Единици на Планк

Единиците на Планк са физични мерни единици. Системата от тези единици е разработена за първи път от Макс Планк. Определянето на петте базови единици на Планк се основава само на пет физични константи, които се срещат в природата. Когато единиците на Планк се използват за изразяване на която и да е от тези пет физични константи, стойността е 1. Това позволява на физиците да опростят много уравнения за физичния закон. Планк предлага тези единици през 1899 г. Те са известни и като естествени единици, тъй като произходът на тяхното определение идва само от свойствата на природата, а не от някаква човешка конструкция. Единиците на Планк са само една система от естествени единици сред други системи. Те се смятат за уникални, тъй като тези единици не се основават на свойствата на някой прототип на обект или частица (които биха били произволно избрани), а се основават само на свойствата на свободното пространство. Константите, които по дефиниция нормализират единиците на Планк към 1, са:

• Гравитационна константа, G;
• Редуцирана константа на Планк, ħ;
• Скорост на светлината във вакуум, c;
• Кулонова константа, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}} (понякога _ke или k);
• Константа на Болцман, kB (понякога k).

Всяка от тези константи може да се свърже с поне една фундаментална физична теория: c - със специалната теория на относителността, G - с общата теория на относителността и закона на Нютон за всеобщата гравитация, ħ - с квантовата механика, ε0 - с електростатиката, и kB - със статистическата механика и термодинамиката. Планковите единици са много важни за теоретичната физика, тъй като опростяват няколко повтарящи се алгебрични израза на физичния закон. Те са от особено значение при изследванията на обединените теории, като например квантовата гравитация.

Понякога физиците наричат единиците на Планк с чувство за хумор "Божиите единици". Някои физици твърдят, че при комуникация с извънземен разум би трябвало да се използва такава система от единици, за да се направи обща справка за мащаба. За разлика от метъра и секундата, които съществуват като основни единици в системата SI по исторически причини (в човешката история), дължината и времето на Планк са концептуално свързани на фундаментално физическо ниво.

Естествените единици помагат на физиците да преформулират въпросите. Франк Вилчек казва това накратко:

...Виждаме, че въпросът, който се поставя, не е "Защо гравитацията е толкова слаба?", а по-скоро "Защо масата на протона е толкова малка?" Защото в натурални (Планкови) единици силата на гравитацията просто е това, което е, първична величина, докато масата на протона е миниатюрното число [1/(13 квинтилиона)]...

- юни 2001 г., Physics Today

Силата на гравитацията е просто такава, каквато е, а силата на електромагнитната сила е просто такава, каквато е. Електромагнитната сила действа на различна физическа величина (електрически заряд) от гравитацията (маса), така че не може да се сравнява директно с гравитацията. Да се отбележи, че гравитацията е изключително слаба сила, от гледна точка на единиците на Планк, е като да се сравняват ябълки и портокали. Вярно е, че електростатичната сила на отблъскване между два протона (сами в свободното пространство) значително превишава гравитационната сила на привличане между същите два протона, и това е така, защото зарядът на протоните е приблизително равен на Планковата единица заряд, но масата на протоните е много, много по-малка от Планковата маса.

Въпроси и отговори

В: Какво представляват единиците на Планк?

В: На какво се основават четирите основни единици на Планк?

Въпрос: Защо се наричат естествени единици?

В: С какво естествените единици помагат на физиците?

В: Какви теории Всяка от тези константи има поне една фундаментална физична теория, свързана с нея?

Въпрос: Защо единиците на Планк понякога могат да бъдат наричани полухумористично "Божиите единици"?

Търсене по буква