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普朗克长度

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马克斯·普朗克
马克斯·普朗克

普朗克长度,是长度自然单位,以作为标记。

历史

这项单位首先由马克斯·普朗克所提出,他希望建构出一套测量系统是依照这些自然单位来施行的。其中的基础是建在普朗克质量上。虽然量子力学广义相对论在提出这些单位的当时尚未出现,随后得知:在普朗克长度的距离范围,重力预期开始会展现量子效应,进而要求一套量子引力理论来预测所会发生的物理事件。

数值

忽略掉一些因子,例如及其他,普朗克质量是一项质量值,依其大小来计算对应的长度物理量,可以得到“其史瓦西半径与其康普顿波长相当”的结论,而这样的长度则称为普朗克长度,即:

其中

依照普朗克长度这项单位,目前可观测的宇宙的直径估计值(直径约930亿光年,即8.8 × 1026 )即为5.4 × 1061倍普朗克长度。[1],而可观测宇宙体积则为8.4 × 10184立方普朗克长度(普朗克体积)。 [2]

重要性

忽略掉等等的因子,普朗克质量的意义大约是一个史瓦西半径等同于康普顿波长黑洞所带有的质量。这黑洞的半径大约是普朗克长度。

透过思想实验阐明:想像要测量一个物体的位置,我们得用照在其上的光所得的反射。如果对它的位置要测到很高的精确度,我们必须用更短波长的光子,如此表示这些光子的能量会更高。如果这能量高到一个程度,原则上它们撞到物体时可以产生黑洞。这个黑洞可以“吞噬掉”光子而让实验失败。通过简单的量纲分析计算可发现当测量物体位置的精准度达到普朗克长度以下,便会发生上述的问题。

这个思想实验涉及到了广义相对论量子力学(主要指海森堡不确定原理),即是说结合了两个理论来看,我们无法对位置做出比普朗克长度还要小、还要精确的测量。因此,在任何结合广义相对论与量子力学的量子引力理论中,若在时间短于普朗克时间、距离小于普朗克长度的尺度下,我们传统上对时间、空间的标示将会全盘瓦解。

然而事实上,我们并不真正知道在我们要测量得比普朗克长度还要精准时所发生的事情,我们也从未见过普朗克质量的黑洞。所以更保守地讲,上述的思想实验仅仅显示:当我们研究尺度接近普朗克长度时,我们要小心地思考该如何结合广义相对论与量子力学,这可以说是量子引力研究者的任务。如果因此出现新的物理学理论,它甚至可能对比普朗克尺度还大的距离尺度下的现象做出不一样的描述。[3]

参考文献

  1. ^ Google Calculator : 93 billion light years in planck length
  2. ^ 根据球体的体积公式 : 4/3 * Pi * r^3 计算。可参考 Google Calculator : 4/3*pi*((93 billion /2)^3) cubic light year in cubic planck length
  3. ^ 克雷格·卡伦德 尼克·赫盖特《物理与哲学相遇在普朗克标度》,湖南科学技术出版社

外部链接

参见

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普朗克长度
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