Μονάδες Πλανκ

Οι μονάδες Planck είναι φυσικές μονάδες μέτρησης. Το σύστημα αυτών των μονάδων αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από τον Μαξ Πλανκ. Ο ορισμός των πέντε βασικών μονάδων Planck βασίζεται μόνο σε πέντε φυσικές σταθερές που απαντώνται στη φύση. Όταν οι μονάδες Planck χρησιμοποιούνται για να εκφράσουν οποιαδήποτε από αυτές τις πέντε φυσικές σταθερές, η τιμή είναι 1. Αυτό επιτρέπει στους φυσικούς να απλοποιήσουν πολλές εξισώσεις σχετικά με τους φυσικούς νόμους. Ο Planck πρότεινε αυτές τις μονάδες το 1899. Είναι επίσης γνωστές ως φυσικές μονάδες επειδή η προέλευση του ορισμού τους προέρχεται μόνο από ιδιότητες της φύσης και όχι από οποιαδήποτε ανθρώπινη κατασκευή. Οι μονάδες Planck είναι μόνο ένα σύστημα φυσικών μονάδων μεταξύ άλλων συστημάτων. Θεωρούνται μοναδικές, επειδή οι μονάδες αυτές δεν βασίζονται σε ιδιότητες οποιουδήποτε πρωτότυπου αντικειμένου ή σωματιδίου (που θα επιλέγονταν αυθαίρετα), αλλά βασίζονται μόνο στις ιδιότητες του ελεύθερου χώρου. Οι σταθερές που οι μονάδες Planck, εξ ορισμού, κανονικοποιούν στο 1 είναι οι εξής:

• Σταθερά βαρύτητας, G,
• Μειωμένη σταθερά Planck, ħ,
• Ταχύτητα του φωτός στο κενό, c,
• Σταθερά Coulomb, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}} (μερικές φορές _ke ή k),
• Σταθερά του Boltzmann, _kB (μερικές φορές k).

Κάθε μία από αυτές τις σταθερές μπορεί να συνδεθεί με τουλάχιστον μία θεμελιώδη φυσική θεωρία: το c με την ειδική σχετικότητα, το G με τη γενική σχετικότητα και τον νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας του Νεύτωνα, το ħ με την κβαντομηχανική, το ε0 με την ηλεκτροστατική και το _kB με τη στατιστική μηχανική και τη θερμοδυναμική. Οι μονάδες Planck είναι πολύ σημαντικές για τη θεωρητική φυσική, επειδή απλοποιούν αρκετές επαναλαμβανόμενες αλγεβρικές εκφράσεις των φυσικών νόμων. Είναι ιδιαίτερα σημαντικές στην έρευνα για ενοποιημένες θεωρίες όπως η κβαντική βαρύτητα.

Οι μονάδες Planck μπορεί μερικές φορές να αναφέρονται από τους φυσικούς με ημι-χιουμοριστικό τρόπο ως "μονάδες του Θεού". Εξαλείφουν την ανθρωποκεντρική αυθαιρεσία από το σύστημα μονάδων: ορισμένοι φυσικοί υποστηρίζουν ότι η επικοινωνία με εξωγήινη νοημοσύνη θα έπρεπε να χρησιμοποιεί ένα τέτοιο σύστημα μονάδων για να κάνει κοινή αναφορά στην κλίμακα. Σε αντίθεση με το μέτρο και το δευτερόλεπτο, που υπάρχουν ως θεμελιώδεις μονάδες στο σύστημα SI για ιστορικούς λόγους (στην ανθρώπινη ιστορία), το μήκος Planck και ο χρόνος Planck συνδέονται εννοιολογικά σε θεμελιώδες φυσικό επίπεδο.

Οι φυσικές μονάδες βοηθούν τους φυσικούς να επαναπροσδιορίσουν τα ερωτήματα. Ο Frank Wilczek το θέτει αυτό συνοπτικά:

...Βλέπουμε ότι το ερώτημα [που τίθεται] δεν είναι, "Γιατί η βαρύτητα είναι τόσο αδύναμη;" αλλά μάλλον, "Γιατί η μάζα του πρωτονίου είναι τόσο μικρή;". Διότι σε Φυσικές Μονάδες (Planck), η ισχύς της βαρύτητας είναι απλώς αυτό που είναι, ένα πρωταρχικό μέγεθος, ενώ η μάζα του πρωτονίου είναι ο μικροσκοπικός αριθμός [1/(13 πεντάκις εκατομμύρια)]...

- Ιούνιος 2001 Physics Today

Η ισχύς της βαρύτητας είναι απλώς αυτό που είναι και η ισχύς της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης είναι απλώς αυτό που είναι. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη λειτουργεί με διαφορετικό φυσικό μέγεθος (ηλεκτρικό φορτίο) από τη βαρύτητα (μάζα), οπότε δεν μπορεί να συγκριθεί άμεσα με τη βαρύτητα. Η επισήμανση ότι η βαρύτητα είναι μια εξαιρετικά ασθενής δύναμη είναι, από τη σκοπιά των μονάδων Planck, σαν να συγκρίνουμε μήλα με πορτοκάλια. Είναι αλήθεια ότι η ηλεκτροστατική απωστική δύναμη μεταξύ δύο πρωτονίων (μόνα τους στον ελεύθερο χώρο) υπερβαίνει κατά πολύ τη βαρυτική ελκτική δύναμη μεταξύ των ίδιων δύο πρωτονίων, και αυτό συμβαίνει επειδή το φορτίο των πρωτονίων είναι περίπου η μονάδα φορτίου Planck, αλλά η μάζα των πρωτονίων είναι πολύ, πολύ μικρότερη από τη μάζα Planck.

Ερωτήσεις και απαντήσεις

Ερ: Τι είναι οι μονάδες Πλανκ;

Ερ: Σε τι βασίζονται οι τέσσερις βασικές μονάδες Planck;

Ερ: Γιατί ονομάζονται φυσικές μονάδες;

Ερ: Πώς βοηθούν οι φυσικές μονάδες τους φυσικούς;

Ερ: Ποιες θεωρίες Κάθε μία από αυτές τις σταθερές έχει τουλάχιστον μία θεμελιώδη φυσική θεωρία που συνδέεται με αυτές;

Ερ: Γιατί οι μονάδες του Planck μερικές φορές αναφέρονται ημι-χιουμοριστικά ως "μονάδες του Θεού";

Αναζήτηση με γράμμα