Planka vienības
Planka vienības ir fizikālās mērvienības. Šo vienību sistēmu pirmais izstrādāja Makss Planks. Piecu Planka bāzes vienību definīcijas pamatā ir tikai piecas dabā sastopamas fizikālās konstantes. Ja Planka vienības izmanto, lai izteiktu jebkuru no šīm piecām fizikālajām konstantēm, vērtība ir 1. Tas ļauj fiziķiem vienkāršot daudzus vienādojumus par fizikas likumsakarībām. Planks ierosināja šīs vienības 1899. gadā. Tās dēvē arī par dabiskajām vienībām, jo to definīcijas izcelsme ir tikai no dabas īpašībām, nevis no kāda cilvēka uzbūves. Planka vienības ir tikai viena no dabisko vienību sistēmām starp citām sistēmām. Tās tiek uzskatītas par unikālām, jo šo vienību pamatā nav kāda prototipa objekta vai daļiņas īpašības (kas būtu patvaļīgi izvēlētas), bet tikai brīvas telpas īpašības. Konstantes, kuras Plankas vienības pēc definīcijas normalizē līdz 1, ir:
- Gravitācijas konstante, G;
- Samazinātā Planka konstante, ħ;
- Gaismas ātrums vakuumā, c;
- Kulona konstante, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}}
(dažreiz ke vai k); - Bolcmaņa konstante, kB (dažreiz k).
Katru no šīm konstantām var saistīt ar vismaz vienu fundamentālo fizikālo teoriju: c - ar speciālo relativitātes teoriju, G - ar vispārējo relativitātes teoriju un Ņūtona universālās gravitācijas likumu, ħ - ar kvantu mehāniku, ε0 - ar elektrostatiku un kB - ar statistisko mehāniku un termodinamiku. Planka vienības ir ļoti svarīgas teorētiskajā fizikā, jo tās vienkāršo vairākas atkārtotas fizikālo likumu algebriskās izteiksmes. Tās ir īpaši svarīgas tādu vienotu teoriju pētniecībā kā kvantu gravitācija.
Plankas vienības fiziķi dažkārt daļēji ar humoru dēvē par "Dieva vienībām". Tās likvidē cilvēku centrēto patvaļu vienību sistēmā: daži fiziķi apgalvo, ka saziņai ar citplanētisko inteliģenci būtu jāizmanto šāda vienību sistēma, lai vienotos par mērogu. Atšķirībā no metra un sekundes, kas SI sistēmā pastāv kā pamatvienības vēsturisku iemeslu dēļ (cilvēces vēsturē), Planka garums un Planka laiks ir konceptuāli saistīti fundamentālā fizikas līmenī.
Dabas vienības palīdz fiziķiem pārformulēt jautājumus. Frenks Vilčeks (Frank Wilczek) to izsaka īsi:
...Mēs redzam, ka [uzdotais] jautājums nav "Kāpēc gravitācija ir tik vāja?", bet gan "Kāpēc protonu masa ir tik maza?". Jo dabiskajās (Planka) vienībās gravitācijas spēks vienkārši ir tāds, kāds tas ir, primārs lielums, bet protonu masa ir niecīgs skaitlis [1/(13 kvintiljonu)] ...
- 2001. gada jūnijs Physics Today
Gravitācijas spēks ir tāds, kāds tas ir, un elektromagnētiskā spēka spēks ir tāds, kāds tas ir. Elektromagnētiskais spēks darbojas ar citu fizikālu lielumu (elektrisko lādiņu) nekā gravitācija (masa), tāpēc to nevar tieši salīdzināt ar gravitāciju. Norādīt, ka gravitācija ir ārkārtīgi vājš spēks, no Planka vienību viedokļa ir tas pats, kas salīdzināt ābolus un apelsīnus. Tiesa, ka elektrostatiskais atgrūšanas spēks starp diviem protoniem (vienatnē brīvā telpā) ievērojami pārsniedz gravitācijas pievilkšanas spēku starp tiem pašiem diviem protoniem, un tas ir tāpēc, ka protonu lādiņš ir aptuveni Planka vienības lādiņa lielumā, bet protonu masa ir daudz, daudz mazāka par Planka masu.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir Planka vienības?
A: Planka vienības ir fizikālās mērvienības, ko pirmais izstrādāja Makss Planks, pamatojoties uz četrām dabā sastopamām fizikālām konstantēm. Ja izmanto, lai izteiktu jebkuru no šīm četrām fizikālajām konstantām, vērtība ir 1.
J: Uz ko balstās četras galvenās Plankas vienības?
A: Četru Plankas pamatvienību pamatā ir tikai četras dabā sastopamas fizikālās konstantes, tostarp gaismas ātrums vakuumā (c), gravitācijas konstante (G), reducētā Plankas konstante (ħ) un Bolcmaņa konstante (kB).
J: Kāpēc tās sauc par dabas vienībām?
A: Tās sauc par dabiskām vienībām, jo tās ir tikai dabas īpašības, nevis cilvēka radītas konstrukcijas.
J: Kā dabiskās vienības palīdz fiziķiem?
A: Dabiskās vienības palīdz fiziķiem vienkāršot vairākas atkārtotas fizikālo likumu algebriskās izteiksmes un pārformulēt jautājumus. Tās arī novērš cilvēku patvaļu vienību sistēmā.
J: Ar kādām teorijām katrai no šīm konstantām ir saistīta vismaz viena fundamentāla fizikālā teorija?
A: Ar c ir saistīta speciālā relativitāte, ar G ir saistīta vispārējā relativitāte un Ņūtona universālās gravitācijas likums, ar ħ ir saistīta kvantu mehānika, ar ε0 ir saistīta elektrostatika, un ar kB ir saistīta statistiskā mehānika un termodinamika.
J: Kāpēc Plankas vienības dažkārt daļēji ar humoru dēvē par "Dieva vienībām"?
A: Tās var dēvēt par "Dieva vienībām", jo tās novērš cilvēku patvaļu vienību sistēmā, un daži fiziķi apgalvo, ka saziņai ar citplanētisko inteliģenci būtu jāizmanto šāda vienību sistēma, lai vienotos par mērogu.
