Я слышал и то, что планковская длина — это наименьшая длина во Вселенной (что бы это ни значило), и что это наименьшая вещь, которую можно наблюдать, потому что, если бы мы захотели наблюдать что-то меньшее, это потребовало бы столько энергии, что создать черную дыру (или наша физика сломается). Так что же это такое, если разница вообще есть.
Короткий ответ: никто не знает, но планковская длина на данный момент больше нумерология, чем физика.
Длинный ответ: предположим, вы физик-теоретик. В вашей работе не используются единицы измерения, только математика — вы никогда не используете тот факт, что , но у вас, вероятно, есть всплывают в нескольких разных местах. Поскольку вы никогда не работаете с фактическими физическими измерениями, вы решаете работать в единицах с , а затем вы полагаете, что когда вы дойдете до конца уравнений, вы будете умножать / делить на пока вы не получите нужные единицы. Итак, вы делаете относительность, вы пишете , и когда вы обнаружите, что скорость объекта равна 0,5, вы понимаете, что она должна быть и т. д. Вы понимаете, что является в некотором смысле «естественной шкалой» для длины, времени, скорости и т. д. Перенесемся вперед, и вы начнете замечать, что есть несколько констант, подобных этой, которые дают естественные шкалы для Вселенной. Например, имеет тенденцию характеризовать момент, когда квантовые эффекты начинают иметь значение — часто люди говорят, что классический предел — это предел, при котором , хотя это может быть и более тонко.
Так или иначе, вы начинаете выяснять, как построить фундаментальные единицы таким образом. Скорость света дает шкалу скорости, но как можно получить шкалу длины? Оказывается, вам нужно раздавить его вместе с несколькими другими фундаментальными константами, и вы получите:
Но давайте успокоимся на секунду. Что, если бы я сделал это для массы, чтобы найти «массу Планка»? Я получил:
Ну хорошо, микрограммы невелики, но для физика частиц они огромны. Но вряд ли это является каким-то фундаментальным пределом чего бы то ни было. Это не самая маленькая масса в мире. Википедия утверждает, что если бы заряженный объект имел такую большую массу, он бы разрушился, но заряженные точечные частицы не имеют даже близкой к этой массе, так что это не имеет значения.
Дело не в том, что эти вещи бессмысленны — во многих случаях они действительно упрощают математику и говорят вам, как работать в этих произвольных единицах теоретиков. Но прямо сейчас в эксперименте или в большинстве современных теорий нет веских оснований полагать, что это что-то значит, помимо предоставления шкалы.
Ни один из вышеперечисленных. Хотя существует множество предположений о значении длины Планка , ни одно из них не доказано ни одной из принятых в настоящее время теорий.
Однако ожидается, что эффекты квантовой гравитации станут определенно непренебрежимо малыми в масштабе энергии/расстояния, заданном планковской длиной, поэтому он обеспечивает эвристический масштаб, на котором мы не должны ожидать, что наши текущие теории будут делать точные предсказания.
Происходит немного больше, чем предполагает превосходный ответ zeldrege. Представьте, что вы хотите исследовать неопределенный объект, чтобы изучить его структуру. Если мы используем свет, чтобы посмотреть на структуру объекта, нам нужно, чтобы его длина волны была меньше, чем размер деталей, на которые мы хотим смотреть. Для исследования объекта, имеющего (линейный) размер, равный планковской длине, требуется, чтобы энергия фотона была больше, чем масса черной дыры такого «размера». Таким образом, наш энергетический зонд образовал бы классическую черную дыру, что не позволило бы нам увидеть детали внутри объекта, который мы хотим исследовать. Мы приходим к очевидному противоречию, которое предполагает несовместимость между теорией относительности и квантовой механикой.
Я хотел бы только добавить несколько вещей, которые не были упомянуты в других ответах.
Мы все забываем, что планковская длина происходит от постоянной Планка, которая исходит из фотоэлектрического эффекта, и из открытия Планка о корреляции между энергией и частотой фотона (и первоначально разницей между энергетическими уровнями фотона). испускающий электрон).
Если мы посмотрим на квантовую механику, мы могли бы выразить все частицы как имеющие волновую функцию, а также все частицы, имеющие распределение вероятностей, частоту и длину волны. Но давайте теперь просто возьмем фотоны. Если фотон имеет определенную частоту, она также соответствует его длине волны, и наименьшая частота может быть (теоретически) установлена на планковской длине. Почему? Потому что электромагнитные волны — это информация. Если рассматривать фотон как информацию, то его частоту можно измерить экспериментально. И это можно выразить как f=E/h. Так что, если у нас есть фотон (или любая частица) с такой малой частотой, которая будет соответствовать длине волны, равной масштабу Вселенной, это уже не будет иметь смысла. Мы просто не в состоянии (теоретически можем, но это не имеет смысла) выразить что-либо с меньшей частотой.
Если частота не может быть меньше этой, то есть смысл ее чем-то ограничивать. Я понимаю, что это не совсем точное совпадение с планковской длиной, но все же есть смысл ограничить минимум частоты (и максимум длины волны), даже если мы живем в ускоряющемся расширении.
Причина, по которой я выбираю фотоны, заключается в том, что они представляют информацию. И если длина волны самой информации не может быть больше масштаба Вселенной, то и ее частота не может быть меньше соответствующей частоты. Итак, является ли эта минимальная частота точно планковским временем (и, следовательно, соответствует планковской длине и постоянной Планка) или нет, это другой вопрос, особенно потому, что она меняется по мере расширения Вселенной.
Но поскольку сама информация не может иметь меньшую частоту, чем эта, я считаю, что нет смысла говорить о чем-либо (с частотой) меньшего, чем этот размер (и поскольку ничто не может иметь длину волны большую, чем масштаб Вселенной).
Конечно, это не соответствует пространственной протяженности частиц, которые, насколько нам сегодня известно, в некоторых случаях имеют форму точки (и, следовательно, меньше планковской длины). У меня нет информации о том, как мы можем экспериментально измерить пространственное расширение чего-либо, если это расширение меньше, чем наименьшая возможная частота фотона (с длиной волны, равной длине волны Вселенной), но было бы неплохо это знать.
Qмеханик
Тим Тисдалл