J ga teng o'lchov energiyasiga ega, taxminan 2,5 × 10 ga teng⁻⁸ E_P.^[40] Nazariy jihatdan eng yuqori energiyali foton taxminan 1 ga ega E_P energiya (qarang Ultra yuqori energiyali gamma-nur ) va energiyaning har qanday ortishi (trans-Plank fotoni) uni a dan ajratib bo'lmaydi Plank zarrasi bir xil tezlikni ko'tarish.

Plank kuchi

Plank kuchi hosil bo'lgan birlikdir kuch vaqt, uzunlik va massa uchun asosiy Plank birliklarining ta'rifidan kelib chiqadi. Bu ning tabiiy birligiga teng momentum vaqtning tabiiy birligi bilan bo'linadi.

${ displaystyle F _ { text {P}} = { frac {m _ { text {P}} c} {t _ { text {P}}}} = { frac {c ^ {4}} {G }} = 1.210295 marta 10 ^ {44} { mbox {N.}}}$

Plank kuchi bog'liqdir^[41] tortishish potentsiali energiyasi va elektromagnit energiyasining ekvivalenti bilan: har biri 1 Plank massasi bo'lgan ikkita jismning tortishish kuchi jozibador kuchi, 1 Plank uzunligi 1 Plank kuchiga teng; teng ravishda 1 Plank uzunligi bilan ajratilgan ikkita Plank zaryadlarining elektrostatik jozibali / itaruvchi kuchi 1 Plank kuchiga teng.

Eynshteynning tortishish doimiysi ekanligi ta'kidlangan ${ displaystyle kappa}$ ichida paydo bo'ladi Eynshteyn maydon tenglamalari o'yinlar 8π Plank kuchiga teskari marta:^[42]

${ displaystyle G _ { mu nu} + Lambda g _ { mu nu} = kappa T _ { mu nu}}$

${ displaystyle kappa = { frac {8 pi G} {c ^ {4}}} = { frac {8 pi} {F _ { text {P}}}}}$

qayerda ${ displaystyle G _ { mu nu}}$ bo'ladi Eynshteyn tensori, ${ displaystyle T _ { mu nu}}$ bo'ladi stress-energiya tensori, ${ displaystyle Lambda g _ { mu nu}}$ bo'ladi kosmologik doimiy va ${ displaystyle kappa}$ Eynshteyn tortishish doimiysi.

Plank birliklarini normalizatsiya qilish G = 1/8π (o'rniga G = 1) 8 dan foydalanish zaruratini olib tashlaydiπ (qarang § Normallashtirishning alternativ variantlari ). Shunday qilib Plank kuchi ma'lum miqdordagi massa energiyasi bilan makon vaqtining qanchalik yoki qanchalik oson egilishini tasvirlaydi.

1993 yildan beri turli mualliflar (De Sabbata va Sivaram, Massa, Kostro va Lange, Gibbonlar, Shiller) Plank kuchi tabiatda kuzatilishi mumkin bo'lgan maksimal kuch qiymati deb ta'kidlaydilar. Ushbu chegara xususiyati tortishish kuchi uchun ham, boshqa har qanday kuch uchun ham amal qiladi.

Plank impulsi

Ushbu kinetik energiyaning impulsga nisbatan chizmasi kundalik hayotda uchraydigan ko'p harakatlanuvchi narsalar uchun o'z o'rnini egallaydi. Unda bir xil kinetik energiyaga ega bo'lgan (gorizontal ravishda bog'liq) har xil miqdordagi impulsni ko'taradigan ob'ektlar, shuningdek, kam massali ob'ektning tezligi (vertikal ekstrapolyatsiya bilan) katta ob'ekt bilan tinch bo'lmagan holda to'qnashuvdan keyingi tezlik bilan qanday taqqoslanganligi ko'rsatilgan. . Yuqori qiya chiziqlar (ko'tarilish / yugurish = 2) doimiy massa konturlarini belgilaydi, birlik qiya chiziqlari doimiy tezlikni konturlarini belgilaydi. Bundan tashqari, uchastkada yorug'lik tezligi, Plankning doimiyligi va kT ko'rsatkichi qaerda joylashganligi tasvirlangan. (Izoh: koinot deb nomlangan chiziq faqat ko'rinadigan koinot uchun massa taxminini kuzatib boradi.)

Plank impulsi ga teng Plank massasi ga ko'paytiriladi yorug'lik tezligi. Plankning boshqa birliklarining ko'pchiligidan farqli o'laroq, Plank impulsi inson miqyosida sodir bo'ladi. Taqqoslash uchun, besh funtli ob'ekt bilan ishlash (10⁸ × Plank massasi) o'rtacha ish tezligida (10⁻⁸ × vakuumdagi yorug'lik tezligi) ob'ektga Plank impulsini beradi. O'rtacha harakatlanadigan 70 kg odam yurish tezligi 1,4 m / s (5,0 km / soat; 3,1 milya) soatiga 15 ga teng momentumga ega bo'lar edi ${ displaystyle m _ { text {P}} c}$. A beysbol massaga ega ${ displaystyle m =}$ 0.145 kg, 45 m / s (160 km / soat; 100 milya) tezlikda sayohat Plankning impulsiga ega bo'lar edi.

Plank zichligi

Plank zichligi juda katta birlik bo'lib, taxminan 10 ga teng⁹³ gramm bitta kub santimetr bo'shliqqa siqilgan. Plank zichligi deb o'ylashadi yuqori chegara zichlik.^{[iqtibos kerak ]}

Plank harorati

Plankning harorati 1 ga (birlik), ga teng 1.416784(16)×10³² K^[10], haroratning asosiy chegarasi hisoblanadi.^[43] Haroratiga ega bo'lgan ob'ekt 1.42×10³² kelvin (T_P) chiqaradi qora tanadagi nurlanish bilan eng yuqori to'lqin uzunligi ning 1.616×10⁻³⁵ m (Plank uzunligi ), bu erda har bir foton va har bir to'qnashuv a hosil qilish uchun kuchga ega bo'lar edi Plank zarrasi. Katta yoki unga teng haroratni tavsiflashga qodir fizik modellar mavjud emas T_P.

Jismoniy tenglamalar ro'yxati

Turli o'lchamlarga ega bo'lgan fizik kattaliklarni (masalan, vaqt va uzunlik), agar ular son jihatdan teng bo'lsa ham tenglashtirish mumkin emas (1 soniya 1 metrga teng emas). Nazariy fizikada esa bu nomaqbul protsedura bir chetga surilishi mumkin o'lchovsizlashtirish. 7-jadvalda Plank birliklaridan foydalanish fizikaning ko'plab asosiy tenglamalarini qanday soddalashtirishi ko'rsatilgan, chunki bu har beshta asosiy doimiy va ularning hosilalarini har biriga oddiy son qiymatini beradi. 1. SI shaklida birliklarni hisobga olish kerak. O'lchovsiz shaklda, endi Plank birliklari bo'lgan birliklar, agar ulardan foydalanish tushunarli bo'lsa, yozish shart emas.

7-jadval: Plank birliklari fizikaning asosiy tenglamalarini qanday soddalashtiradi

	SI shakli	Plank birliklari shakllanadi
Nyutonning butun olam tortishish qonuni	${ displaystyle F = G { frac {m_ {1} m_ {2}} {r ^ {2}}}}$	${ displaystyle F = { frac {m_ {1} m_ {2}} {r ^ {2}}}}$
Eynshteyn maydon tenglamalari yilda umumiy nisbiylik	${ displaystyle {G _ { mu nu} = 8 pi {G over c ^ {4}} T _ { mu nu}} }$	${ displaystyle {G _ { mu nu} = 8 pi T _ { mu nu}} }$
Massa-energiya ekvivalenti yilda maxsus nisbiylik	${ displaystyle {E = mc ^ {2}} }$	${ displaystyle {E = m} }$
Energiya va momentum munosabati	${ displaystyle E ^ {2} = m ^ {2} c ^ {4} + p ^ {2} c ^ {2} ;}$	${ displaystyle E ^ {2} = m ^ {2} + p ^ {2} ;}$
Issiqlik energiyasi zarrachaga per erkinlik darajasi	${ displaystyle {E = { tfrac {1} {2}} k _ { text {B}} T} }$	${ displaystyle {E = { tfrac {1} {2}} T} }$
Boltsmannikiga tegishli entropiya formula	${ displaystyle {S = k _ { text {B}} ln Omega} }$	${ displaystyle {S = ln Omega} }$
Plank-Eynshteyn munosabatlari energiya uchun va burchak chastotasi	${ displaystyle {E = hbar omega} }$	${ displaystyle {E = omega} }$
Plank qonuni (sirt intensivlik birlik uchun qattiq burchak birlik uchun burchak chastotasi ) uchun qora tan da harorat T.	${ displaystyle I ( omega, T) = { frac { hbar omega ^ {3}} {4 pi ^ {3} c ^ {2}}} ~ { frac {1} {e ^ { frac { hbar omega} {k _ { text {B}} T}} - 1}}}$	${ displaystyle I ( omega, T) = { frac { omega ^ {3}} {4 pi ^ {3}}} ~ { frac {1} {e ^ { omega / T} -1 }}}$
Stefan-Boltsman doimiysi σ belgilangan	${ displaystyle sigma = { frac { pi ^ {2} k _ { text {B}} ^ {4}} {60 hbar ^ {3} c ^ {2}}}}$	${ displaystyle sigma = { frac { pi ^ {2}} {60}}}$
Bekenshteyn –Xoking qora tuynuk entropiyasi[44]	${ displaystyle S _ { text {BH}} = { frac {A _ { text {BH}} k _ { text {B}} c ^ {3}} {4G hbar}} = { frac {4 pi Gk _ { text {B}} m _ { text {BH}} ^ {2}} { hbar c}}}$	${ displaystyle S _ { text {BH}} = { frac {A _ { text {BH}}} {4}} = 4 pi m _ { text {BH}} ^ {2}}$
Shredinger tenglamasi	${ displaystyle - { frac { hbar ^ {2}} {2m}} nabla ^ {2} psi ( mathbf {r}, t) + V ( mathbf {r}, t) psi ( mathbf {r}, t) = i hbar { frac { qismli psi ( mathbf {r}, t)} {{qisman t}}}$	${ displaystyle - { frac {1} {2m}} nabla ^ {2} psi ( mathbf {r}, t) + V ( mathbf {r}, t) psi ( mathbf {r} , t) = i { frac { qismli psi ( mathbf {r}, t)} { qisman t}}}$
Hamiltoniyalik shakli Shredinger tenglamasi	${ displaystyle H left | psi _ {t} right rangle = i hbar { frac { qismli} { qisman t}} chap | psi _ {t} o'ng rangle}$	${ displaystyle H left | psi _ {t} right rangle = i { frac { qismli} { qisman t}} chap | psi _ {t} o'ng rangle}$
Ning kovariant shakli Dirak tenglamasi	${ displaystyle (i hbar gamma ^ { mu} kısalt _ { mu} -mc) psi = 0}$	${ displaystyle (i gamma ^ { mu} kısalt _ { mu} -m) psi = 0}$
Unruh harorati	${ displaystyle T = { frac { hbar a} {2 pi ck_ {B}}}}$	${ displaystyle T = { frac {a} {2 pi}}}$
Kulon qonuni	${ displaystyle F = { frac {1} {4 pi epsilon _ {0}}} { frac {q_ {1} q_ {2}} {r ^ {2}}}}$	${ displaystyle F = { frac {q_ {1} q_ {2}} {r ^ {2}}}}$
Maksvell tenglamalari	${ displaystyle nabla cdot mathbf {E} = { frac {1} { epsilon _ {0}}} rho}$ ${ displaystyle nabla cdot mathbf {B} = 0 }$ ${ displaystyle nabla times mathbf {E} = - { frac { kısalt mathbf {B}} { qismli t}}}$ ${ displaystyle nabla times mathbf {B} = { frac {1} {c ^ {2}}} left ({ frac {1} { epsilon _ {0}}} mathbf {J} + { frac { kısalt mathbf {E}} { qismli t}} o'ng)}$	${ displaystyle nabla cdot mathbf {E} = 4 pi rho }$ ${ displaystyle nabla cdot mathbf {B} = 0 }$ ${ displaystyle nabla times mathbf {E} = - { frac { kısalt mathbf {B}} { qismli t}}}$ ${ displaystyle nabla times mathbf {B} = 4 pi mathbf {J} + { frac { qism mathbf {E}} { qismli t}}}$
Ideal gaz qonuni	${ displaystyle PV = nRT}$	${ displaystyle PV = NT}$

Plank tayanch birliklari ko'p o'lchovli doimiylardan olinganligi sababli, ularni ikkinchi va boshqa asosiy birliklar o'rtasidagi munosabatlar sifatida ham ifodalash mumkin.

Jadval 8: Plank tayanch birliklari o'rtasidagi tenglik^[45]

	Plank uzunligi (lP)	Plank massasi (mP)	Plank vaqti (tP)	Plank harorati (TP)	Plank uchun to'lov (qP)
Plank uzunligi (lP)	—	${ displaystyle l _ { text {P}} = { frac { hbar} {m _ { text {P}} c}}}$	${ displaystyle l _ { text {P}} = t _ { text {P}} c}$	${ displaystyle l _ { text {P}} = { frac { hbar c} {T _ { text {P}} k _ { text {B}}}}}$	${ displaystyle l _ { text {P}} = { frac { hbar} {q _ { text {P}} c}} { sqrt { frac {G} {k _ { text {e}}} }}}$
Plank massasi (mP)	${ displaystyle m _ { text {P}} = { frac { hbar} {l _ { text {P}} c}}}$	—	${ displaystyle m _ { text {P}} = { frac { hbar} {t _ { text {P}} c ^ {2}}}}$	${ displaystyle m _ { text {P}} = { frac {T _ { text {P}} k _ { text {B}}} {c ^ {2}}}}$	${ displaystyle m _ { text {P}} = q _ { text {P}} { sqrt { frac {k _ { text {e}}} {G}}}}$
Plank vaqti (tP)	${ displaystyle t _ { text {P}} = { frac {l _ { text {P}}} {c}}}$	${ displaystyle t _ { text {P}} = { frac { hbar} {m _ { text {P}} c ^ {2}}}}$	—	${ displaystyle t _ { text {P}} = { frac { hbar} {T _ { text {P}} k _ { text {B}}}}}$	${ displaystyle t _ { text {P}} = { frac { hbar} {q _ { text {P}} c ^ {2}}} { sqrt { frac {G} {k _ { text { e}}}}}}$
Plank harorati (TP)	${ displaystyle T _ { text {P}} = { frac { hbar c} {l _ { text {P}} k _ { text {B}}}}}$	${ displaystyle T _ { text {P}} = { frac {m _ { text {P}} c ^ {2}} {k _ { text {B}}}}}$	${ displaystyle T _ { text {P}} = { frac { hbar} {t _ { text {P}} k _ { text {B}}}}}$	—	${ displaystyle T _ { text {P}} = { frac {q _ { text {P}} c ^ {2}} {k _ { text {B}}}} { sqrt { frac {k_ { text {e}}} {G}}}}$
Plank uchun to'lov (qP)	${ displaystyle q _ { text {P}} = { frac { hbar} {l _ { text {P}} c}} { sqrt { frac {G} {k _ { text {e}}} }}}$	${ displaystyle q _ { text {P}} = m _ { text {P}} { sqrt { frac {G} {k _ { text {e}}}}}}}$	${ displaystyle q _ { text {P}} = { frac { hbar} {t _ { text {P}} c ^ {2}}} { sqrt { frac {G} {k _ { text { e}}}}}}$	${ displaystyle q _ { text {P}} = { frac {T _ { text {P}} k _ { text {B}}} {c ^ {2}}} { sqrt { frac {G} {k _ { text {e}}}}}}$	—

Normallashtirishning alternativ variantlari

Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, Plank birliklari ma'lum bir doimiy konstantalarning son qiymatlarini 1 ga "normallashtirish" natijasida hosil bo'ladi. Ushbu normallashtirishlar mumkin bo'lgan yagona narsa emas va shart emas. Bundan tashqari, fizikaning asosiy tenglamalarida paydo bo'ladigan omillar orasida qanday omillarni normallashtirishni tanlash aniq emas va Plank birliklarining qiymatlari ushbu tanlovga sezgir.

4-omilπ hamma joyda mavjud nazariy fizika chunki a sirtining maydoni soha radiusning r 4.πr² uchta o'lchamdagi sferik simmetriyaga ega bo'lgan kontekstda. Bu kontseptsiya bilan bir qatorda oqim, uchun asosdir teskari kvadrat qonun, Gauss qonuni, va kelishmovchilik operatori murojaat qildi oqim zichligi. Masalan, tortishish kuchi va elektrostatik maydonlar nuqta zaryadlari bilan ishlab chiqarilgan sferik simmetriyaga ega (Barrow 2002: 214-15). 4πr² Kulon qonunining maxrajida paydo bo'lgan ratsionalizatsiya qilingan shakl Masalan, shar yuzasida bir tekis taqsimlangan elektrostatik maydon oqimidan kelib chiqadi. Nyutonning umumiy tortishish qonuni uchun ham xuddi shunday. (Agar kosmik uchdan ortiq fazoviy o'lchamlarga ega bo'lsa, 4-omilπ ning geometriyasiga ko'ra o'zgartirilishi mumkin edi yuqori o'lchamdagi shar.)

Shuning uchun Plank (1899) dan beri ishlab chiqilgan fizik nazariyaning sezilarli qismi normallashmaslikni taklif qiladi G lekin 4πG (yoki 8πG yoki 16πG) ga 1. Bunday qilish omilni keltirib chiqaradi 1/4π (yoki 1/8π yoki 1/16π) vakuum o'tkazuvchanligi nuqtai nazaridan Kulon qonunining zamonaviy ratsionalizatsiya qilingan formulasiga mos keladigan, butun olam tortishish qonunining o'lchovsiz shakliga. Aslida, muqobil normallashtirish ko'pincha omilni saqlab qoladi 1/4π Kulomb qonunining o'lchovsizlashtirilgan shaklida ham, shuning uchun elektromagnetizm uchun o'lchovsiz Maksvell tenglamalari va gravitoelektromagnetizm ikkalasi ham SI ning elektromagnetizmi bilan bir xil shaklga ega bo'lib, ularda 4 omillari yo'qπ. Bu elektromagnit konstantalarga nisbatan qo'llanilganda, ε₀, bu birlik tizimi "deb nomlanganratsionalizatsiya qilingan". Gravitatsiya va Plank birliklariga qo'shimcha qo'llanilganda, ular deyiladi ratsionalizatsiya qilingan Plank birliklari^[46] va yuqori energiya fizikasida ko'rinadi.^[47]

Ratsionalizatsiya qilingan Plank birliklari shunday aniqlangan ${ displaystyle c = 4 pi G = hbar = varepsilon _ {0} = k _ { text {B}} = 1}$.

Mumkin bo'lgan bir nechta muqobil normallashtirish mavjud.

Gravitatsion doimiy

1899 yilda Nyutonning butun olam tortishish qonuni "kichik" tezlik va massalar uchun qulay yaqinlashish ushlagichi sifatida emas, balki baribir aniq deb qaraldi (Nyuton qonunining taxminiy tabiati rivojlanishidan keyin ko'rsatildi umumiy nisbiylik 1915 yilda). Shuning uchun Plank 1 ga normalizatsiya qilindi tortishish doimiysi G Nyuton qonunida. 1899 yildan keyin paydo bo'lgan nazariyalarda, G deyarli har doim 4 ga ko'paytirilgan formulalarda ko'rinadiπ yoki ularning ko'p sonli kichik soni. Hence, a choice to be made when designing a system of natural units is which, if any, instances of 4π appearing in the equations of physics are to be eliminated via the normalization.

• Normalizing 4πG to 1 (and therefore setting G = 1/4π):

• Yer tortish kuchi uchun Gauss qonuni bo'ladi Φ_g = −M (dan ko'ra Φ_g = −4πM in Planck units).
• Eliminates 4πG dan Puasson tenglamasi.
• Eliminates 4πG ichida gravitoelectromagnetic (GEM) equations, which hold in weak tortishish maydonlari yoki locally flat spacetime. These equations have the same form as Maxwell's equations (and the Lorents kuchi equation) of elektromagnetizm, bilan massa zichligi almashtirish zaryad zichligi va bilan 1/4πG almashtirish ε₀.
• Normalizes the xarakterli impedans Z_g ning gravitatsion nurlanish in free space to 1 (normally expressed as 4πG/v).^{[eslatma 1]}
• Eliminates 4πG from the Bekenstein–Hawking formula (for the entropy of a black hole in terms of its mass m_BH and the area of its voqealar ufqi A_BH) which is simplified to S_BH = πA_BH = (m_BH)².

• O'rnatish 8πG = 1 (and therefore setting G = 1/8π). This would eliminate 8πG dan Eynshteyn maydon tenglamalari, Eynshteyn-Xilbert harakati, va Fridman tenglamalari, for gravitation. Planck units modified so that 8πG = 1 sifatida tanilgan reduced Planck units, chunki Plank massasi ga bo'linadi √8π. Also, the Bekenstein–Hawking formula for the entropy of a black hole simplifies to S_BH = (m_BH)²/2 = 2πA_BH.
• O'rnatish 16πG = 1 (and therefore setting G = 1/16π). This would eliminate the constant v⁴/16πG from the Einstein–Hilbert action. The form of the Einstein field equations with kosmologik doimiy Λ bo'ladi R_mkν − 1/2Rg_mkν + Λg_mkν = 1/2T_mkν.

Electromagnetic constant

• Normalizing the Kulon kuchi doimiysi k_e = 1/4πε₀ to 1 (as does the cgs system of units):
  • Sets the derived coherent unit of impedance equal to Z₀/4π, qayerda Z₀ bo'ladi characteristic impedance of free space.
• Normalizing the bo'sh joyning o'tkazuvchanligi ε₀ to 1 (and therefore setting k_e = 1/4π):
  • Sets the bo'sh joyning o'tkazuvchanligi m₀ = 1 (because v = 1).
  • Sets the derived unit of impedance to the characteristic impedance of free space, Z₀ (or sets the characteristic impedance of free space Z₀ to 1).
  • Eliminates 4π from the nondimensionalized form of Maksvell tenglamalari.
  • Yo'q qiladi ε₀ from the nondimensionalized form of Kulon qonuni, but has 4πr² remaining in the denominator (which is the surface area of the enclosing sphere at radius r).
  • Equates the notions of oqim zichligi va maydon kuchi in free space.
  • Bu holda elementar zaryad, measured in terms of the ratsionalizatsiya qilingan resulting unit of charge, is

    ${displaystyle e={sqrt {4pi alpha }}cdot q_{{ ext{P}}'}approx 0.30282212cdot q_{{ ext{P}}'},}$

qayerda ${displaystyle {alpha }}$ bo'ladi nozik tuzilishga doimiy. This convention is seen in high-energy physics.

Boltsman doimiy

Planck normalized to 1 the Boltsman doimiy k_B.

• Normallashtirish 1/2k_B to 1 (and therefore setting k_B = 2):
  • Removes the factor of 1/2 in the nondimensionalized equation for the issiqlik energiyasi zarrachaga per erkinlik darajasi.
  • Introduces a factor of 2 into the nondimensionalized form of Boltzmann's entropy formula.
  • Does not affect the value of any of the base or derived Planck units listed in Tables 3 and 4.

Plank doimiysi kamayadi

Modern Planck units normalize to 1 the Plank doimiysi kamayadi. This is the only constant in the system that affects all base units altogether in the same proportional way.

• Normallashtirish h (o'rniga ħ) to 1 (and therefore setting ħ = 1/2π):
  • Restores the original form of the units as proposed by Maks Plank (qarang § tarix )
  • Multiplies all the Planck base units by √2π (i.e. all base units will be 2.5066 times larger).
• Normallashtirish aħ to 1 (and therefore setting ħ = 1/a):
  • Sets the resulting unit of charge equal to the elementar zaryad (q_P = e) if in conjunction with k_e = 1.
  • Multiplies all the other Planck base units by √a (i.e. all base units will be 11.7 times kichikroq).

Planck units and the invariant scaling of nature

Ushbu bo'lim ehtimol o'z ichiga oladi original tadqiqotlar. Iltimos uni yaxshilang tomonidan tasdiqlash qilingan va qo'shilgan da'volar satrda keltirilgan. Faqat asl tadqiqotlardan iborat bayonotlar olib tashlanishi kerak. (Aprel 2020) (Ushbu shablon xabarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

Some theorists (such as Dirak va Milne ) have proposed kosmologiyalar that conjecture that physical "constants" might actually change over time (e.g. a yorug'likning o'zgaruvchan tezligi yoki Dirac varying-G nazariya ). Such cosmologies have not gained mainstream acceptance and yet there is still considerable scientific interest in the possibility that physical "constants" might change, although such propositions introduce difficult questions. Perhaps the first question to address is: How would such a change make a noticeable operational difference in physical measurement or, more fundamentally, our perception of reality? If some particular physical constant had changed, how would we notice it, or how would physical reality be different? Which changed constants result in a meaningful and measurable difference in physical reality? Agar a jismoniy doimiy bu emas o'lchovsiz kabi yorug'lik tezligi, qildi in fact change, would we be able to notice it or measure it unambiguously? – a question examined by Maykl Duff in his paper "Comment on time-variation of fundamental constants".^[48][49]

Jorj Gamov uning kitobida bahslashdi Mo''jizalar dunyosidagi janob Tompkins that a sufficient change in a dimensionful physical constant, such as the speed of light in a vacuum, would result in obvious perceptible changes. But this idea is challenged:

[An] important lesson we learn from the way that pure numbers like a define the world is what it really means for worlds to be different. The pure number we call the fine structure constant and denote by a is a combination of the electron charge, e, the speed of light, v, and Planck's constant, h. At first we might be tempted to think that a world in which the speed of light was slower would be a different world. But this would be a mistake. Agar v, hva e were all changed so that the values they have in metric (or any other) units were different when we looked them up in our tables of physical constants, but the value of a remained the same, this new world would be observationally indistinguishable from our world. The only thing that counts in the definition of worlds are the values of the dimensionless constants of Nature. If all masses were doubled in value [including the Planck mass m_P ] you cannot tell because all the pure numbers defined by the ratios of any pair of masses are unchanged.

— Barrow 2002^[28]

Referring to Duff's "Comment on time-variation of fundamental constants"^[48] and Duff, Okun, and Venesiano 's paper "Trialogue on the number of fundamental constants",^[50] particularly the section entitled "The operationally indistinguishable world of Mr. Tompkins", if all physical quantities (masses and other properties of particles) were expressed in terms of Planck units, those quantities would be dimensionless numbers (mass divided by the Planck mass, length divided by the Planck length, etc.) and the only quantities that we ultimately measure in physical experiments or in our perception of reality are dimensionless numbers. When one commonly measures a length with a ruler or tape-measure, that person is actually counting tick marks on a given standard or is measuring the length relative to that given standard, which is a dimensionless value. It is no different for physical experiments, as all physical quantities are measured relative to some other like-dimensioned quantity.

We can notice a difference if some dimensionless physical quantity such as nozik tuzilishga doimiy, a, changes or the proton-to-electron mass ratio, m_p/m_e, changes (atomic structures would change) but if all dimensionless physical quantities remained unchanged (this includes all possible ratios of identically dimensioned physical quantity), we cannot tell if a dimensionful quantity, such as the yorug'lik tezligi, v, has changed. And, indeed, the Tompkins concept becomes meaningless in our perception of reality if a dimensional quantity such as v has changed, even drastically.

If the speed of light v, were somehow suddenly cut in half and changed to 1/2v (but with the axiom that barchasi dimensionless physical quantities remain the same), then the Planck length would kattalashtirish; ko'paytirish 2 marta√2 from the point of view of some unaffected observer on the outside. Measured by "mortal" observers in terms of Planck units, the new speed of light would remain as 1 new Planck length per 1 new Planck time – which is no different from the old measurement. But, since by axiom, the size of atoms (approximately the Bor radiusi ) are related to the Planck length by an unchanging dimensionless constant of proportionality:

${displaystyle a_{0}={frac {4pi epsilon _{0}hbar ^{2}}{m_{e}e^{2}}}={frac {m_{ ext{P}}}{m_{e}alpha }}l_{ ext{P}}.}$

Then atoms would be bigger (in one dimension) by 2√2, each of us would be taller by 2√2, and so would our metre sticks be taller (and wider and thicker) by a factor of 2√2. Our perception of distance and lengths relative to the Planck length is, by axiom, an unchanging dimensionless constant.

Our clocks would tick slower by a factor of 4√2 (from the point of view of this unaffected observer on the outside) because the Planck time has increased by 4√2 but we would not know the difference (our perception of durations of time relative to the Planck time is, by axiom, an unchanging dimensionless constant). This hypothetical unaffected observer on the outside might observe that light now propagates at half the speed that it previously did (as well as all other observed velocities) but it would still travel 299792458 bizning yangi metres in the time elapsed by one of our yangi seconds (1/2v × 4√2 ÷ 2√2 continues to equal 299792458 Xonim). We would not notice any difference.

This contradicts what Jorj Gamov kitobida yozadi Janob Tompkins; there, Gamow suggests that if a dimension-dependent universal constant such as v changed significantly, we bo'lardi easily notice the difference. The disagreement is better thought of as the ambiguity in the phrase "changing a physical constant"; what would happen depends on whether (1) all other o'lchovsiz constants were kept the same, or whether (2) all other dimension-qaram bo'lgan constants are kept the same. The second choice is a somewhat confusing possibility, since most of our units of measurement are defined in relation to the outcomes of physical experiments, and the experimental results depend on the constants. Gamow does not address this subtlety; the thought experiments he conducts in his popular works assume the second choice for "changing a physical constant". And Duff or Barrow would point out that ascribing a change in measurable reality, i.e. a, to a specific dimensional component quantity, such as v, is unjustified. The very same operational difference in measurement or perceived reality could just as well be caused by a change in h yoki e agar a is changed and no other dimensionless constants are changed. It is only the dimensionless physical constants that ultimately matter in the definition of worlds.^[48][51]

This unvarying aspect of the Planck-relative scale, or that of any other system of natural units, leads many theorists to conclude that a hypothetical change in dimensionful physical constants can only be manifest as a change in dimensionless physical constants. One such dimensionless physical constant is the nozik tuzilishga doimiy. There are some experimental physicists who assert they have in fact measured a change in the fine structure constant^[52] and this has intensified the debate about the measurement of physical constants. According to some theorists^[53] there are some very special circumstances in which changes in the fine-structure constant mumkin be measured as a change in dimensionful physical constants. Others however reject the possibility of measuring a change in dimensionful physical constants under any circumstance.^[48] The difficulty or even the impossibility of measuring changes in dimensionful physical constants has led some theorists to debate with each other whether or not a dimensionful physical constant has any practical significance at all and that in turn leads to questions about which dimensionful physical constants are meaningful.^[50]

Shuningdek qarang

Izohlar

Adabiyotlar

Iqtiboslar

Manbalar

Tashqi havolalar

Ushbu maqola foydalanish tashqi havolalar Vikipediya qoidalari yoki ko'rsatmalariga amal qilmasligi mumkin. Iltimos ushbu maqolani yaxshilang olib tashlash orqali haddan tashqari yoki noo'rin tashqi havolalar va kerak bo'lganda foydali havolalarni aylantirish izohlarga havolalar. (Iyun 2020) (Ushbu shablon xabarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

• Asosiy barqarorlarning qiymati xabar berganidek Plank birliklari, shu jumladan Milliy standartlar va texnologiyalar instituti (NIST).
• C-E bo'limlari resurslar to'plami Plank birliklarida ayiq. 2011 yildan boshlab ushbu sahifalar planck.org veb-saytidan olib tashlandi. Dan foydalaning Orqaga qaytish mashinasi veb-saytning 2011 yilgacha bo'lgan versiyalariga kirish. 8. Nima uchun yaxshi muhokamaπG bajarayotganda 1 ga normalizatsiya qilinishi kerak umumiy nisbiylik va kvant tortishish kuchi. Ko'pgina havolalar.
• "Plank davr" va "Plank vaqti" (10 gacha)⁻⁴³ soniyadan keyin tug'ilish ning Koinot ) (Oregon universiteti ).
• Tabiat konstantalari: Kvant kosmik nazariyasi Plank birliklarining boshqa to'plamini taklif qiladi va ular bo'yicha 31 fizik konstantani belgilaydi.
• Plank shkalasi: nisbiylik kvant mexanikasi bilan tortishish kuchiga mos keladi UNSW-dagi "Eynshteyn nuri" dan
• Oliy o'lchovli algebra va Plank miqyosidagi fizika tomonidan Jon C. Baez
• Plank shkalasiga oltita oson yo'l
• Sivaram, C. (1986 yil 1-avgust). "Plank davri orqali koinot evolyutsiyasi". Astrofizika va kosmik fan. 125 (1): 189–199. Bibcode:1986Ap & SS.125..189S. doi:10.1007 / BF00643984. ISSN  1572-946X. S2CID  123344693.