что такое планковское время

Планковское время

Планковское время – единица измерения времени, предложенная Максом Планком в 1899-м году. Является представителем естественной системы единиц, которую разработал немецкий ученый, и которая была названа в его честь планковской системой единиц.

Планковское время обозначается строчной буквой «t» с индексом P, а ее значение равняется около t_P= 5,391 х 10 −44 с. Физический смысл данной единицы состоит в следующем – это время, за которое частица может преодолеть планковскую длину, передвигаясь со скоростью света.

Материалы по теме

Время жизни звезд

Для вычисления планковского времени нужно умножить редуцированную постоянную Планка на гравитационную постоянную, далее разделить это на скорость света в пятой степени, и из полученного результата извлечь квадратный корень.

Как известно, существует ряд теорий Великого объединения, согласно которым сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия могут быть объединены при высоких энергиях. Однако гравитационные силы никоим образом не вписываются в конструкции указанных теорий. По этой причине при зарождении Вселенной должен был иметь место момент, в который гравитационные силы были отделены от других типов взаимодействия. С точки зрения современной космологии таким моментом является конец так называемой планковской эпохи, которая длилась ровно одно планковское время.

Данная единица измерения не является предельной и может не нести в себе никакого особого физического значения. Предполагается, что планковское время может составлять некую временную шкалу, в масштабах которой проявляются эффекты квантовой гравитации. То есть процессы с участием гравитационной силы, которые могут быть описаны квантовой физикой.

На сегодня наименьший промежуток времени, который ученым удалось наблюдать экспериментально равен 10 −18 с (одна аттосекунда).

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Источник

Планковское время

Пла́нковское вре́мя (t_P) — единица времени в планковской системе единиц, величина, имеющая размерность времени и, как и другие планковские единицы, составленная из произведения фундаментальных констант в соответствующих степенях. Физический смысл этой величины — время, за которое частица, двигаясь со скоростью света, преодолеет планковскую длину. Планковская система единиц названа в честь Макса Планка.

— постоянная Дирака, — гравитационная постоянная, — скорость света в вакууме, выражено в секундах.

Значение

Согласно теории Большого взрыва, мы ничего не можем сказать про вселенную в начальный момент времени, хотя предполагается, что в ней присутствуют все фундаментальные взаимодействия, а также все виды материи и энергии. Пространство-время начинает расширяться из одной точки. Спустя одно планковское время после этого события, согласно современной теоретической физике, гравитационные силы отделяются от остальных сил.

Время, прошедшее с момента Большого взрыва (4,3·10 17 с), примерно равняется 8·10 60 планковским временам.

На сегодняшний день самый маленький экспериментально наблюдаемый промежуток времени составляет порядка аттосекунды (10 −18 с), что соответствует 10 26 планковским временам.

См. также

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Планковское время» в других словарях:

Время суток — Сюда перенаправляется запрос «24 часовой формат времени». На эту тему нужна отдельная статья. Время суток широко используемый на Земле способ исчисления времени, основанный на изменении положения солнца на небе, приблизительно являющемся… … Википедия

Время (физика) — Сейчас 9 июня 2009, 02:30 (UTC) Время одно из основных понятий физики и философии, одна из координат пространства времени, вдоль которой протянуты мировые линии физических тел, а также сознание. В диалектическом материализме время это… … Википедия

Время спутниковых навигационных систем — Спутниковые навигационные системы GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия) функционируют в собственном системном времени. Все процессы измерений фиксируются в этой шкале времени. Необходимо, чтобы шкалы времени используемых спутников были согласованы между… … Википедия

Время Ч — Бойцы Красной Армии идут в атаку. Великая Отечест … Википедия

Планковское давление — Планковское давление единица давления в планковской системе единиц, обозначаемая pP, величина, имеющая размерность давления и, как и другие планковские единицы, составленная из произведения фундаментальных констант в соответствующих… … Википедия

Планковское напряжение — Планковское напряжение единица измерения напряжения, обозначаемая VP, в одной из систем естественных единиц измерения, известной как планковские единицы. Через фундаментальные константы физики оно определяется так: 1,04295 × 1027 В, где:… … Википедия

Международное атомное время — (TAI, фр. Temps Atomique International) время, в основу измерения которого положены электромагнитные колебания, излучаемые атомами или молекулами при переходе из одного энергетического состояния в другое. С появлением в 1955… … Википедия

Всемирное время — или UT (англ. Universal Time) шкала времени, основанная на вращении Земли. Всемирное время является современной заменой среднего времени по Гринвичу (GMT), которое сейчас иногда некорректно используется в качестве синонима для… … Википедия

Всемирное координированное время — (UTC) стандарт, по которому общество регулирует часы и время. Отличается на целое количество секунд от атомного времени и на дробное количество секунд от всемирного времени UT1. UTC было введено вместо устаревшего среднего времени по… … Википедия

Земное время — Земное время, Terrestrial Time (ТТ) современный астрономический стандарт, разработанный Международным астрономическим союзом для определения времени астрономических наблюдений, сделанных с поверхности Земли. Земное время является… … Википедия

Источник

Почему существуют пределы того, что могут прогнозировать физики?

Если делить вещество во Вселенной на все меньшие и меньшие составляющие, вы в конечном итоге достигнете ограничения, столкнувшись с фундаментальной и неделимой частицей. Все макроскопические объекты можно поделить на молекулы, даже атомы, затем электроны (которые фундаментальны) и ядра, затем на протоны и нейтроны, и, наконец, внутри них будут кварки и глюоны. Электроны, кварки и глюоны — примеры фундаментальных частиц, которые нельзя разделить еще больше. Но как такое возможно, чтобы у самого времени и пространства были такие же ограничения? Почему вообще существуют значения Планка, которые уже нельзя делить дальше?

Чтобы понять, откуда берется планковская величина, стоит начать с двух столпов, которые управляют реальностью: общая теория относительности и квантовая физика.

Общая теория относительности связывает материю и энергию, существующие во Вселенной, с кривизной и деформацией ткани пространства-времени. Квантовая физика описывает, как различные частицы и поля взаимодействуют между собой внутри ткани пространства-времени, в том числе и в очень малых масштабах. Существует две фундаментальные физические константы, которые играют роль в общей теории относительности: G — гравитационная постоянная Вселенной, и c — скорость света. G возникает, поскольку задает показатель деформации пространства-времени в присутствии вещества и энергии; c — потому что это гравитационное взаимодействие распространяется в пространстве-времени на скорости света.

В квантовой механике тоже появляется две фундаментальные константы: c и h, где последняя — это постоянная Планка. c — это ограничение скорости всех частиц, скорость, с которой должны двигаться все безмассовые частицы, и максимальная скорость, с которой может распространяться любое взаимодействие. Постоянная Планка была невероятной важной для описания того, как квантуются (считаются) квантовые энергетические уровни, взаимодействия между частицами и все возможные исходы событий. Электрон, вращающийся вокруг протона, может иметь любое количество энергетических уровней, но все они появляются дискретными шагами, и размер этих шагов определяется h.

Совместите три этих постоянных: G, c и h, и сможете использовать разные их сочетания для построения шкалы длины, массы и периода времени. Они известны, соответственно, как длина Планка, масса Планка и время Планка. (Можно построить и другие величины, например, энергию Планка, температуру Планка и так далее). Все это, в общем и целом, шкала длины, массы и времени, при которых — в отсутствие какой-либо другой информации — будут значительными квантовые эффекты. Есть хорошие причины полагать, что это так и есть, и довольно легко понять — почему так.

Представьте, что у вас есть частица определенной массы. Вы задаете вопрос: «Если бы моя частица имела такую массу, в насколько малый объем ее нужно сжать, чтобы она стала черной дырой?». Вы еще можете спросить: «Если бы у меня была черная дыра определенного размера, за какое время частица, двигающаяся на скорости света, преодолела бы расстояние, равное этому размеру?». Масса Планка, длина Планка и время Планка соответствуют именно таким величинам: черная дыра планковской массы будет планковской длины и пересекаться со скорость света за планковское время.

Но планковская масса намного, намного более массивна, чем любые частицы, которые мы когда-либо создавали; она в 10 19 раз тяжелее протона! Длина Планка, точно так же, в 10 14 раз меньше любого расстояния, которое мы когда-либо зондировали, а планковское время в 10 25 раз меньше любого прямо измеренного. Эти масштабы никогда не были напрямую доступны для нас, но они важны по другой причине: планковская энергия (которую вы можете получить, поместив планковскую массу в E = mc 2 ) – это масштаб, при котором квантово-гравитационные эффекты начинают приобретать важность и значимость.

Это значит, что при энергии такой величины — или временных масштабах короче времени Планка, или шкалы длины меньше длины Планка — наши нынешние законы физики должны нарушаться. В игру вступают эффекты квантовой гравитации, и предсказания общей теории относительности перестают быть надежными. Кривизна пространства становится очень большой, а значит и «фон», который мы используем для расчета квантовых величин, тоже перестает быть надежным. Неопределенность энергии и времени означает, что неопределенности становятся выше значений, которые мы знаем как рассчитать. Короче говоря, привычная нам физика больше не работает.

Для нашей Вселенной это не проблема. Эти энергетические масштабы в 10 15 раз выше, чем те, которых может достичь Большой адронный коллайдер, и в 100 000 000 раз больше самых энергетических частиц, которые создает сама Вселенная (космические лучи высокой энергии), и даже в 10 000 раз выше показателей, которых достигла Вселенная сразу после Большого Взрыва. Но если бы мы хотели исследовать эти пределы, есть одно место, где они могут быть важны: в сингулярностях, расположенных в центрах черных дыр.

В этих местах массы, значительно превосходящие планковскую массу, сжимаются в размер, теоретически меньший длины Планка. Если во Вселенной есть место, где мы сводим все линии в одну и входим в режим Планка, то это оно. Мы не можем получить к нему доступ сегодня, потому что оно закрыто горизонтом событий черной дыры и недоступно. Но если мы будем достаточно терпеливы — а терпения потребуется много — Вселенная даст нам такую возможность.

Видите ли, черные дыры со временем медленно распадаются. Интеграция квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени ОТО означает, что небольшое количество излучения испускается в пространстве вне горизонта событий, а энергия для этого излучения исходит из массы черной дыры. Со временем масса черной дыры уменьшается, горизонт событий сжимается, и через 10 67 лет черная дыра солнечной массы полностью испарится. Если бы мы могли получить доступ ко всему излучению, покинувшему черную дыру, включая самые последние моменты ее существования, мы, несомненно, смогли бы собрать воедино все квантовые эффекты, которых не предсказывали наши лучшие теории.

Совсем не обязательно, что пространство нельзя разделить на еще более мелкие единицы, чем планковская длина, и что время нельзя разделить на единицы меньшие, чем планковское время. Просто мы знаем, что наше описание Вселенной, в том числе наши законы физики, не могут выйти за пределы этих масштабов. Квантуемо ли пространство? Течет ли время непрерывно на самом деле? И что нам делать с тем фактом, что все известные фундаментальные частицы во Вселенной имеют массы намного, намного меньше планковской? На эти вопросы в физике нет ответов. Планковские масштабы не столь фундаментальны в ограничении Вселенной, сколь в нашем понимании Вселенной. Поэтому мы продолжаем экспериментировать. Возможно, когда у нас будет больше знаний, мы получим ответы на все вопросы. Пока нет.

Источник

Четыре универсальные константы, которые по определению имеют числовое значение 1 при выражении в этих единицах:

Единицы Planck не учитывают электромагнитный размер. Некоторые авторы решили расширить систему до электромагнетизма, например, определив электрическую постоянную ε ₀ как имеющую числовое значение 1 или 1/4 π в этой системе. Точно так же авторы предпочитают использовать варианты системы, которые присваивают другие числовые значения одной или нескольким из четырех констант, указанных выше.

Содержание

Введение

можно выразить как:

Определение

Это следствие того, что система внутренне согласована. Например, сила гравитационного притяжения двух тел массой 1 Планка каждое, разделенных на 1 длину Планка, равна 1 когерентной планковской единице силы. Точно так же расстояние, проходимое светом за 1 планковское время, равно 1 планковской длине.

Чтобы определить в единицах СИ или другой существующей системе единиц количественные значения пяти основных единиц Планка, должны быть выполнены эти два уравнения и три других:

Решение пяти приведенных выше уравнений для пяти неизвестных приводит к уникальному набору значений для пяти базовых единиц Планка:

Производные единицы

В любой системе измерения единицы для многих физических величин могут быть получены из основных единиц. В таблице 3 представлен образец производных единиц Планка, некоторые из которых на самом деле используются редко. Как и в случае с базовыми единицами, их использование в основном ограничивается теоретической физикой, потому что большинство из них слишком велики или слишком малы для эмпирического или практического использования, и в их значениях есть большие погрешности.

История

Значимость

Таблица 5: Интерпретации единиц Планка

Год	Количество	Интерпретация	Главный научный сотрудник
1954 г.	длина	гравитационный предел квантовой теории	Оскар Кляйн
1955 г.	длина	квантовый предел общей теории относительности	Джон Уиллер
1965 г.	масса	верхний предел массы элементарных частиц	Моисей Марков
1966 г.	температура	верхний предел температуры (абсолютно горячий)	Андрей Сахаров
1971 г.	масса	нижний предел массы черной дыры	Стивен Хокинг
1982 г.	плотность	предельная плотность вещества	Моисей Марков

Планковский масштаб

Отношение к гравитации

В космологии

По сравнению с эпохой Планка наблюдаемая Вселенная сегодня выглядит экстремальной, если выразить ее в единицах Планка, как в этом наборе приближений:

Таблица 6: Сегодняшняя Вселенная в единицах Планка.

Собственность современной наблюдаемой Вселенной	Приблизительное количество единиц Планка	Эквиваленты
Возраст	8,08 × 10 60 т П	4,35 × 10 17 с, или 13,8 × 10 9 лет
Диаметр	5,4 × 10 61 л П	8,7 × 10 26 м или 9,2 × 10 10 световых лет
Масса	ок. 10 60 м P	3 × 10 52 кг или 1,5 × 10 22 массы Солнца (только с учетом звезд) 10 80 протонов (иногда называемое числом Эддингтона )
Плотность	1,8 × 10 −123 ρ P	9,9 × 10 −27 кг м −3
Температура	1,9 × 10 −32 Т П	2.725 K температура космического микроволнового фонового излучения
Космологическая постоянная	5,6 × 10 −122 т −2 P	1,9 × 10 −35 с −2
Постоянная Хаббла	1,18 × 10 −61 т −1 P	2,2 × 10 −18 с −1 или 67,8 (км / с) / Мпк

T −2 на протяжении всей истории Вселенной.

Анализ агрегатов

Планковская площадь

Планковский заряд

Планковская плотность

Планковская энергия

Сила Планка

Сила Планка является производной единицей силы в результате определения базовых единиц Планка для времени, длины и массы. Он равен естественной единице количества движения, деленной на естественную единицу времени.

F п знак равно м п c т п знак равно c 4 грамм знак равно 1,210295 × 10 44 Н. <\ displaystyle F _ <\ text

> = <\ frac > c>>>> = <\ frac > > = 1,210295 \ times 10 ^ <44><\ mbox >>

Сила Планка связана с эквивалентностью гравитационной потенциальной энергии и электромагнитной энергии: сила гравитационного притяжения двух тел с массой 1 планка каждое, разнесенных на 1 планковскую длину, равна 1 силе Планка; эквивалентно, электростатическая сила притяжения / отталкивания двух планковских зарядов, разнесенных на 1 планковскую длину, равна 1 планковской силе.

Нормализация единиц Планка с G = 1 / 8 π (вместо G = 1) устраняет необходимость использования 8 π (см. § Альтернативные варианты нормализации ). Таким образом, сила Планка описывает, насколько или насколько легко пространство-время искривляется заданным количеством массы-энергии.

Планковская длина

Планковская масса

Планковский импульс

Планковская температура

Планковское время

Хотя в настоящее время нет известного способа измерения временных интервалов в масштабе планковского времени, исследователи в 2020 году предложили теоретический аппарат и эксперимент, которые, если они когда-либо будут реализованы, могут быть подвержены влиянию таких коротких временных эффектов, как 10 −33. секунд, тем самым устанавливая верхний обнаруживаемый предел для квантования времени, которое примерно в 20 миллиардов раз длиннее планковского времени.

Список физических уравнений

Поскольку базовые единицы Планка выводятся из многомерных констант, они также могут быть выражены как отношения между последней и другими базовыми единицами.

Таблица 8: Эквивалентность основных единиц Планка

Планковская длина ( l P )	Планковская масса ( м P )	Планковское время ( t P )	Планковская температура ( T P )	Планковский заряд ( q P )
Планковская длина ( l P )	—	л п знак равно ℏ м п c <\ displaystyle l _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> c>>>	л п знак равно т п c <\ displaystyle l _ <\ text > = t _ <\ text > c>	л п знак равно ℏ c Т п k B <\ displaystyle l _ <\ text > = <\ frac <\ hbar c>> k _ <\ text >>>>	л п знак равно ℏ q п c грамм k е <\ displaystyle l _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> c>> <\ sqrt <\ frac >> >>>
Планковская масса ( м P )	м п знак равно ℏ л п c <\ displaystyle m _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> c>>>	—	м п знак равно ℏ т п c 2 <\ displaystyle m _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> c ^ <2>>>>	м п знак равно Т п k B c 2 <\ displaystyle m _ <\ text > = <\ frac> k _ <\ text >> >>>	м п знак равно q п k е грамм <\ displaystyle m _ <\ text > = q _ <\ text > <\ sqrt <\ frac >> >>>
Планковское время ( t P )	т п знак равно л п c <\ displaystyle t _ <\ text > = <\ frac >> >>	т п знак равно ℏ м п c 2 <\ displaystyle t _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> c ^ <2>>>>	—	т п знак равно ℏ Т п k B <\ displaystyle t _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> k _ <\ text >>>>	т п знак равно ℏ q п c 2 грамм k е <\ displaystyle t _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> c ^ <2>>> <\ sqrt <\ frac >>>>>
Планковская температура ( T P )	Т п знак равно ℏ c л п k B <\ displaystyle T _ <\ text > = <\ frac <\ hbar c>> k _ <\ text >>>>	Т п знак равно м п c 2 k B <\ displaystyle T _ <\ text > = <\ frac > c ^ <2>> >>>>	Т п знак равно ℏ т п k B <\ displaystyle T _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> k _ <\ text >>>>	—	Т п знак равно q п c 2 k B k е грамм <\ displaystyle T _ <\ text > = <\ frac > c ^ <2>> >>> <\ sqrt <\ frac >> >>>
Планковский заряд ( q P )	q п знак равно ℏ л п c грамм k е <\ displaystyle q _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> c>> <\ sqrt <\ frac >> >>>	q п знак равно м п грамм k е <\ displaystyle q _ <\ text > = m _ <\ text > <\ sqrt <\ frac >>>>>	q п знак равно ℏ т п c 2 грамм k е <\ displaystyle q _ <\ text > = <\ frac <\ hbar>> c ^ <2>>> <\ sqrt <\ frac >>>>>	q п знак равно Т п k B c 2 грамм k е <\ displaystyle q _ <\ text > = <\ frac> k _ <\ text >> >> <\ sqrt <\ frac >>>>>	—

Альтернативные варианты нормализации

Как уже говорилось выше, единицы Планка выводятся путем «нормализации» числовых значений некоторых фундаментальных констант к 1. Эти нормализации не являются единственно возможными и не обязательно лучшими. Более того, выбор факторов, которые следует нормализовать, среди факторов, фигурирующих в основных уравнениях физики, не очевиден, и значения единиц Планка чувствительны к этому выбору.

Есть несколько возможных альтернативных нормализаций.

Гравитационная постоянная

В 1899 году закон всемирного тяготения Ньютона все еще рассматривался как точный, а не как удобное приближение для «малых» скоростей и масс (приблизительная природа закона Ньютона была показана после развития общей теории относительности в 1915 году). Следовательно, Планк нормализовал к 1 гравитационную постоянную G в законе Ньютона. В теориях, появившихся после 1899 г., G почти всегда появляется в формулах, умноженных на 4 π или их небольшое целое число. Следовательно, выбор, который следует сделать при разработке системы естественных единиц, состоит в том, что, если таковые имеются, случаи 4 π, появляющиеся в уравнениях физики, должны быть исключены посредством нормализации.

Электромагнитная постоянная

Постоянная Больцмана

Приведенная постоянная Планка

Единицы Планка и инвариантное масштабирование природы

Джордж Гамов в своей книге « Мистер Томпкинс в стране чудес» утверждал, что достаточное изменение размерной физической константы, такой как скорость света в вакууме, приведет к очевидным ощутимым изменениям. Но эта идея подвергается сомнению:

Если бы скорость света c как-нибудь внезапно уменьшилась вдвое и изменилась на 1 / 2 c (но с аксиомой, что все безразмерные физические величины остаются прежними), то планковская длина увеличилась бы в 2 √ 2 раза с точки зрения какого-нибудь незатронутого наблюдателя снаружи. Измеренная «смертными» наблюдателями в единицах Планка, новая скорость света останется равной 1 новой планковской длине на 1 новое планковское время, что не отличается от старых измерений. Но, поскольку по аксиоме, размер атомов (приблизительно радиус Бора ) связан с планковской длиной неизменной безразмерной константой пропорциональности:

Наши часы будут идти медленнее в 4 √ 2 раза (с точки зрения этого незатронутого наблюдателя снаружи), потому что время Планка увеличилось на 4 √ 2, но мы не заметили бы разницы (наше восприятие длительности времени относительно планковского времени является по аксиоме неизменной безразмерной константой). Этот гипотетический незатронутый наблюдатель снаружи мог бы заметить, что теперь свет распространяется со скоростью вдвое меньшей, чем раньше (а также со всеми другими наблюдаемыми скоростями), но он все равно будет двигаться. 299 792 458 наших новых метров за время, прошедшее до одной из наших новых секунд ( 1 / 2 c × 4 √ 2 ÷ 2 √ 2 продолжает равняться 299 792 458 м / с ). Мы не заметим никакой разницы.

Источник