Длина планка: Почему существуют пределы того, что могут прогнозировать физики?

Содержание

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 1019 раз тяжелее протона! Длина Планка, точно так же, в 1014 раз меньше любого расстояния, которое мы когда-либо зондировали, а планковское время в 1025 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 = mc2) – 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 1015 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 1067 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.

вишня, длина: 2,3м; высота: 80мм

Кровельное покрытие BRAAS планка Вака, алюминиевая, цвет: вишня, длина: 2,3м; высота: 80мм

Для увеличения картинки нажмите на изображение

Артикул:

Цена за: шт 1 144 ₽
Количество шт
1
Количество шт 1
Объем ≈ 0 м3
Вес ≈ кг
Итоговая сумма:

–> 1 144 ₽

Порядок оплаты

В наличиимного

  • Ключевые особенности товара

  • Оцените свойства товара до покупки

Кровельное покрытие Braas планка вака вишня

Общие характеристики ?

Применение ?

Вид работ ? :наружные работыЭтап работ ? :кровельные работыОбласть производства работ ? :обустройство кровельного покрытияРабота ? :монтаж кровельного покрытия керамической черепицей / монтаж кровельного покрытия композитной черепицей / монтаж кровельного покрытия металлочерепицей

Внешний вид ?

Цвет ? :красныйЦвет производителя ? :вишня

Размеры и вес ?

Длина, мм ? :2300Ширина, мм ? :80

Физические свойства ?

Загрузить

Список просмотренных товаров пуст

Список сравниваемых товаров пуст

Список избранного пуст

Ваша корзина пуста

AlfaSystems GoPro GP261D21

ORSIS SE T-5000

Стволы ORSIS получены методом шпалерного строгания на станках с ЧПУ – на сегодня это самый точный метод получения стволов, при котором величина допусков по глубине нарезов составляет менее 0,0025мм, по шагу нарезов – 0,004мм на 1 метр.

Ствол изготавливается из специальной ствольной нержавеющей стали

Планка Пикатинни для установки прицельных приспособлений всех типов

Корпус затворной группы получен из нержавеющей мартенситно стареющей стали, а центральное отверстие получено на электрозионном станке с ЧПУ. Многие элементы обрабатываются в состоянии финальной закалки, чтобы обеспечить максимальную геометрическую точность спускового механизма.

Двухупорная затворная группа с продольно-скользящим поворотным затвором

Тактический четырехкамерный ДТК щелевого типа

Приклад оснащен регулируемой щекой и затыльником

Все стальные детали изготовлены только из нержавеющей стали. Особая тщательность в изготовлении и выбор качественных материалов позволяет говорить об увеличенном эксплуатационном ресурсе относительно традиционных оценок для данных калибров. На производстве внедрен пооперационный контроль, и все детали после каждого цикла обработки подвергаются инструментальному контролю, очень тщательно контролируется финальная сборка и проводятся огневые тесты, проверка внешнего вида, функционирование механизмов проверяется многократно и тщательно.

Баланс и масса винтовки рассчитаны таким образом, чтобы при выстреле отдача шла строго назад, это позволяет контролировать цель даже в процессе выстрела. Эффективный дульный тормоз снижает отдачу почти на 50%, а регулируемый спуск позволяет произвести выстрел без нарушений в качестве прицеливания. Высокая жесткость и стабильности ложи сохраняют “ноль” пристрелки даже спустя длительное время.

У Вас остались вопросы?
Наши контакты
Напишите нам

Диэлектрики — Авторевю

«Агрегатоносителем» этого супертеста летних покрышек размерности 255/55 R19 стал электромобиль Audi e-tron 55 quattro — впервые в истории шинных тестов Авторевю мы откатали всю программу, не потратив ни капли бензина или солярки! Однако результаты, само собой, будут релевантны и для владельцев обычных больших кроссоверов. Причем специально для тех, кто желает сэкономить, мы взяли не только породистые европейские и корейские покрышки, но и китайские. Вдруг они не настолько хуже, насколько дешевле?

Сперва выставляем давление во всех 40 тестовых колесах: согласно рекомендациям Audi, в передних — 2,7 бара, в задних — 2,9 бара. Все из-за немалой снаряженной массы электрокроссовера: полноприводный e-tron с двумя асинхронными электромоторами суммарной мощностью 360 л.с. (408 л.с. в режиме Boost) и ­литий-ионной батареей емкостью 95 кВт·ч весит аж две с половиной тонны! Бензиновый Audi Q7 крупнее, но на полтонны легче.

Работаем в отдельном боксе — вдали от экспериментальных шин, которые тестируют заводские испытатели компании Nokian Tyres

Кстати, почти все тестовые шины имеют маркировку Extra Load — индекс нагрузки 111 предполагает, что полная масса автомобиля не должна превышать 4360 кг. Но даже китайские покрышки CST с индексом 107 (975 кг на колесо) подходят с запасом.

Европейская маркировка призвана информировать покупателей о тормозных свойствах шин на мокром асфальте, сопротивлении качению и шуме. Однако реальные тесты порой дают иные результаты

Интересно, на сколько хватит батареи? При заявленном расходе электроэнергии 22,5—26,2 кВт·ч/100 км e-tron должен пробежать более 400 км — в идеальных условиях. Но в ходе замеров тормозного пути мы накатали 115 км, а остаточный запас хода всего 70 км: расход энергии, согласно бортовому компьютеру, достиг 50,8 кВт·ч/100 км.

Полная версия доступна только подписчикамПодпишитесь прямо сейчас

я уже подписан

Как упражнение планка влияет на фигуру? Результат после 30 дней

Начинающий фитнес-блогер Мартин Лавиль решил пройти 30-дневный челендж — и каждый день выполнял упражнение планка на локтях. Он начинал с пяти повторов по одной минуте без дополнительной нагрузки, а на второй неделе стал делать планку с утяжелением (в виде рюкзака на спине) — дойдя до 5 минут.

Результаты челенджа — усиление не только пресса, но и мышц груди и плеч. Несмотря на это, визуальный эффект сложно назвать заметным — но, как и другие упражнения с весом тела, планка не способна наращивать мускулатуру или влиять на похудение.

// Какой эффект дает планка?

Мартин отмечает, что несмотря на заметное укрепление мускулатуры корпуса, ежедневное выполнение упражнения планка мало изменило внешний вид его тела. Главным результатом он считает прорисовку V-линий нижнего пресса — а также увеличение грудных мышц.

К плюсам планки на локтях блогер относит положительное влияние на осанку (особенно, в случае сидячего образа жизни и работы за компьютером), а также усиление силовых показателей в отжиманиях от пола и в подтягиваниях — прежде всего, за счет укрепления мышц плечевого пояса.

Минусы — минимальное влияние на мышцы бокового пресса (по крайней мере, при выполнении классической планки) и быстрое достижение плато. Другими словами, в планке достаточно сложно прогрессировать — как во времени выполнения упражнения, так и как с точки зрения использования дополнительно веса.

// Читать дальше:

Видео

Как планка влияет на пресс?

При выполнении планки на локтях пресс работает в статическом режиме — то есть, обеспечивает неподвижное поддержание нагрузки. За счет этого увеличивается вовлечение медленных мышечных волокон — а также мускулатуры позвоночника и внутренних мышц корпуса.

Главный положительный эффект планки — развитие способности мышц работать слаженно. В частности, поддержание позиции требует вовлечения в работу не только пресса, но и мышц ягодиц и поясницы — что полезно для улучшения осанки и корректировки положения таза (устраняя наклон вперед).

// Какие мышцы работают:

  • прямые мышцы живота
  • поперечные мышцы живота
  • ягодичные мышцы
  • мышцы низа спины

// Читать дальше:

Помогает ли похудеть?

Поскольку планка не требует сколь либо существенного количества калорий, она не способна приводить к похудению и к сжиганию жира на животе. Несмотря на это, укрепление пресса (особенно, у нетренированных людей) может визуально улучшить внешний вид тела.

С другой стороны, планка — отличный способ для развития нейромышечной связи и умения осознанно напрягать пресс. Это чрезвычайно важно для любых других динамических упражнений на мышцы живота — при их выполнении работать должен именно пресс, а не вторичные мышцы.

Как влияет на фигуру?

Для достижения максимального эффекта на фигуру рекомендуется выполнять как классическую планку на локтях — так и боковую планку. В этом случае увеличивается нагрузка на плечевой пояс — а также на позвоночник и боковые поверхности корпуса.

При боковой планке на локте важно следить за тем, чтобы тело было вытянуто в прямую линию, таз не опускался слишком низко или не поднимался слишком высоко. Кроме этого, согнутая в локте рука должна располагаться непосредственно под плечевым суставом.

Несмотря на это, планка — это лишь одно из упражнений на пресс. Она подходит для разминки (или для тренировки начинающих), но после ежедневного выполнения на протяжении нескольких недель необходимо переходить к более сложным упражнениям, подразумевающим движение.

// Читать дальше:

***

Упражнение планка (стойка на локтях) — отличное средство для укрепления внутренних мышц корпуса и улучшения осанки. Однако оно не способно сжигать жир на животе или приводить к похудению — кроме этого, ежедневное выполнение потребует перехода к более сложным упражнениям.

В продолжение темы

Планковская длина

Планковская длина Следующий: Топологическая квантовая теория поля Вверх: Планка Предыдущий: Введение

В общей теории относительности фигурируют две константы: скорость света и гравитационная постоянная Ньютона. Это не должно быть удивление, так как Эйнштейн создал общую теорию относительности, чтобы примирить успех ньютоновской теории гравитации, основанной на мгновенном действии расстояние, с его новой специальной теорией относительности, в котором нет влияние распространяется быстрее света.Константа также появляется в квантовой теории поля, но в паре с другим партнером: Планком. постоянный . Причина в том, что квантовая теория поля принимает учитывать специальную теорию относительности и квантовую теорию, в которой устанавливает масштаб, при котором принцип неопределенности становится важным.

Разумно предположить, что любая теория, примиряющая общие теория относительности и квантовая теория будут включать все три константы , , и . Планк заметил, что кроме числовых факторов существует — это уникальный способ использования этих констант для определения единиц длины, времени, и масса.Например, теперь мы можем определить единицу длины называют “длиной Планка” следующим образом:


Это крайне мало: около метров. Физики давно подозревали, что квантовая гравитация станет важной для понимание физики примерно в этом масштабе. Причина очень проста: любое вычисление, которое предсказывает длину, используя только константы, и должен давать планковскую длину, возможно, умноженную на неважный числовой фактор, как .

Например, квантовая теория поля говорит, что любой массе соответствует существует длина, называемая его комптоновской длиной волны, такая, что определение положения частицы массы с точностью до одного комптона длина волны требует достаточно энергии, чтобы создать другую частицу этого масса.Создание частиц — квинтэссенция теории квантового поля. явление. Таким образом, мы можем сказать, что длина волны Комптона задает масштаб расстояния, на котором квантовая теория поля становится решающей для понимание поведения частицы данной массы. С другой С другой стороны, общая теория относительности говорит, что с любой массой связано длина, называемая радиусом Шварцшильда, такая, что сжимая объект массы на размер меньше, чем это приводит к образование черной дыры. Радиус Шварцшильда примерно шкала расстояний, на которой общая теория относительности становится решающей для понимание поведения объекта данной массы.Теперь, игнорируя некоторые числовые факторы, мы имеем


и

Эти две длины становятся равными, когда есть планковская масса. И когда это происходит, они оба равны длине Планка!

По крайней мере наивно, мы таким образом ожидаем, что и общая теория относительности и Квантовая теория поля была бы необходима, чтобы понять поведение объект, масса которого примерно равна массе Планка, а радиус примерно Планковская длина. Это не только объясняет некоторую важность шкале Планка, но и некоторые трудности в получении экспериментальные данные о физике в этом масштабе.Большинство наших информация об общей теории относительности исходит от наблюдения за тяжелыми объектами как планеты и звезды, для которых . Большинство наших информация о квантовой теории поля исходит от наблюдения за светом объекты, такие как электроны и протоны, для которых . Планковская масса занимает промежуточное положение между ними: около массы крупного клетка. Но планковская длина примерно раз радиус протона! Изучить ситуацию, когда оба общих относительность и квантовая теория поля важны, мы могли бы попытаться сжать клетку до размеров, в раз превышающих размеры протона.Мы не знаю причин, почему это невозможно в принципе. Но мы понятия не имеем как на самом деле совершить такой подвиг.

В приведенном выше аргументе есть несколько хорошо известных лазеек. «неважный числовой фактор», о котором я упоминал выше, может быть очень большой, или очень маленький. Теория квантовой гравитации может быть проверена предсказания безразмерных величин, таких как отношение мюона и электронные массы. Если уж на то пошло, теория квантовой гравитации могла бы включают физические константы, отличные от , и . последние две альтернативы особенно правдоподобны, если мы изучаем квантовые гравитация как часть более широкой теории, описывающей другие силы и частицы. Однако, хотя мы и не можем доказать, что планковская длина важно для квантовой гравитации, я думаю, мы можем почерпнуть некоторую мудрость от размышлений о константах и ​​– и многое другое важно то, что физические идеи, которые заставляют нас рассматривать эти константы как важные.

В чем важность константы? В специальной теории относительности имеет значение появление этой константы в системе Минковского. метрика


который определяет геометрию пространства-времени и, в частности, световой конус через каждую точку.Отступая здесь от конкретного формализма, мы можно увидеть несколько идей в действии. Во-первых, пространство и время образуют единое целое. целое, которое можно представить себе геометрически. Во-вторых, количества значения, которые мы пытаемся предсказать, локализованы. То есть мы можем измерить их в небольших областях пространства-времени (иногда идеализируемых как точки). Физики называют такие величины “локальными степенями свободы”. И в-третьих, предсказать значение величины, которая может быть измерена в некоторой области , нам нужно использовать только значения величин, измеренных в областях, которые находятся в определенном геометрическом отношении к .Это отношение называется «причинная структура» пространства-времени. Например, в релятивистском теории поля, чтобы предсказать значение полей в некоторой области, это достаточно использовать их значения в любой другой области, которая пересекает все времяподобный путь, проходящий через . Обычный способ резюмировать это идея состоит в том, чтобы сказать, что ничто не движется быстрее света. я предпочитаю говорить что хорошая физическая теория должна иметь локальную степень свободы распространяющийся причинно .

В ньютоновской гравитации это просто сила гравитационного поля. поле.Он приобретает более глубокое значение в общей теории относительности, где гравитационное поле описывается кривизной метрика пространства-времени. В отличие от специальной теории относительности, где Минковский метрика – это “фоновая структура”, заданная априори в общей теории относительности метрика трактуется как поле, которое не только влияет, но и затронуты, присутствуют другие поля. Другими словами, геометрия пространство-время становится локальной степенью свободы теории. Количественно взаимодействие метрики и других полей описывается уравнением Эйнштейна


где тензор Эйнштейна зависит от кривизны метрика, а тензор энергии-импульса описывает течение энергии и импульса из-за всех других полей.Роль константа, таким образом, просто для количественной оценки того, насколько геометрия на пространство-время влияют другие поля. С годами у людей понял, что великий урок общей теории относительности состоит в том, что хороший теория физики не должна содержать геометрических структур, влияющих на локальные степени свободы, оставаясь при этом незатронутыми ими. Вместо, все геометрические структуры — и в особенности каузальная структура — сами должны быть локальными степенями свободы. Короче говоря, один что по теории должно быть без фона .

Борьба за освобождение от фоновых структур началась давно. до того, как Эйнштейн разработал общую теорию относительности, и до сих пор не завершена. Конфликт птолемеевской и коперниканской космологий, спор между Ньютоном и Лейбницем относительно абсолютного и относительного движения, и современные рассуждения о “проблеме времени” в квантовой гравитации — все это лишь главы в истории этой борьбы. Я не имею возможности обрисовать здесь эту историю и даже уточнить важнейшее понятие “геометрической структуры”.могу только указать читателя к литературе, начиная, пожалуй, с книг Барбур [9] и Эрман [15], различные статьи Ровелли [25,26,27] и многочисленные ссылки в них.

Наконец, что из? В квантовой теории это выглядит наиболее видное место в коммутационном соотношении между импульсом и положение частицы:


вместе с аналогичными коммутационными соотношениями, затрагивающими другие пары измеряемые величины. Поскольку наша способность измерять две величины одновременно с полной точностью ограничивается их неспособностью ездить на работу, количественно определяет нашу неспособность одновременно знать все, что можно было бы знать о мире.Но есть далеко больше к квантовой теории, чем к принципу неопределенности. На практике, приходит вместе со всем формализмом комплексных гильбертовых пространств и линейные операторы.

Широко распространено мнение, что принципы, лежащие в основе квантовой теории, плохо изучены по сравнению с общей теорией относительности. Это имеет привело к многочисленным дискуссиям о проблемах интерпретации. Тем не менее, я делаю не думаю, что квантовая теория потеряет свою тайну из-за такого обсуждения. Я считаю, что настоящая проблема состоит в том, чтобы лучше понять, почему математический формализм квантовой теории — именно то, чем он является.Исследования в области квантовой логики проделали замечательную работу по пониманию поле кандидатов, из которого был взят конкретный формализм, который мы использовали. выбран. Но что особенного в этом конкретном выборе? Почему, например, мы используем комплексные гильбертовы пространства, а не вещественные или кватернионные? Это решение принято исключительно для того, чтобы соответствовать экспериментальным данных, или есть более глубокая причина? Поскольку такие вопросы пока не есть четкие ответы, я подытожу физический взгляд на просто сказав, что хорошая теория физической вселенной должна быть квантовой теорией – оставляя открытой возможность в конце концов сказал что-то более просветляющее.

Попытавшись извлечь идеи, лежащие в основе констант и мы находимся в лучшем положении, чтобы понять задачу построение теории квантовой гравитации. Общая теория относительности признает важность реальности и идеализирует ее, считать пренебрежимо малым. Из нашего обсуждения выше мы видим что это потому, что общая теория относительности не имеет фона. классическая теория с локальными степенями свободы, распространяющимися причинно. С другой стороны, квантовая теория поля, как обычно практикуется признает, но рассматривает как незначительное, потому что это фоновая квантовая теория с локальными степенями свободы распространяется причинно.

Самый консервативный подход к квантовой гравитации состоит в том, чтобы найти теорию который сочетает в себе лучшие черты общей теории относительности и квантового поля теория. Для этого надо попытаться найти без фона квантовая теория с причинно распространяющимися локальными степенями свободы . Хотя этот подход может и не увенчаться успехом, его определенно стоит использовать. Учитывая отсутствие экспериментальных данных, которые указывали бы нам на принципиально новые принципы, мы должны сделать все возможное, чтобы понять все последствия принципов, которые у нас уже есть!

Из моего описания цели можно, пожалуй, увидеть некоторые трудности.Поскольку квантовая гравитация должна быть без фона, геометрические структуры, определяющие причинную структуру пространства-времени, должны сами являются локальными степенями свободы, распространяющимися причинно. Этого достаточно уже верно в общей теории относительности. Но поскольку квантовая гравитация должна быть квантовая теория, эти степени свободы следует трактовать квантовомеханически. Так что, по крайней мере, мы должны разработать квантовую теория какой-то геометрической структуры, которая может определять причинно-следственную связь. структура в пространстве-времени.

Теория струн не продвинулась далеко в этом направлении. Эта теория обычно формулируется с помощью метрики пространства-времени, которая рассматривается как фоновая структура, а не как локальная степень свободы как и остальные. Большинство струнных теоретиков признают, что это неудовлетворительной ситуации, и в настоящее время многие борются за бесфоновая формулировка теории. Однако, по словам двумя экспертами [18], «кажется, что еще более радикальный отход от общепринятых представлений о пространстве и времени может потребоваться для того, чтобы прийти к действительно независимой от фона формулировке.”

Петлевая квантовая гравитация прошла долгий путь к созданию безфоновая квантовая теория геометрии пространства [1,28], но не так далеко, когда речь идет о пространстве-времени. Это затруднило понимание динамики и, в частности, причинное распространение степеней свободы. Серьезно поработайте над этими вопросы начались только недавно. Одним из поводов для оптимизма является недавнее успех в понимании квантовой гравитации в трех измерениях пространства-времени. Но чтобы объяснить это, я должен сначала сказать немного о топологическом квантовом теория поля.


Next: Топологическая квантовая теория поля Вверх: Планка Предыдущий: Введение

© 1999 Джон Баэз
[email protected]

дом

Какое наименьшее возможное расстояние во Вселенной?

НАСА/Исследовательский центр Эймса/C. Хенце

Если вы хотите понять, как работает наша Вселенная, вам придется изучить ее на фундаментальном уровне. Макроскопические объекты состоят из частиц, которые сами по себе могут быть обнаружены только в субатомных масштабах.Чтобы изучить свойства Вселенной, вы должны рассмотреть мельчайшие составляющие в наименьших возможных масштабах. Только поняв, как они ведут себя на этом фундаментальном уровне, мы можем надеяться понять, как они объединяются, чтобы создать Вселенную человеческого масштаба, с которой мы знакомы.

Но нельзя экстраполировать то, что мы знаем даже о мелкомасштабной Вселенной, на сколь угодно малые масштабы расстояний. Если мы решим спуститься ниже примерно на 10 -35 метра ⁠ – шкала планковских расстояний ⁠ – наши обычные законы физики не дадут ответов.Вот история о том, почему ниже определенной шкалы длины мы не можем сказать ничего физически осмысленного.

ReunMedia / Storyblocks

Представьте, если хотите, одну из классических проблем квантовой физики: частицу в коробке. Представьте себе любую частицу, какую хотите, и представьте, что она каким-то образом ограничена определенным небольшим объемом пространства. Теперь, в этой квантовой игре в прятки, мы собираемся задать самый простой вопрос, который только можно себе представить: «Где находится эта частица?»

Вы можете произвести измерение, чтобы определить положение частицы, и это измерение даст вам ответ.Но будет неотъемлемая неопределенность, связанная с этим измерением, где неопределенность вызвана квантовыми эффектами природы.

Насколько велика эта неопределенность? Это связано как с х , так и с L , где х — постоянная Планка, а L — размер ящика.

Пользователь Викисклада Maschen

В большинстве экспериментов, которые мы проводим, постоянная Планка мала по сравнению с любой реальной шкалой расстояний, которую мы можем исследовать, и поэтому, когда мы исследуем неопределенность, которую мы получаем, связанную как с х , так и с L , мы увидеть небольшую внутреннюю неопределенность.

Но что, если L маленький? Что, если L настолько малы, что по сравнению с х они либо сопоставимы по размеру, либо даже меньше?

Здесь вы можете увидеть, как начинает возникать проблема.Эти квантовые поправки, встречающиеся в природе, возникают не просто потому, что есть основной, классический эффект, а затем возникают квантовые поправки порядка ~ х . Имеются исправления всех порядков: ~ х , ~ х 2 , ~ х 3 , и так далее. Существует определенная шкала длины, известная как планковская длина, при достижении которой члены более высокого порядка (которые мы обычно игнорируем) становятся такими же важными, или даже более важными, чем квантовые поправки, которые мы обычно применяем.

Бедный Лено с Викисклада

Что же это за критическая шкала длины? Шкала Планка была предложена физиком Максом Планком более 100 лет назад. Планк принял три константы природы:

.
  1. G , гравитационная постоянная теории гравитации Ньютона и Эйнштейна,
  2. ħ , постоянная Планка или фундаментальная квантовая постоянная природы, и
  3. c , скорость света в вакууме,

и понял, что их можно комбинировать по-разному, чтобы получить одно значение массы, другое значение времени и другое значение расстояния.Эти три величины известны как планковская масса (которая составляет около 22 микрограммов), планковское время (около 10 -43 секунд) и планковская длина (около 10 -35 метров). Если вы поместите частицу в ящик с планковской длиной или меньше, неопределенность в ее положении станет больше, чем размер ящика.

Энди Нгуен / Медицинская школа UT в Хьюстоне

Но в этой истории есть нечто большее. Представьте, что у вас есть частица определенной массы. Если вы сожмете эту массу до достаточно маленького объема, вы получите черную дыру, как и любую другую массу. Если вы возьмете планковскую массу, которая определяется комбинацией этих трех констант в форме √( ħc/G ) , и зададите этот вопрос, какой ответ вы получите?

Вы обнаружите, что объем пространства, который вам нужно заполнить этой массой, будет сферой, радиус Шварцшильда в два раза больше планковской длины.Если бы вы спросили, сколько времени потребуется, чтобы пересечь черную дыру с одного конца на другой, длина времени в четыре раза превышает планковское время. Не случайно эти величины связаны; это неудивительно. Но что может быть удивительным, так это то, что это подразумевает, когда вы начинаете задавать вопросы о Вселенной в таких крошечных масштабах расстояния и времени.

Пользователь Викисклада maxhurtz

Чтобы измерить что-либо на планковском масштабе, вам понадобится частица с достаточно высокой энергией, чтобы это исследовать. Энергия частицы соответствует длине волны (либо длине волны фотона для света, либо длине волны де Бройля для вещества), и чтобы перейти к планковским длинам, вам нужна частица с планковской энергией: ~10 19 ГэВ, или примерно в квадриллион раз больше, чем максимальная энергия LHC.

Если бы у вас была частица, которая действительно достигла этой энергии, ее импульс был бы настолько велик, что неопределенность энергии-импульса сделала бы эту частицу неотличимой от черной дыры. Это действительно масштаб, в котором наши законы физики не работают.

Коммуникационная наука ЕС

При более детальном изучении ситуации становится только хуже. Если вы начнете думать о квантовых флуктуациях, присущих самому пространству (или пространству-времени), вы вспомните, что существует также соотношение неопределенности энергия-время. Чем меньше масштаб расстояния, тем меньше соответствующий масштаб времени, что подразумевает большую неопределенность энергии.

В масштабе планковских расстояний это означает появление черных дыр и червоточин квантового масштаба, которые мы не можем исследовать.Если бы вы совершали столкновения с более высокой энергией, вы бы просто создали черные дыры большей массы (и большего размера), которые затем испарялись бы под действием излучения Хокинга.

НАСА/CXC/М.Вайс

Вы можете возразить, что, возможно, именно поэтому нам нужна квантовая гравитация. Когда вы берете известные нам квантовые правила и применяете их к известному нам закону гравитации, это просто подчеркивает фундаментальную несовместимость между квантовой физикой и общей теорией относительности. Но это не так просто.

Энергия есть энергия, и мы знаем, что она заставляет пространство искривляться. Если вы попытаетесь выполнить расчеты по квантовой теории поля в масштабе Планка или около него, вы больше не будете знать, в каком типе пространства-времени выполнять свои расчеты.Даже в квантовой электродинамике или квантовой хромодинамике мы можем рассматривать фоновое пространство-время, в котором существуют эти частицы, как плоское. Даже вокруг черной дыры мы можем использовать известную пространственную геометрию. Но при этих сверхинтенсивных энергиях кривизна пространства неизвестна. Мы не можем вычислить ничего значимого.

Национальная ускорительная лаборатория SLAC

При достаточно высоких энергиях или (что эквивалентно) на достаточно малых расстояниях или коротких промежутках времени наши текущие законы физики нарушаются.Фоновое искривление пространства, которое мы используем для выполнения квантовых вычислений, ненадежно, а соотношение неопределенностей гарантирует, что наша неопределенность больше по величине, чем любое предсказание, которое мы можем сделать. Физику, которую мы знаем, больше нельзя применять, и именно это мы имеем в виду, когда говорим, что «законы физики не работают».

Но выход из этой загадки может быть. Есть идея, которая витала в воздухе в течение долгого времени – на самом деле, со времен Гейзенберга – которая могла бы дать решение: возможно, существует фундаментально минимальная шкала длины самого пространства.

Эмбер Стувер, из ее блога Living Ligo

Конечно, конечная минимальная шкала длины создала бы собственный набор проблем. В теории относительности Эйнштейна вы можете положить воображаемую линейку где угодно, и она будет казаться укороченной в зависимости от скорости, с которой вы движетесь относительно нее.Если бы пространство было дискретным и имело бы минимальную шкалу длины, разные наблюдатели — т. е. люди, движущиеся с разной скоростью — теперь измеряли бы друг от друга разную шкалу фундаментальной длины!

Это убедительно свидетельствует о наличии «привилегированной» системы отсчета, в которой одна конкретная скорость в пространстве будет иметь максимально возможную длину, а все остальные будут короче. Это означает, что то, что мы в настоящее время считаем фундаментальным, например лоренц-инвариантность или локальность, должно быть неверным.Точно так же дискретизированное время создает большие проблемы для общей теории относительности.

Пользователь Викисклада Spigget

Тем не менее, может существовать способ проверить, существует ли наименьшая шкала длины или нет.За три года до своей смерти физик Якоб Бекенштейн выдвинул блестящую идею эксперимента. Если вы пропустите один фотон через кристалл, вы заставите его немного сдвинуться.

Поскольку энергию фотонов можно настраивать (непрерывно), а кристаллы могут быть очень массивными по сравнению с импульсом фотона, мы могли определить, движется ли кристалл дискретно «шагами» или непрерывно. С фотонами достаточно низкой энергии, если пространство квантовано, кристалл либо переместится на один квантовый шаг, либо не переместится вообще.

Европейская гравитационная обсерватория, Лайонел BRET/EUROLIOS

В настоящее время нет способа предсказать, что произойдет в масштабах расстояний, меньших примерно 10 -35 метров, а также во временных масштабах, меньших примерно 10 -43 секунд.Эти значения задаются фундаментальными константами, управляющими нашей Вселенной. В контексте общей теории относительности и квантовой физики мы не можем выйти за эти пределы, не получая чепухи из наших уравнений в обмен на наши проблемы.

Еще может случиться так, что квантовая теория гравитации раскроет свойства нашей Вселенной за этими пределами или что некоторые фундаментальные сдвиги парадигмы, касающиеся природы пространства и времени, могут указать нам новый путь вперед. Однако, если мы основываем наши расчеты на том, что мы знаем сегодня, нет никакого способа опуститься ниже шкалы Планка с точки зрения расстояния или времени.На этом фронте может произойти революция, но указатели еще не показывают нам, где она произойдет.

Что такое Планковское время?

Планковское время — невероятно малый интервал времени, естественным образом возникающий из нескольких основных величин в теоретической физике. Когда его обнаружил Макс Планк в конце 19 века, он казался не более чем научной диковинкой. Но сегодня она играет заманчивую роль в нашем понимании Большого Взрыва и поиске теории квантовой гравитации .

Вот краткое изложение всего, что мы знаем о планковском времени: откуда оно взялось, что это такое и что оно может рассказать о том, как устроена Вселенная.

Связанный: Как работает время?

Определение планковского времени

Планковское время впервые было описано в научной статье, написанной Планком в 1899 году, в разделе «Естественные единицы измерения» (статью на немецком языке можно найти в Библиотеке наследия биоразнообразия). В повседневном использовании единицы измерения не имеют большого значения.Мы используем все, что удобно: унции или тонны для массы, мили или дюймы для расстояния, минуты или дни для времени. Ученые склонны использовать единиц СИ килограммов, метров и секунд, потому что они упрощают сложные вычисления — но только до определенного момента. Математика все еще может стать мучительно сложной.

В уравнении Ньютона для силы тяжести, например, гравитационная постоянная G имеет головокружительные единицы «кубические метры на килограмм на секунду в квадрате», согласно Swinburne University .В этих единицах G — одно из самых фундаментальных чисел во Вселенной — имеет произвольно выглядящее значение 0,00000000000667. Планк хотел найти более «естественный» набор единиц измерения, в котором G и подобные фундаментальные константы точно равны 1.

Связано: Что такое световой год?

Кем был Макс Планк?

Имя Макса Планка может и не быть нарицательным, но он дал миру нарицательную фразу: квантовая теория. По данным Европейского космического агентства, назвавшего в его честь свой космический корабль «Планк», прорыв произошел в 1900 году, когда он обнаружил, что энергия может передаваться только небольшими пакетами заданного размера, которые он назвал «квантами».Это было за десятилетия до того, как Вернер Гейзенберг и Эрвин Шредингер открыли все квантовые странности, с которыми мы знакомы сегодня, но все это было бы невозможно, если бы Планк не проложил путь первым. Таким образом, его справедливо называют отцом квантовой физики.

Вторым параметром, выбранным Планком, была скорость света c в метрах в секунду. Это было известно как важная константа еще в 1899 году, несмотря на то, что теория относительности Эйнштейна , с которой она тесно связана, находилась еще на несколько лет раньше.Третьим параметром была совершенно новая постоянная, которую только что открыл сам Планк, теперь известная просто как постоянная Планка. Обычно обозначается буквой h. Это отношение энергии фотона к его частоте, выраженное в килограммах, умноженных на квадратные метры в секунду.

Взяв эти три константы за отправную точку, Планк смог найти новый набор единиц измерения, в которых все они в точности равны единице. Эти основные единицы называются планковской массой, планковской длиной и планковским временем.-43 секунды. Как объясняется на сайте Эрика Вайсштейна World of Physics , это связано с использованием двух разных версий постоянной Планка. Большее значение использует исходную планковскую величину h, а меньшее, более распространенное значение использует параметр, называемый h-bar, который равен h, деленному на 2 pi.

Какое бы значение ни использовалось, в результате получается временной интервал, который невообразимо мал в контексте повседневного опыта. Наносекунда, часто используемая в разговорной речи для обозначения «очень короткого времени», равна 0.000000001 секунд, с 8 нулями между десятичной точкой и первой значащей цифрой. Планковское время имеет не менее 43 нулей. Это время, которое требуется свету, чтобы пройти одну планковскую длину, что составляет около одной сотой миллионной триллионной части диаметра протона, согласно журналу Symmetry .

Планковское время реально?

Поскольку планковское время настолько непрактично мало, что, по словам К.А.Томилиным Московского института истории науки и техники. В лучшем случае это считалось интересной диковинкой, не имеющей реального физического значения. Затем, когда физики начали искать «теорию всего», которая охватывала бы и гравитацию, и квантовую механику, они поняли, что планковское время, в конце концов, может иметь огромное значение.

Ключ заключается в том факте, что планковское время, наряду с другими планковскими единицами, включает в себя как гравитационную постоянную G, так и постоянную Планка h, которая занимает центральное место в квантовой теории.Непреднамеренно еще в 1899 году Планк вывел формулу, охватившую обе половины современной физики, задолго до того, как кто-либо начал искать такую ​​связь.

Универсальные единицы

Первоначальная цель Планка при разработке его системы измерения состояла в том, чтобы определить набор единиц, которые не были бы ориентированы на Землю, как это обычно бывает с нашими единицами. Это верно даже для так называемой «астрономической единицы», которая представляет собой среднее расстояние от Земли до Солнца, согласно Университету Суррея, или световой год, который представляет собой расстояние, которое свет проходит за время, которое проходит Земля. совершить один оборот вокруг Солнца.Напротив, планковские единицы, какими бы непрактичными они ни были для повседневного использования, не имеют таких антропоцентрических связей. Как выразился сам Планк, по словам Дона Линкольна из Фермилаба, его единицы «обязательно сохраняют свое значение во все времена и для всех цивилизаций, даже внеземных и нечеловеческих».

Для любой заданной массы теория гравитации Эйнштейна — общая теория относительности — дает характерную шкалу длины, называемую радиусом Шварцшильда. Но квантовая теория имеет свою собственную шкалу длины для этой массы, которая, по данным Университета штата Джорджия, называется комптоновской длиной волны.Так существует ли масса, для которой радиус Шварцшильда точно равен длине волны Комптона? Оказывается, есть — и это планковская масса, для которой эти два параметра, один из квантовой теории, а другой из общей теории относительности, равны планковской длине.

Это просто совпадение или это означает, что гравитационные и квантовые эффекты действительно начинают перекрываться на планковском масштабе?

Некоторые ученые, такие как Диего Мескини из Университета Ювяскюля в Финляндии, настроены скептически, но все согласны с тем, что планковские единицы действительно играют ключевую роль в соединении этих двух областей физики.Одна возможность состоит в том, что само пространство-время квантуется на уровне планковской длины и планковского времени. Если это правда, то ткань пространства-времени, если смотреть на нее в таком масштабе, будет казаться скорее «корявой», чем гладко непрерывной.

Что произошло в планковское время?

Планковское время — это кратчайший измеримый временной интервал, который можно применить ко времени, когда Вселенная начала развиваться после Большого взрыва. (Изображение предоставлено Getty Images)

Во Вселенной, которую мы видим сегодня, существует четыре основных взаимодействия : гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия.-44 секунды после Большого Взрыва эта гравитация стала отдельной силой, которую мы видим сегодня.

Дополнительные ресурсы

Единичная упаковка Planck

На другой странице я представил Длина доски в моих размышлениях о том сколько Уилер-Эверетт “Много Миров” Вселенные могли развиваться с начала времен. Планковская длина 1,616 X 10 -35 метра в длину. Это примерно 1 десятиоктиллионная диаметр атома.

Длина доски была введена Максом Планком в 1899 году в его попытке установить «естественные единицы» массы, длины и времени.(Он не назвал его в честь сам, конечно; другие сделали.) Длина Планка фактически получена из Планковская масса, которая — простите меня за технические расхождения здесь вычисляет массу, при которой радиус Шварцшильда (размер тела горизонт событий черной дыры) имеет тот же размер, что и ее квантово-механический комптоновский горизонт. длина волны (разброс волновой функции частицы). Ну, хммм. Все это заканчивает тем, что говорит, что масса Планка, которая примерно эквивалентна массе большая биологическая клетка может стать черной дырой, если ее сжать до размер длины доски.

Планковская длина стала очень важным фактором в современной физике. потому что он описывает размер, при котором квантово-механические и релятивистские эффекты становятся равными партнерами в определении поведения вещей. Это область, где происходит квантовая механика, где вселенная меняется от от гладкого аналогового континуума к зернистой области, где все события происходят внезапно. прыжки без промежуточных переходов. Никакой физической реальности не существует длина меньше планковской.(Боже мой, кому бы понадобился меньший пространство, чем 1 десятиоктиллионная диаметр атома, чтобы определить основной пространственный строительный блок вселенной?)

В моих расчетах возможных вселенных Множества Миров я вычислил число объемов планковской длины, которые поместились бы внутри Вселенной, рассматриваемой (с современные знания) в виде сферы диаметром 10 26 км. я предположил, Планковские объемы должны быть маленькими кубиками, одна планка длина на стороне.Это было нормально для целей того, что я делал в то время, но это определенно неудовлетворительно, когда вы думаете об этом больше. Наверно, настоящий Планковский объем должен быть сферой, а не кубом. Вы не можете принять “квантовый проход” через область Планка, которая больше, чем длина Планка уж точно не диагональное путешествие из одной вершины куба в другую, что будет значительно длиннее — фактически в 1,732 раза длиннее — чем вдоль длина стороны куба равна одной планковской длине.

Вот это настоящая дилемма. Вы можете плотно упаковать кубики, но вы не можете плотно упакованные сферы. Есть только 2 способа плотно упаковать сферы: упаковка с кубическим центром (ccp) или упаковка с шестиугольным центром (hcp). В любом случае плотность упаковки с использованием сфер единичного диаметра составляет пи/18 1/2. = 0,7408 Осталось значительное количество места. И в Трехмерная геометрия нашей вселенной, вы не можете просто притворяться , что 26% незаполненного пространства действительно существует и может использоваться для возникновения квантовых событий Внутри.

Теперь, я полагаю, вы могли бы сказать, что геометрия может измениться на планковской длине уровень; что каким-то образом при таком увеличении диагональ куба равной длине стороны, или что сферы планковского диаметра могут закрыть пакет. Это не кажется мне удовлетворительным. Имеет смысл сказать что вогнуто-плоские октаэдрические и кубооктаэдрические тела, которые соответствуют пустым пространствам между плотно упакованными планковскими единичными сферами не считаются частью вселенского тома и фактически не существуют вообще кроме домиков для привидений:

Квантовая механика подчиняется законам общей теории относительности, а также «локалистическим» законам. физические законы.Поток информации, полученный из любого квантово-механического транзакция ограничена скоростью света в вакууме. (Другой способ говоря это, что он должен оставаться в пределах постоянно расширяющегося Минковского световой конус, который отмечает границы нашей вселенной.) Обычно мы рассматривать путь фотона как прямую линию, за исключением случаев, когда под влиянием местной гравитации или искривления самого пространства. Но подумайте что фотон должен перепросматриваться — перерождаться — в каждом отдельном Планковский объем его «проходит».(Я полагаю, что квантовые шансы говорят, что почти наверняка фотон, идущий в одну сторону, все равно будет фотоном, выходящим другой.) В кубоцентрированной упаковке каждая планковская сфера окружена и контактировали в одной точке на его поверхности с 12 другими. Контактные точки в большой набор плотно упакованных сфер не выстраивается в прямую линию. Поэтому, кажется неизбежным, что путешествие фотонов должно состоять из серии изгибы от исходного угла полета, продиктованного местом контакта между соседними планковскими сферами возникают точки, наиболее близкие к исходной угол падения фотона.Недопустимо говорить о «приращениях путешествие” меньше одной планковской длины, поэтому вы должны предположить, что длина пути фотона «через» каждый планковский объем должна быть ровно 1 Планковская длина в длину — то есть виртуальное путешествие от внешней точки соприкосновения к центру сферы, плюс виртуальное путешествие на другую поверхность точка контакта, ближайшая к исходному углу падения фотонов вектор угла, как если бы фотон должен был пройти «прямо через» сферу.Вот двумерное представление того, о чем я говорю:

Или, в качестве альтернативы, вот еще одно представление, позволяющее фотону «перепрыгивать» вогнуто-плоские октаэдрические и кубооктаэдрические щели между Планковскими объемами-сферами (поскольку мы ранее установили, что это были не считается частью объема вселенной, помните?):

В любом случае длина пробега фотона одинакова и составляет 5 планковских длин. (Я не буду здесь рассуждать о том, как в любом из примеров фотон точно знает где на окружности входит или выходит его первоначальная линия пеленга!)

Конечно, в этих двумерных представлениях есть углы падения, которые произвести «прямой выстрел», где скалярная длина равна количество пройденных планковских длин. мне кажется в 3д такого нет упаковка расположение, однако.

Вы видите несколько альтернативных путей от одного конца к другому. которые дают ту же общую планковскую длину пробега фотона.правда в 3д сценарий тоже.

Число планковских длин между двумя точками не может быть просто их скалярное расстояние по прямой, деленное на планковскую длину. Это потому что объемы Планка, которые должны рассматриваться как расположение плотно упакованные сферы, не выстраиваются красиво вдоль любой прямой линии . Ты не может иметь дробную планковскую длину, поэтому вам нужно рассчитать длину как общее целое число плотноупакованных сфер Планка, лежащих между двумя точки. 1/3 + 1) или что-то типа того.

Другими словами, как ворона летит, так и фотон задерживается. Чем дальше происхождения фотона, тем позже он достигнет нас. Планк Единица времени – это время, за которое свет проходит расстояние в один планковский длина — 10 -43 секунд, если быть точным. Как и в случае с Планком длины, нет физического смысла в длительности времени меньше планки время. Фотон должен пройти через каждую планковскую единицу объема. столкновениях, то есть для прохождения требуется полная единица планковского времени, независимо от того, насколько коротка воображаемая хорда, проходящая через сферу Планка, это описывает первоначальный пеленг фотона.(Помните, вы не можете говорить о любых длин короче длины Планка!) Но наше воображаемое зеркальное ворона может, так сказать, «срезать углы». Если бы он также путешествовал в со скоростью света, он доберется до места назначения намного, намного быстрее, чем бедный медлительный фотон.

Я слышал критику объяснений физиков спектрографических явление частотного «красного смещения» (эффект Доплера), которое космологи используют для основывать размер Вселенной на.Некоторые альтернативные (в основном сумасшедшие) объяснения говорят об «усталом свете», вызывающем кажущееся смещение. Может быть, те далекие фотоны действительно устали после того, как им пришлось петлять зигзагами через столько сфер планковского объема, чтобы добраться до нас. (А если размер вселенная и скорость света сбиты с толку, может действительно вселенная был сотворен Богом в октябре 4004 г. до н.э., как так лукаво епископ Ашер рассчитан давно. А может быть, не такой уж и большой , в конце концов.)

Одна из проблем (среди многих) этого мысленного эксперимента заключается в том, как фотон может «запоминать» свой первоначальный пеленг, когда он проходит через сложную сеть промежуточные тома Планка. Когда он входит в любой отдельный планковский объем, его точкой выхода может быть любая из 12 соседних точек контакта сферы (включая его первоначальная точка входа) — без штрафа за энергию вообще, связанного с любым из 12 возможных вариантов выхода. Если учесть, что у фотона так много степеней свободы в каждой сфере планковского объема, через которую он проходит, его трудно представить себе, как любые фотоны вообще попадают из того, на что я смотрю, в мой глаз.И наоборот, многие фотоны, исходящие из других, совершенно иных объекты закончат тем, что проложат свой путь через сеть объемов Planck к моя сетчатка, мешающая тому, на что я должен смотреть.

Плюс, что именно означает “угол падения фотона” или “исходный пеленг” иметь в виду? Сам фотон возник в плотноупакованной планковской сфере, и если это так, то будет ограничено иметь только один из 12 полных углы падения на выходе!

Может быть, те крошечные призраки, что живут в («неназываемых, но-я-все равно это сделал”) вогнуто-плоские октаэдрические и кубооктаэдрические зазоры между объемными сферами Планка вносят существенный вклад направляя фотоны через соседние планковские сферы-поля. После этого работа сделана, возможно, они бродят по окрестностям кубооктаэдрический паб, чтобы выпить пинту или две. Странные вещи были постулируется в анналах физики…

Эти проблемы возникают, если рассматривать объемную упаковку Планка. быть статичным. Но во Вселенной нет ничего статичного; все физические явления, которые мы можем наблюдать, характеризуются как кишащие, корчащиеся, бурлящее, вибрирующее, пенящееся состояние постоянного изменения.Если планк универсальная объемная упаковка тоже покачивается, то пожалуй “самая низкая энергия решение» фотонного путешествия через него более избирательно и направленно. квантово-механические термины, возможно, волновая функция вероятности в этом сценарий благоприятствовал бы точке выхода фотона из объемной сферы Планка, которая больше коррелирует с его первоначальным углом падения входа. Однако я не могу придумать определенную причину, по которой это могло бы случиться, так что я не совсем убежден, что покачивание решит все.Ведь я сам трясусь намного больше, чем раньше, и это совсем не помогло мне…

Назад к Потерянные статьи


Изображения упаковки сфер взяты из The Geometrical Foundation of Natural. Science , Роберт Уильямс (Довер, 1979). Я даже не могу начать считать раз я возвращался к этой книге как к справочному материалу для всех видов разные вещи.

У меня нет реальных проблем с физической теорией, лежащей в основе доплеровского эффект (красное смещение), за исключением общего примера, который всегда приводится для иллюстрации Это.Это про свисток поезда, который, кажется, падает по высоте. как поезд мчится мимо и прочь от вас. Гораздо более вероятно, что воспринимаемое падение высоты тона связано со снижением величины звука (амплитуды), не по падению частоты. Любой, кто слушает музыку, используя наушники знают, что если вы отодвинете наушники подальше от ушей, высота тона песни падает. Это строго слухо-перцептивный явление, а не эффект Доплера.Когда амплитуда слухового звуковой сигнал падает, высота тона – как воспринимается и интерпретируется человеком мозг — тоже капли.

Следующая информация о сфере Планка взята из книги «Вакуум», Скорость света и красное смещение, австралийский астроном Барри Сеттлфилд (http://www.ldolphin.org/setterfield/vacuum.html). Я должен отметить, что идеи г-на Сеттлфилда в целом дискредитирована в научном сообществе как «плохая наука», а сам Сетлфилд связан с консервативное христианско-креационистское движение.Но справочная информация в начале этой статьи довольно хорошо написана обзор для неспециалиста принятой современной физической теории, относящейся к этому тема — насколько это возможно:

“При работе с вакуумом первостепенное значение имеет размер. в больших масштабах физический вакуум обладает свойствами, одинаковыми во всем космос, кажущийся гладким и безликим. Однако на атомном Вакуум был описан как «кипящее море активности» или «кипящий вакуум».Именно в этом царстве очень малого наша понимание вакуума возросло. Размер атома примерно 10 -8 сантиметры. Размер атомной частицы, такой как электрон, составляет около 10 -13 сантиметров. По мере того, как масштаб становится меньше, появляется большое изменение планковской длины (1,616 х 10 -33 см), которую мы будет обозначаться как L. В 1983 г. Ф. М. Пипкин и Р. К. Риттер указали в Наука (т.219, с.4587), что «планковская длина есть длина, при которой гладкость пространства нарушается, и пространство приобретает зернистую структуру».

Эта «зернистая структура» пространства, если использовать фразу Пипкина и Риттера, считается состоящим из планковских частиц, диаметр которых равен L, и чья масса равна фундаментальной единице, называемой планковской массой, M, (2,177 х 10 -5 грамма). Эти планковские частицы составляют основу различные космологические теории, такие как струны, суперструны, 10-мерные космос и так далее.За последние сто лет физики открыли что атомные частицы, такие как электроны или протоны, имеют форму волны связанные с ними. Это называется корпускулярно-волновым дуализмом материи. Эти волны называются волнами де Бройля и меняются обратно пропорционально массе. Тот Другими словами, чем тяжелее частица, тем короче ее длина волны. Это означает что, поскольку протон более массивен, его длина волны короче, чем у электрона. Что интересно и важно, так это то, что планковские частицы имеют диаметр L, равный их длине волны де Бройля.

Таким образом, физический вакуум пространства, по-видимому, состоит из всепроникающее море планковских частиц, плотность которых составляет невероятные 3,6 x 10 93 грамма на кубический сантиметр. Можно задаться вопросом, как все может двигаться через такую ​​среду. Это потому, что де Бройль длины волн элементарных частиц настолько велики по сравнению с планковской длина L, что вакуум «прозрачен» для этих элементарных частиц.По той же причине длинноволновый инфракрасный свет может распространяться через плотное облако в космосе и раскрыть то, что внутри, вместо того, чтобы быть поглощается и почему свет может проходить через плотное стекло. Следовательно, движение элементарные частицы через вакуум будут проходить без усилий, пока эти частицы не имеют энергий величины того, что называют Планковская энергия, или M* c 2 (c — скорость света).атомный частицы с такой энергией просто поглощались бы структурой вакуум. Из цифр для плотности, приведенных выше, энергия, связанная с этим Планковским морем частиц, составляющим физический вакуум, можно расчетная величина порядка 10 114 эрг на кубический сантиметр. Это максимальное значение «Энергии нулевой точки» (ZPE), присущей вакуум…”

“…Для того, чтобы оценить величину ZPE в каждом кубическом сантиметре пространства, рассмотрим консервативная оценка 10 52 эрг/см3.Большинство людей знакомы с лампочками, которыми мы освещаем наши дома. Тот, что в моем офис маркируется как 150 ватт. ( ватт определяется как 10 7 эрг в секунду.) Для сравнения, наше Солнце излучает энергию со скоростью 3,8 х 10 20 Вт. В нашей галактике насчитывается более 100 миллиард звезд. Если мы предположим, что все они излучают примерно с той же интенсивностью, что и наше солнце, то количество энергии, затраченной всей нашей звездной галактикой сияние в течение одного миллиона лет примерно эквивалентно энергии, запертой в одном кубическом сантиметре пространства.”

Я не знаю, почему или каждый Единичную сферу планковской длины действительно можно считать «планковской частицей Планковская масса». Поскольку частица с такими характеристиками и размером превращается быть черной дырой, это означало бы, что Вселенная плотно упакована с черными дырами! Но сама концепция ZPE кажется справедливой в общее научное сообщество. Видеть http://www.calphysics.org/zpe.html.

 

 

измерений планковской длины с помощью шаровых часов без знания гравитационной постоянной Ньютона G или постоянной Планка

М.Планк. Natuerliche Masseinheiten. Der Königlich Preussischen Akademie Der Wissenschaften, 1899.

М. Планк. Vorlesungen ¨uber die Theorie der W¨armestrahlung. Лейпциг: Я.А. Барт, с. 163, см. также английский перевод «The Theory of Radiation» (1959) Dover, 1906.

Дж. Г. Стони. О физических единицах природы. Научные труды Королевского Дублинского общества, 3, 1883 г.

.

А. Эйнштейн. N¨aherungsweise интегрирование der feldgleichungen der гравитации.Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften Berlin, 1916.

А. С. Эддингтон. Доклад о теории относительности гравитации. Лондонское физическое общество, Fleetway Press, Лондон, 1918 г.

.

П. В. Бриджмен. Размерный анализ. Нью-Хейвен: издательство Йельского университета, 1931.

.

А. К. Мид. Возможная связь между гравитацией и фундаментальной длиной Физ. Rev., 135(38), 1964. URL https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.135.B849.

Т. Падманабхан. Планковская длина как нижняя граница всех физических масштабов длины. Общая теория относительности и гравитации, 17, 1985. URL https://doi.org/10.1007/BF00760244.

С. Хоссенфельдер. Можем ли мы измерить структуры с большей точностью, чем планковская длина? Классическая и квантовая гравитация, 29, 2012. URL https://doi.org/10.1088/0264-9381/29/11/115011.

С. Хоссенфельдер. Сценарии минимального масштаба длины для квантовой гравитации.Living Reviews in Relativity, 16, 2013. URL https://doi.org/10.12942/lrr-2013-2.

Г. М. Обермайр. Первичные черные дыры планковской массы (PPMBHS) как кандидаты на темную материю? Журнал физики, серия конференций, 442, 2013 г. URL-адрес https://doi.org/10.1088/1742-6596/442/1/012066.

В. Фараони. Три новые дороги в масштабе Планка. Американский журнал физики, 85, 2017. URL https://aapt.scitation.org/doi/pdf/10.1119/1.4994804.

А.Разархивировать. Математическая реальность: почему пространство и время — иллюзия. Независимо опубликовано, 2020 г.

Э. Г. Хауг. Можно ли найти планковскую длину независимо от большого G? Applied Physics Research, 9(6):58, 2017. URL https://doi.org/10.5539/apr.v9n6p58.

Э. Г. Хауг. Нахождение планковской длины, умноженной на скорость света без каких-либо знаний о G, c или h, с использованием силовой пружины Ньютона. Journal Physics Communication, 4:075001, 2020. URL https://doi.org/10.1088/2399-6528/ab9dd7.

Э. Г. Хауг. Использование маятниковых часов для измерения самого короткого в мире интервала времени, планковского времени (с нулевым знанием G). Журнал прикладной математики и физики, 9:1076, 2021c.

А. Х. Комптон. Квантовая теория рассеяния рентгеновских лучей легкими элементами. Physical Review, 21(5):483, 1923. URL https://doi.org/10.1103/PhysRev.21.483.

Г. Графф, Х. Калиновски и Дж.Траут. Прямое определение отношения масс протона к электрону. Zeitschrift f¨ur Physik Atoms and Nuclei, 297 (1), 1980. URL https://link.springer.com/article/10.1007/BF01414243.

Р.С. Ван-Дейк, Ф.Л. Мур, Д.Л. Фарнем и П.Б. Швинберг. Новое измерение отношения масс протона к электрону. Международный журнал масс-спектрометрии и ионных процессов, 66(3), 1985. URL https://doi.org/10.1016/0168-1176(85)80006-9.

Л.С. Левитт. Длина волны Комптона протона как «квант» длины.Experientia, 14:233, 1958. URL https://doi.org/10.1007/BF02159173.

О. Л. Тринхаммер и Х. Г. Бор. Об определении зарядового радиуса протона. EPL, 128:21001, 2019. URL https://doi: 10.1209/0295-5075/128/21001.

Э. Массам и Г. Мана. Подсчет атомов. Nature Physics, 12:522, 2016. URL https://doi.org/10.1038/nphys3754.

П. Беккер и Х. Беттин. Постоянная Авогадро: определение числа атомов в монокристаллической сфере 28Si.Фил. Транс. Р. Соц. A, 369: 3925, 2011. URL https://doi:10.1098/rsta.2011.0222.

П. Беккер. Новое определение килограмма основано на подсчете атомов в кристалле 28Si. Contemporary Physics, 53:461, 2012. URL https://doi.org/10.1080/00107514.2012.746054.

Я Ньютон. Философские принципы натуральной математики. Лондон, 1686.

Х. Кавендиш. Эксперименты по определению плотности земли. Философские труды Лондонского королевского общества (часть II), 88, 1798.

Бартл, Г. и др. др. Новый монокристалл 28Si: подсчет атомов для нового определения килограмма. Metrologica, 54:693, 2017. URL https://doi.org/10.1088/1681-7575/aa7820.

А. Корню и Ж. Б. Бейль. Новое определение постоянной привлекательности и плотности почвы. CR Acad. науч. Париж, 76, 1873.

К. В. Мальчики. О ньютоновской постоянной гравитации. Nature, 5, 1894. URL https://doi.орг/10.1038/050330a0.

Р. Крест. Измерение силы сопротивления падающего мяча. Учитель физики, 52(169), 2014. URL https://doi.org/10.1119/1.4865522.

Э. Г. Хауг. Гравитационная постоянная и планковские единицы. Упрощение квантового царства. Очерки физики, 29(4):558, 2016. URL https://doi.org/10.4006/0836-1398-29.4.558.

Э. Г. Хауг. Столкновение пространства-времени: Единая квантовая гравитация. Очерки физики, 33(1):46, 2020а.URL https://doi.org/10.4006/0836-1398-33.1.46.

К. Кэхилл. Тетрады, нарушенные симметрии и гравитационная постоянная. Zeitschrift F¨ur Physik C Particles and Fields, 23:353, 1984.

Э. Р. Коэн. Гравитонный обмен и гравитационная постоянная в книге Гравитационные измерения, метрология и константы. Под редакцией Саббаты В. и Гиллиса Г. Т. и Мельнико В. Н., Нидерланды, Kluwer

.

Академическое издательство, 1987.

М. Э. Маккалох. Квантовая инерция из теории относительности и принципа неопределенности. Europhysics Letters (EPL), 115(6):69001, 2016. URL https://doi.org/10.1209/0295-5075/115/69001.

Э. Г. Хауг. Гравитация Ньютона и Эйнштейна в новой перспективе планковских масс и объектов меньшего размера. Международный журнал астрономии и астрофизики, 8, 2018 г. URL https://doi.org/10.4236/ijaa.2018.81002.

Э. Г. Хауг. Демонстрация того, что ньютоновская гравитация движется со скоростью света, а не мгновенно (с бесконечной скоростью), как считалось! Журнал физического общения., 5(2):1, 2021. URL https://doi.org/10.1088/2399-6528/abe4c8.

Э. Г. Хауг. Квантовая гравитация, скрытая в ньютоновской гравитации, и как ее объединить с квантовой механикой. в книге: Происхождение гравитации из первых принципов, редактор Владимир Красноголовец,

NOVA Publishing, Нью-Йорк, 2021b.

М. Дж. Дафф, Л. Б. Окунь и Г. Венециано. Триалог о числе фундаментальных констант. Журнал физики высоких энергий, 2002, 2002.URL https://doi.org/10.1088/1126-6708/2002/03/023.

Дж. Конлон. Почему теория струн? КПР Пресс, 2015.

пространство-время. Является ли планковская длина пределом, ниже которого наша физика не имеет смысла? И если да, то почему это правда?

Я читал ответы Physics SE о единицах Планка, таких как этот и этот.

Общая картина, которую я получаю, такова: многое из того, что говорится о длине Планка (и связанных с ней единицах Планка), является либо предположением, либо откровенной ложью.Однако одно утверждение, которое продолжает появляться в различных формах (в том числе в ответах по обеим моим ссылкам), заключается в том, что мы не знаем, как описать физику в масштабе меньше планковской длины.

Люди обычно говорят это двумя разными способами.

Один из способов заключается в том, что в теориях квантовой гравитации есть что-то, что делает невозможным говорить о расстояниях, меньших планковской длины. Это правда? И если да, то что заставляет нас верить, что это правда? Согласно Википедии, длина струн в теории струн порядка длины Планка.Но я ничего не знаю о теории струн, поэтому я не знаю последствий этого.

Второй способ заключается в том, что планковская длина является масштабом, на котором гравитационные эффекты и квантовые эффекты становятся сопоставимыми, и в этом случае наши современные теории (квантовая физика и общая теория относительности) противоречат друг другу, и мы не знаем, как описать происходящее. Это правда? И если да, то что заставляет нас верить, что это правда?

Один аргумент, который я слышал в пользу этой второй интерпретации, заключается в том, что длина Планка содержит G, c и h бар, константы из квантовой физики и ОТО, и, таким образом, когда это равно 1, важны как квантовые, так и релятивистские эффекты.Однако этот аргумент невероятно сомнителен, потому что точно такой же аргумент может быть сделан для длины, равной любой константе, умноженной на планковскую длину, или для планковской массы, которая явно ни в каком смысле не является пределом. Есть ли какой-то лучший, более строгий способ привести этот аргумент? Возможно, взглянув на какую-нибудь известную систему и показав, что ОТО и квантовые эффекты сравнимы именно на планковской длине?

В общем, я пытаюсь лучше понять, что на самом деле означает длина Планка.Любая помощь будет оценена по достоинству.

В: Что такое длина Планка? Какова его актуальность?

Физик : Физики — одни из самых ленивых и привлекательных людей в мире, и поэтому они не любят тратить слишком много времени на реальную работу. В попытке упорядочить уравнения используются «натуральные единицы». Идея натуральных единиц состоит в том, чтобы свести к минимуму количество физических констант, за которыми вам нужно следить.

Например, закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что гравитационная сила между двумя объектами с массами m 1 и m 2 , разделенными расстоянием r, равна , где G — «гравитационная постоянная».G может быть выражен множеством различных чисел в зависимости от используемых единиц измерения. Например, в метрах, килограммах и секундах: .

В милях, фунтах и ​​годах: .

В пересчете на фарлонги, фемптограммы и две недели: .

Дело в том, что меняя единицы измерения, вы меняете значение G (это не влияет на физику, только на единицы измерения). Итак, почему бы не выбрать единицы измерения так, чтобы G=1, а затем проигнорировать это? Единицы Планка настроены так, что G (гравитационная постоянная), c (скорость света) (приведенная постоянная Планка) и k B (постоянная Больцмана) равны 1.Так, например, «E=mc 2 » становится «E=m» (опять же, это меняет ситуацию не больше, чем, скажем, переключение между милями и километрами).

«Планковская длина» — это единица длины в планковских единицах, это метры. Который мал. У меня нет даже отдаленно полезного способа описать, насколько это мало. Подумайте о чем угодно: это намного, намного, намного больше. Атом водорода имеет примерно 10 триллионов планковских длин в поперечнике (что в пантеоне мирских фактов считается одним из самых бесполезных).

Физики в основном используют планковскую длину, чтобы говорить о до смешного крошечных вещах. Конкретно; слишком мал, чтобы иметь значение. К тому времени, как вы приблизитесь к планковской длине, разговоры о разнице между двумя точками в любой разумной ситуации перестают иметь смысл. По сути, из-за принципа неопределенности нет полезной (физически релевантной) разницы между положениями объектов, разделенных достаточно малыми расстояниями, и планковская длина, безусловно, подходит.В планковском масштабе ничего принципиально не меняется, и в физике нет ничего особенного, просто нет смысла пытаться иметь дело с такими маленькими вещами. Одна из причин, по которой никто не беспокоится, заключается в том, что самая маленькая частица, электрон, примерно в 10 20 раз больше (это разница между одним волоском и большой галактикой). Шкала Планка представляет собой не конкретную шкалу, а просто легко запоминающуюся линию на песке (слова «планковская длина» запомнить легче, чем число).

Итак, все сказано (а было сказано: не беспокойтесь о постоянной Планка, потому что она не важна), есть некоторые места на переднем крае физики, где планковская длина (или расстояния примерно такой величины) проявляются . В частности, это проявляется в «Обобщенном принципе неопределенности» (GUP), где он вставляет , по сути, в качестве исправления, чтобы заставить физику работать в некоторых довольно неясных ситуациях (квантовая гравитация и тому подобное). GUP подразумевает, что при достаточно малом масштабе буквально невозможно во всех ситуациях провести измерение меньшего масштаба.В правильном свете это выглядит так, будто пространство-время дискретно и состоит из «мельчайших единиц», а может быть, Вселенная подобна изображению на экране компьютера (состоит из пикселей).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.