Планковские единицы
Единицы Планка являются физическими единицами измерения. Система этих единиц была впервые разработана Максом Планком. Определение пяти базовых единиц Планка основано только на пяти физических константах, обнаруженных в природе. Когда единицы Планка используются для выражения любой из этих пяти физических констант, значение 1, что позволяет физикам упростить многие уравнения о законе физики. Планк предложил эти единицы в 1899 году. Они также известны как природные единицы, потому что их определение происходит только от свойств природы, а не от любой человеческой конструкции. Единицы Планка - это только одна система природных единиц среди других систем. Они считаются уникальными, потому что эти единицы не основываются на свойствах какого-либо прототипа объекта или частицы (которая была бы выбрана произвольно), а основываются только на свойствах свободного пространства. Константами, которые единицы Планка, по определению, нормализуются к 1, являются:
- Гравитационная константа, Джи;
- Сокращенная константа Планка, ħ;
- Скорость света в вакууме, с;
- Кулоновская константа, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}}
(иногда "ке" или "к"); - Константа Больцмана, кБ (иногда к).
Каждая из этих констант может быть связана, по крайней мере, с одной фундаментальной физической теорией: c - с особой относительностью, G - с общей относительностью и ньютоновским законом всеобщей гравитации, ħ - с квантовой механикой, ε0 - с электростатикой, kB - со статистической механикой и термодинамикой. Планковые единицы очень важны для теоретической физики, поскольку они упрощают несколько повторяющихся алгебраических выражений закона физики. Они особенно актуальны в исследованиях унифицированных теорий, таких как квантовая гравитация.
Блоки Планка могут иногда полушумно называться физиками "Божьими единицами". Они устраняют из системы единиц человеческий произвол: некоторые физики утверждают, что при общении с внеземным интеллектом необходимо будет использовать такую систему единиц, чтобы сделать общую ссылку на масштаб. В отличие от метра и второго, которые существуют как фундаментальные единицы в системе СИ по историческим причинам (в истории человечества), длина Планка и время Планка концептуально связаны на фундаментальном физическом уровне.
Естественные единицы помогают физикам переосмыслить вопросы. Фрэнк Вильчек выразился лаконично:
...мы видим, что вопрос [поставленный] не в том, "Почему гравитация так слаба?", а в том, "Почему масса протона так мала". Ведь в Естественных (Планковских) единицах сила тяжести - это просто первичная величина, в то время как масса протона - крошечное число [1/(13 квинтильон)]....
- Июнь 2001 Физика сегодня
Сила тяжести - это просто то, что есть, а сила электромагнитного излучения - просто то, что есть. Электромагнитная сила действует на физическую величину (электрический заряд), отличную от силы тяжести (массы), поэтому ее нельзя сравнивать непосредственно с силой тяжести. Заметим, что гравитация - это чрезвычайно слабая сила, как, например, сравнение яблок и апельсинов. Верно, что электростатическая сила отталкивания между двумя протонами (только в свободном пространстве) значительно превышает гравитационную силу притяжения между теми же двумя протонами, и это потому, что заряд на протонах приблизительно равен единице заряда Планка, но масса протонов намного, намного меньше массы Планка.
Вопросы и ответы
В: Что такое единицы Планка?
О: Единицы Планка - это физические единицы измерения, впервые разработанные Максом Планком, основанные на четырех физических константах, встречающихся в природе. Когда единица используется для выражения любой из этих четырех физических констант, ее значение равно 1.
В: На чем основаны четыре основные единицы Планка?
О: Четыре основные единицы Планка основаны только на четырех физических константах, встречающихся в природе, которые включают скорость света в вакууме (c), гравитационную постоянную (G), уменьшенную постоянную Планка (ħ) и постоянную Больцмана (kB).
В: Почему они называются естественными единицами?
О: Они называются естественными единицами, потому что они происходят только из свойств природы, а не из каких-либо человеческих построений.
В: Как натуральные единицы помогают физикам?
О: Естественные единицы помогают физикам упростить несколько повторяющихся алгебраических выражений физических законов и переформулировать вопросы. Они также устраняют человеческий произвол из системы единиц.
В: С какими теориями связана каждая из этих констант, по крайней мере, одна фундаментальная физическая теория?
О: С c связана специальная теория относительности, с G связана общая теория относительности и закон Ньютона о всемирном тяготении, с ħ связана квантовая механика, с ε0 связана электростатика, а с kB связана статистическая механика и термодинамика.
В: Почему единицы Планка иногда полушутливо называют "единицами Бога"?
О: Их могут называть "Божьими единицами", потому что они устраняют человеческий произвол из системы единиц, и некоторые физики утверждают, что общение с внеземным разумом должно было бы использовать такую систему единиц, чтобы сделать общую ссылку на масштаб.
