普朗克時間

2021-01-17 星空天文


馬克斯·普朗克。


你能設想的最小時間單位是什麼？秒？毫秒？很難說，要看相對於什麼。在特定的情況下，幾個小時可以飛逝如電，幾秒鐘也可以度日如年。但是對物理學家來說，時間並不總是那麼有哲理的東西。它們和宇宙力量中的無限大和無限小有關，因此就需要有單位能夠對它們進行客觀的測量。普朗克時間就是微觀方面的一種測量方式。它以德國物理學家馬克斯·普朗克的名字命名。普朗克是量子理論奠基者，一個普朗克時間單位是光在真空中飛行一個普朗克長度單位所需的時間。二者都是較大的自然單位制體系——普朗克單位的一部分。


它由普朗克在 1899 年最早提出，是專門為五個常見物理學常數制訂的計量單位之一。這五個常數分別是引力常數（G）、新普朗克常數（h）、真空光速（c）、庫侖常數 1/4π (ke 或 k)、玻爾茲曼常數（kB，偶爾也以 k 表示）。每個常數都對應一種基礎物理學理論：c 對應狹義相對論，G 對應廣義相對論和牛頓引力，h 對應量子力學，1/4π 對應靜電學，kB 對應統計力學和熱力學。它們的用途是簡化理論物理學中的特定代數表達式，特別是在量子力學中。



普朗克時間來源於研究計量單位和物理常數的數學物理領域，也就是所謂的維度分析。它是引力常數 G、相對論常數 c 和量子常數 h 結合後的獨特產物，是一個時間單位常數。它常被物理學家幽默地稱為「上帝單位」，因為它排除了以人為中心的單位體系，和米、秒等不同，後者的存在完全是由於某種歷史原因，而不是來自自然的本質。普朗克時間也面臨一些挑戰。比如 2003 年，在對哈勃空間望遠鏡的深空圖片進行分析時，一些科學家原本推測在普朗克尺度上會有時空的波動，因此那些極端遙遠的天體影像會變得模糊。但是這些哈勃影像過於清晰。不過另外一些科學家不同意這種猜測，部分人認為這種波動太小，無法被觀測到；部分人認為這種猜測中的模糊效應會因極高的放大倍數而消失。


文/Matt Williams

譯/老孫

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    那普朗克常數究竟是什麼呢？普朗克常數是一個物理常數，用h表示，被用來描述量子的大小，是量子力學領域最重要的常數，其大小為6.62607015×10^（-34） J·s。人類七大基本單位之一的「千克」就是基於普朗克常數，利用質能公式轉換而制定的。除了這個普朗克常數外，還有一系列的普朗克常量，如普朗克溫度，普朗克時間，普朗克長度。
  • 分割到普朗克長度
    歡迎廣大宇宙愛好者持續關注我們微信平臺 空間是量子化的，當被分割到普朗克長度後，量子化的尺度將被分割到極限，既，將不能再以量子化的尺度來衡量空間。也就是說，在宏觀的角度來看，空間只能被分割到普朗克長度。但是，可以定義新的尺度來「繼續」分割。
  • 普朗克常數簡史
    普朗克在他就任柏林理論物理學教授前，一直在熱力學和電磁學領域努力思考這個問題和相關的問題許多年。在普朗克到達之前，這個職位是給玻爾茲曼和赫茲的，但兩人都拒絕了。對普朗克來說這是幸運的，由於柏林是黑體輻射實驗研究中心，普朗克所潛心進行的實驗工作對他後來的理論成果起到了關鍵的作用。物理學家與同事之間有廣泛的和隨意的交談時，他們往工作得最好。
  • 普朗克常數
    那麼，在這其中普朗克假設是怎樣的呢？我們需要了解一個物理常量。那就是普朗克常數。在物理學的基本常數中，有些是通過實驗觀測發現的，如真空中的光速 、基本電荷、磁常數 、電常數 等。也有一些是在建立相關定律、定理時被引入或間接導出的，如牛頓引力常數、阿伏伽德羅常數 、玻耳茲曼常數 等。而普朗克常數則是完全憑著普朗克的創造性智慧發現的。
  • 普朗克長度是個什麼東西?
    因為當時計算黑洞輻射分別需要使用到兩個公式，其中一個公式在短波輻射中適用，在長波輻射中不適用，另外一個公式在長波輻射中適用，在短波輻射中不適用，普朗克在一次很偶然的數學計算中，將兩個公式強行拼成了一個公式，普朗克得出的這個黑體輻射公式可以很好的解釋一切波長的能量輻射問題，但是必須在這個公式中加入一個前提：能量的輻射不是連續不斷的，而是一段、一段的，由能量的最小單位（量子）傳遞的，後來普朗克根據能量輻射公式推導出了一個物理常數
  • 探索宇宙中的極限——普朗克尺度
    僅用自然界中的五個常數（包括光速和引力常數），你，我，甚至是來自半人馬座阿爾法星的外星人都可以得到相同的普朗克單位。最基本的普朗克單位分別為長度、質量、溫度、時間和電荷。小對話框裡顯示的是普朗克長度、普朗克時間及普朗克質量的定義。定義普朗克溫度和電荷需要庫倫常數和波茲曼常數。
  • 普朗克黑體輻射理論
    1900年10月，馬克斯·普朗克將維恩定律加以改良，又將玻爾茲曼熵公式重新詮釋，得出了一個與實驗數據完全吻合普朗克公式來描述黑體輻射。但是在詮釋這個公式時，通過將物體中的原子看作微小的量子諧振子，他不得不假設這些量子諧振子的總能量不是連續的，即總能量只能是離散的數值（經典物理學的觀點恰好相反），這就是量子理論的誕生標誌。黑體輻射的研究主線為1.
  • 和普朗克常數無關的量子效應
    這裡h就是著名的普朗克常數而ν是光的頻率。自此，普朗克常數(或約化普朗克常數ħ = h /2π)開始出現在描述各種微觀粒子性質的物理量中，比如自旋⻆動量等於ħ的整數或半整數倍，原子或分子的大小正比於ħ的平方。在各種量子效 應，比如量子隧穿和能級分裂，我們也都能看到普朗克常數扮演的重要⻆色。現在普朗克常數已經成為量子效應的代名詞。
  • 量子之父——普朗克
    1858年4月23日，普朗克出生於德國沿海城市基爾的一個法學家家庭。普朗克是家裡第六個孩子，他有三個哥哥、兩個姐姐和一個弟弟。普朗克與其他兄弟姐妹一樣，從小就受到良好的教育。據說普朗克從童年起就顯示出自己的音樂才華，尤其擅長彈奏鋼琴和風琴，具有專業音樂家的鋼琴演奏技巧。