Unități Planck

Unitățile Planck sunt unități fizice de măsură. Sistemul acestor unități a fost dezvoltat pentru prima dată de Max Planck. Definiția celor cinci unități Planck de bază se bazează doar pe cinci constante fizice întâlnite în natură. Atunci când unitățile Planck sunt utilizate pentru a exprima oricare dintre aceste cinci constante fizice, valoarea este 1. Acest lucru permite fizicienilor să simplifice multe ecuații despre legea fizică. Planck a propus aceste unități în 1899. Ele sunt cunoscute și sub numele de unități naturale, deoarece originea definiției lor provine doar din proprietăți ale naturii și nu din vreo construcție umană. Unitățile Planck reprezintă doar un sistem de unități naturale printre alte sisteme. Ele sunt considerate unice, deoarece aceste unități nu se bazează pe proprietățile unui obiect prototip sau ale unei particule (care ar fi aleasă în mod arbitrar), ci se bazează doar pe proprietățile spațiului liber. Constantele pe care unitățile Planck, prin definiție, le normalizează la 1 sunt::

• Constanta gravitațională, G;
• Constanta Planck redusă, ħ;
• Viteza luminii în vid, c;
• Constanta lui Coulomb, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}} (uneori _ke sau k);
• Constanta lui Boltzmann, _kB (uneori k).

Fiecare dintre aceste constante poate fi asociată cu cel puțin o teorie fizică fundamentală: c cu relativitatea specială, G cu relativitatea generală și cu legea gravitației universale a lui Newton, ħ cu mecanica cuantică, ε0 cu electrostatica și _kB cu mecanica statistică și termodinamica. Unitățile Planck sunt foarte importante pentru fizica teoretică, deoarece simplifică mai multe expresii algebrice recurente ale legilor fizice. Ele sunt deosebit de relevante în cercetarea teoriilor unificate, cum ar fi gravitația cuantică.

Unitățile Planck pot fi denumite uneori, în mod semiumoristic, de către fizicieni "unitățile lui Dumnezeu". Ele elimină arbitrariul centrat pe om din sistemul de unități: unii fizicieni susțin că, pentru a comunica cu inteligența extraterestră, ar trebui să se utilizeze un astfel de sistem de unități pentru a face o referință comună la scară. Spre deosebire de metru și secundă, care există ca unități fundamentale în sistemul SI din motive istorice (în istoria umană), lungimea Planck și timpul Planck sunt legate conceptual la un nivel fizic fundamental.

Unitățile naturale îi ajută pe fizicieni să reformuleze întrebările. Frank Wilczek a formulat acest lucru în mod succint:

...Vedem că întrebarea [pusă] nu este "De ce este gravitația atât de slabă?", ci mai degrabă "De ce este masa protonului atât de mică?". Pentru că, în unități naturale (Planck), puterea gravitației este pur și simplu ceea ce este, o mărime primară, în timp ce masa protonului este un număr minuscul [1/(13 quintilioane)]...

- Iunie 2001 Physics Today

Puterea gravitației este pur și simplu ceea ce este, iar puterea forței electromagnetice este pur și simplu ceea ce este. Forța electromagnetică operează cu o mărime fizică (sarcina electrică) diferită de cea a gravitației (masa), astfel încât nu poate fi comparată direct cu gravitația. A observa că gravitația este o forță extrem de slabă este, din punctul de vedere al unităților Planck, ca și cum ai compara mere cu portocale. Este adevărat că forța de respingere electrostatică dintre doi protoni (singuri în spațiul liber) depășește cu mult forța de atracție gravitațională dintre aceiași doi protoni, și asta pentru că sarcina protonilor este de aproximativ unitatea de sarcină Planck, dar masa protonilor este mult, mult mai mică decât masa Planck.

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce sunt unitățile Planck?

Î: Pe ce se bazează cele patru unități Planck de bază?

Î: De ce se numesc unități naturale?

Î: Cum îi ajută pe fizicieni unitățile naturale?

Î: Ce teorii au fiecare dintre aceste constante are cel puțin o teorie fizică fundamentală asociată cu ele?

Î: De ce este posibil ca unitățile Planck să fie denumite uneori, în mod semiumoristic, "unitățile lui Dumnezeu"?

Căutare după litera