Планковские единицы – это универсальная система единиц измерений, которая строится на постоянных, константах, которые повсеместно проявляются в физике и природе.

История создания

В 1897-1899 годах немецкий физик-теоретик Макс Планк выступал с докладами о необратимых процессах излучения, используя при этом, «универсальные», как он сам говорил, постоянные: a, b, c и f (c − скорость света, f — гравитационная постоянная G). Зная последние две константы, он определил a и b, которые ввел самостоятельно. Несколько позже Планк использовал еще две константы: h (постоянная Планка) и k − постоянная Больцмана. Макс Планк определил ряд этих констант как естественную систему единиц измерений и отметил следующее:

«Эти единицы сохраняют свое естественное значение до того времени, пока выполняются законы тяготения, основы термодинамики и пока остается константой скорость распространения света в вакууме. По этой причине, будучи измеренными различными интеллектами при помощи разнообразных методов, эти величины будут равны всегда одним и тем же значениям».

Физический смысл планковских единиц

Для метрологии планковские единицы не играют значимой роли, однако оказалось, что они исключительно важны для теоретической физики и используются как границы применимости современных физических теорий, таких известных как квантовая теория поля (КТП), релятивистская теория гравитации (РТГ) и общая теория относительности Эйнштейна (ОТО). Проще говоря, нам неизвестна физика за пределами, установленными планковскими единицами.

Основными постоянными этой системы единиц измерения являются следующие величины:

• h/ 2π – постоянная Планка, которая делится на 2π (иначе – постоянная Дирака). Эта универсальная константа связывает величины классической и квантовой механики, и позволяет переводить единицы одной системы измерения в единицы другой. Например, перевести энергию, используемую в классической механике, в ее аналог в квантовой механике – частоту. Примерно равна 1 * 10^-34 Дж·c.
• c – скорость света – независимая постоянная, выражающая скорость распространения электромагнитных волн (света) в вакууме, с = 300 000 км/с.
• G – гравитационная постоянная, являющаяся коэффициентом пропорциональности в Ньютоновском законе всемирного тяготения, определяющем силу гравитационного взаимодействия двух массивных объектов на определенном расстоянии . G = 6,67408(31)·10⁻¹¹ Н·м²/кг².

Зная все перечисленные выше основные единицы измерения, а также постоянную Больцмана, Планк вывел остальные системные единицы, такие как:

• Масса, равная 2,176·10⁻⁸ кг. Данное значение является максимальным для всех элементарных частиц и минимальным для черных дыр.
• Длина, равная 1,616 229(38)·10⁻³⁵ м. Черная дыра с планковской массой и определенным гравитационным радиусом имеет радиус равный планковской длине. Также известная нам эвклидова геометрия полностью искажается в масштабах планковской длины, в связи с колебанием гравитационного поля.
• Время, равно 5,391 16(13)·10⁻⁴⁴ с. По определению планковское время, такое время, которое потребуется частице, чтобы пролететь планковскую длину со скоростью света. Ученые утверждают, что спустя это время после начала Большого взрыва гравитационное взаимодействие стало самостоятельным, то есть отделилось от трех других.
• Температура — 1,416 808(33)·10³² Согласно вычислениям физиков-теоретиков, в самом начале Большого взрыва была именно такая температура. Также ученые не могут описать физику в системе горячее этой температуры, то есть она является верхним пределом физических теорий, а именно теории гравитации.

Также существуют планковский заряд, угловая частота, энергия, плотность, радиус и прочие. Данные единицы выражаются через фундаментальные константы, а потому сами остаются неизменными в пределах известной нам физики.

Интересно, что первейшая эпоха из истории Вселенной была названа планковской, в честь выдающегося физика – Макса Планка, и длилась планковское время — от нуля до 10⁻⁴³ секунд. Помимо этого при зарождении Вселенной ее вещество имело планковские значения, а именно энергию, плотность, радиус и температуру – известные нам константы.

Измерение планковских единиц проблематично даже в теории, однако в своих математических конструкциях физики-теоретики постоянно опираются на эти фундаментальные постоянные, что помогает им лучше понять устройство нашего мира.