Ако разделите материята във Вселената на по-малки и по-малки съставки, в крайна сметка ще достигнете ограничение, когато се сблъскате с фундаментална и неделима частица. Всички макроскопични обекти могат да бъдат разделени на молекули, дори атоми, след това електрони (които са основни) и ядра, след това на протони и неутрони и накрая вътре ще има кварки и глюони. Електрони, кварки и глуони са примери за основни частици, които не могат да бъдат разделени по-нататък. Но как е възможно самото време и пространство да имат същите ограничения? Защо въобще съществуват стойностите на Planck, които не могат да бъдат разделени допълнително?
За да разберете откъде идва количеството на Планк, струва си да започнете с два стълба, които управляват реалността: обща относителност и квантова физика.
Общата относителност свързва материята и енергията, които съществуват във Вселената, с кривината и деформацията на тъканта на пространство-време. Квантовата физика описва как различни частици и полета си взаимодействат помежду си в тъканта на пространството и времето, включително в много малък мащаб. Има две основни физични константи, които играят роля в общата относителност: G е гравитационната константа на Вселената, а c е скоростта на светлината. G възниква, защото задава индикатор за деформация пространство-време в присъствието на материя и енергия; в - защото това гравитационно взаимодействие се разпространява в пространство-време със скоростта на светлината.
В квантовата механика се появяват и две основни константи: c и h, където последната е константа на Планк. c е ограничението на скоростта за всички частици, скоростта, с която всички безмасови частици трябва да се движат, и максималната скорост, с която всяко взаимодействие може да се разпространява. Константата на Планк беше невероятно важна при описанието на количествените (преброени) нива на квантовата енергия, взаимодействията между частиците и всички възможни резултати от събитията. Електрон, въртящ се около протона, може да има произволен брой енергийни нива, но всички те се появяват на дискретни стъпки и размерът на тези стъпки се определя от h.
Комбинирайте тези три константи, G, c и h и можете да използвате различни комбинации от тях, за да изградите скала за дължина, маса и период от време. Те са известни съответно като дължина на Планк, маса на Планк и време на Планк. (Могат да се начертаят други количества, например енергията на Планк, температурата на Планк и т.н.). Всичко това е като цяло мащаб на дължина, маса и време, при което - при липса на друга информация - квантовите ефекти ще бъдат значителни. Има основателни причини да се смята, че това е така и е доста лесно да се разбере защо е така.
Представете си, че имате частица с определена маса. Задавате въпроса: "Ако моята частица имаше такава маса, колко малка трябва да се пресова, за да стане черна дупка?" Можете също така да попитате: „Ако имах черна дупка с определен размер, колко време щеше да отнеме частица, движеща се със скоростта на светлината, за да покрие разстояние, равно на този размер?“Масата на Планк, дължината на Планк и времето на Планк съответстват точно на тези количества: черна дупка с маса на Планк ще бъде дължина на Планк и ще се пресича със скоростта на светлината по време на Планк.
Промоционално видео:
Но масата на Планк е много, много по-масивна от всички частици, които някога сме създавали; той е 10 (19 мощност) пъти по-тежък от протона! Дължината на Планк също е 10 (14 мощност) пъти по-малка от всяко разстояние, което някога сме прозвучали, а времето на Планк е 10 (25 мощност) пъти по-малко от всяко пряко измерено. Тези мащаби никога не са били пряко достъпни за нас, но те са важни по друга причина: Планк енергия (която можете да получите, като поставите Планк маса в E = mc2) е мащабът, при който квантовите гравитационни ефекти започват да придобиват значение и значение.
Това означава, че при енергии с такава величина - или времеви мащаби, по-къси от времето на Планк, или мащаб на дължина, по-малък от дължината на Планк - нашите настоящи закони на физиката трябва да бъдат нарушени. Ефектите от квантовата гравитация влизат в игра и прогнозите за обща относителност вече не са надеждни. Кривината на пространството става много голяма, което означава, че "фонът", който използваме за изчисляване на квантови количества, също престава да бъде надежден. Несигурността в енергията и времето означава, че несигурността става по-висока от стойностите, които знаем как да изчислим. Накратко, физиката, с която сме свикнали, вече не работи.
Това не е проблем за нашата Вселена. Тези енергийни скали са 10 (15 градуса) пъти по-високи от тези, до които може да достигне Големият адронен колайдер, и 100 000 000 пъти по-големи от най-енергийните частици, създадени от самата Вселена (високоенергийни космически лъчи), и дори 10 000 пъти по-високи от показателите, достигнати от Вселената веднага след Големия взрив. Но ако искахме да проучим тези граници, има едно място, където те могат да бъдат важни: в особености, разположени в центровете на черните дупки.
На тези места маси, които значително надвишават масата на Планк, се компресират до размер, теоретично по-малък от дължината на Планк. Ако във Вселената има място, където да приведем всички линии в едно и да влезем в режим на Планк, тогава това е всичко. Днес не можем да получим достъп до него, тъй като е затъмнен от хоризонта на събитията в черната дупка и е недостъпен. Но ако сме достатъчно търпеливи - и това отнема много търпение - Вселената ще ни даде тази възможност.
Виждате ли, черните дупки бавно се разпадат с времето. Интегрирането на квантовата теория на полето в извитото пространство на общата относителност означава, че в пространството извън хоризонта на събитията се излъчва малко количество радиация, а енергията за това излъчване идва от масата на черната дупка. С течение на времето масата на черната дупка намалява, хоризонтът на събитията се свива и след 10 (до 67-та мощност) години черната дупка на слънчевата маса напълно ще се изпари. Ако можехме да имаме достъп до цялата радиация, оставила черната дупка, включително и последните моменти от нейното съществуване, несъмнено бихме могли да съберем всички квантови ефекти, които нашите най-добри теории не са предвидили.
Изобщо не е необходимо пространството да не може да бъде разделено на още по-малки единици от дължината на Планк и това време не може да бъде разделено на единици, по-малки от времето на Планк. Ние просто знаем, че нашето описание на Вселената, включително нашите закони на физиката, не може да надхвърли тези мащаби. Космосът може ли да се определи? Времето наистина тече непрекъснато? И какво правим с факта, че всички известни основни частици във Вселената имат маси много, много по-малко от тези на Планк? Във физиката няма отговори на тези въпроси. Везните на Планк не са толкова фундаментални за ограничаване на Вселената, колкото в нашето разбиране за Вселената. Така че продължаваме да експериментираме. Може би, когато имаме повече знания, ще получим отговори на всички въпроси. Все още не.
ИЛЯ КХЕЛ
