Planko vienetai
Planko vienetai yra fizikiniai matavimo vienetai. Šių vienetų sistemą pirmasis sukūrė Maksas Plankas. Penkių bazinių Planko vienetų apibrėžimas pagrįstas tik penkiomis gamtoje aptinkamomis fizikinėmis konstantomis. Kai bet kuriai iš šių penkių fizikinių konstantų išreikšti naudojami Planko vienetai, jų reikšmė yra 1. Tai leidžia fizikams supaprastinti daugelį fizikinių dėsnių lygčių. Planckas šiuos vienetus pasiūlė 1899 m. Jie dar vadinami natūraliaisiais vienetais, nes jų apibrėžimo kilmė yra tik iš gamtos savybių, o ne iš kokių nors žmogaus konstrukcijų. Planko vienetai yra tik viena natūraliųjų vienetų sistema tarp kitų sistemų. Jie laikomi unikaliais, nes šie vienetai nėra pagrįsti kokio nors objekto prototipo ar dalelės savybėmis (kurios būtų pasirinktos savavališkai), o remiasi tik laisvosios erdvės savybėmis. Konstantos, kurias Planko vienetai pagal apibrėžimą normalizuoja iki 1, yra šios:
- Gravitacijos konstanta, G;
- redukuotoji Planko konstanta, ħ;
- Šviesos greitis vakuume, c;
- Kulono konstanta, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}}
(kartais ke arba k); - Boltzmanno konstanta, kB (kartais k).
Kiekviena iš šių konstantų gali būti siejama su bent viena pagrindine fizikine teorija: c - su specialiąja reliatyvumo teorija, G - su bendrąja reliatyvumo teorija ir Niutono visuotinės traukos dėsniu, ħ - su kvantine mechanika, ε0 - su elektrostatika, o kB - su statistine mechanika ir termodinamika. Planko vienetai yra labai svarbūs teorinei fizikai, nes jie supaprastina keletą pasikartojančių algebrinių fizikinio dėsnio išraiškų. Jie ypač svarbūs tiriant vieningąsias teorijas, pavyzdžiui, kvantinę gravitaciją.
Planko vienetus fizikai kartais pusiau su humoru vadina "Dievo vienetais". Kai kurie fizikai teigia, kad bendraujant su nežemiško intelekto žmonėmis reikėtų naudoti tokią vienetų sistemą, kad būtų galima nustatyti bendrą skalę. Skirtingai nei metras ir sekundė, kurie SI sistemoje egzistuoja kaip pagrindiniai vienetai dėl istorinių priežasčių (žmonijos istorijoje), Planko ilgis ir Planko laikas yra konceptualiai susiję esminiu fizikiniu lygmeniu.
Natūralūs vienetai padeda fizikams permąstyti klausimus. Frankas Vilčikas (Frank Wilczek) tai išreiškė glaustai:
...Matome, kad klausimas [keliamas] ne "Kodėl gravitacija tokia silpna?", o "Kodėl protono masė tokia maža?". Nes natūraliuose (Planko) vienetuose gravitacijos stiprumas tiesiog yra tai, kas jis yra, pirminis dydis, o protono masė yra mažytis skaičius [1/(13 kvintilijonų)]...
- 2001 m. birželis Physics Today
Gravitacijos jėga yra tokia, kokia yra, o elektromagnetinės jėgos jėga yra tokia, kokia yra. Elektromagnetinę jėgą veikia kitas fizikinis dydis (elektros krūvis) nei gravitaciją (masė), todėl jos negalima tiesiogiai lyginti su gravitacija. Pažymėti, kad gravitacija yra labai silpna jėga, Planko vienetų požiūriu yra tas pats, kas lyginti obuolius ir apelsinus. Tiesa, kad elektrostatinė atstojamoji jėga tarp dviejų protonų (vien tik laisvoje erdvėje) gerokai viršija gravitacinę traukos jėgą tarp tų pačių dviejų protonų, ir taip yra todėl, kad protonų krūvis yra apytiksliai lygus Planko krūvio vienetui, tačiau protonų masė yra daug, daug mažesnė už Planko masę.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra Planko vienetai?
A: Planko vienetai - tai fizikiniai matavimo vienetai, kuriuos pirmasis sukūrė Maksas Plankas, remdamasis keturiomis gamtoje aptinkamomis fizikinėmis konstantomis. Kai naudojamas bet kuriai iš šių keturių fizikinių konstantų išreikšti, reikšmė yra 1.
K: Kuo pagrįsti keturi pagrindiniai Planko vienetai?
Atsakymas: Keturi pagrindiniai Planko vienetai pagrįsti tik keturiomis gamtoje randamomis fizikinėmis konstantomis: šviesos greičiu vakuume (c), gravitacine konstanta (G), redukuotąja Planko konstanta (ħ) ir Bolcmano konstanta (kB).
K: Kodėl jos vadinamos natūriniais vienetais?
A: Jie vadinami natūraliaisiais vienetais, nes yra kilę tik iš gamtos savybių, o ne iš kokių nors žmogaus konstrukcijų.
K: Kuo natūralieji vienetai padeda fizikams?
A: Natūralūs vienetai padeda fizikams supaprastinti keletą pasikartojančių algebrinių fizikinių dėsnių išraiškų ir performuluoti klausimus. Jie taip pat pašalina žmogaus savivalę iš vienetų sistemos.
K: Su kokiomis teorijomis kiekviena iš šių konstantų yra susijusi bent viena fundamentalioji fizikinė teorija?
A: Su c yra susijusi specialioji reliatyvumo teorija, su G - bendroji reliatyvumo teorija ir Niutono visuotinės traukos dėsnis, su ħ - kvantinė mechanika, su ε0 - elektrostika, su kB - statistinė mechanika ir termodinamika.
Klausimas: Kodėl Planko vienetai kartais pusiau su humoru vadinami "Dievo vienetais"?
A: Jie gali būti vadinami "Dievo vienetais", nes iš vienetų sistemos pašalinama žmogaus savivalė, o kai kurie fizikai teigia, kad bendraujant su nežemiško intelekto žmonėmis reikėtų naudoti tokią vienetų sistemą, kad būtų galima nustatyti bendrą skalę.
