物理極限:普朗克尺度

2020-12-23 溯源時空宇宙

#普朗克#普朗克尺度是我們這個宇宙中存在的最小尺度,有普朗克長度,普朗克時間,以及普朗克溫度等等。

普朗克長度約等於1.6x10^-35米,是有意義的最小可測長度,這也是當前物理學中的長度最小極限,比普朗克長度更小的尺度在現在的科學理論下沒有意義。

普朗克時間約為5.38x10^-44s,這是宇宙中最短的時間,普朗克時間=普朗克長度/光速。

之所以存在這些物理極限的尺度,是因為量子力學,根據不確定性原理,長度越短,說明位置就越確定,那麼速度就越不確定。時間間隔越短,也就是時間越確定,就意味著能量越不確定。

速度越不確定,能量越不確定的情況下,那麼能量的平均值就會越高,極大的能量在普朗克尺度下就會超過臨界值,也就是會形成非常微小的黑洞。

這個黑洞的視界線大小就等於普朗克長度,而人類目前所有的理論在黑洞視界線內全部失效,無法獲取任何黑洞內部信息。

但這並不是說小於普朗克尺度的長度和時間就不存在了,而是即使有物理現象普朗克尺度內發生對我們來說也沒有任何意義。

就像黑洞一樣,在黑洞內部肯定有未知的物理現象發生,但我們無法觀測。

從某種方面來說,普朗克尺度的存在讓我們的宇宙在宏觀與微觀再次統一,而黑洞是科學對宇宙研究無法越過的坎。

與普朗克長度和普朗克時間這兩個宇宙最小尺度物理量相反的是,普朗克溫度是我們宇宙所能夠達到的最高溫度。

這是宇宙大爆炸第一個瞬間的溫度,也是熱力學溫度上限,雖然理論上溫度是可以無上限提升,但是研究高於普朗克溫度的溫度沒有任何意義。

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    以至於許多人都無法能夠想像到年輕時候的普朗克居然和書本上的反差如此大,難怪大力會如此狂熱的痴迷於他,假如教材書上放的是普朗克年輕時候的照片,會不會有許多人因為他的顏值而愛上物理呢?
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    《愛情公寓5》火了,諸葛大力火了,普朗克也火了。劇中諸葛大力作為「狂霸酷炫拽」型的學霸,時常提及一大串物理科學家,普朗克、愛因斯坦、玻爾……,其中更是多次強調,她的偶像是普朗克。那麼普朗克究竟是什麼身份,會讓一個學霸為之痴迷。
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  • 普朗克人物簡介
    雖然家庭條件優越,但是普朗克學習還是十分刻苦。1867年全家搬去了慕尼黑,普朗克在馬克西米利安文理中學讀書,並在那裡他受到數學家奧斯卡·馮·米勒的啟發,發現自己對數理方面的興趣。從米勒那普朗克學到了生平第一個物理學原理——能量守恆。在這段期間,普朗克第一次接觸了物理學這個領域。換個角度說,米勒應該是普朗克的物理啟蒙老師。
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    目前認為可觀測最極微細空間尺度普朗克長度在10^(-35)米量級,這是目前理論計算的人類可觀測微觀量子世界的最微小尺度極限。一維弦建立在普朗克長度量級,與太極「其大無外,其小無內」還有差距。因為按照太極這樣「玄」的存在狀態,空間有大小,但時間不獨立於空間而存在,比如三維空間有長寬高,那麼在三維的每一維度上有沒有時間呢?按照空間「平等性」每個維度上,必然有時間,所以對於一個空間中的每個點位置來說,這三個維度的時間是平等的,不能把時間單獨列出。
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    馬克斯·普朗克馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維希·普朗克(德語:Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858年4月23日—1947年10月4日),出生於德國荷爾施泰因,德國著名物理學家
  • 量子理論的偉大奠基者——普朗克
    為了求知 選定物理 普朗克 1858 年 4 月 23 日出生於德國的基爾城, 他的祖上有一些是牧師、法學家和教授。他的曾祖父是萊布尼茨的再傳弟子,在哥廷根任神學教授, 他的祖父也是哥廷根的神學教授,而他的父親是法 學教授,在基爾大學和慕尼黑大學任教數十年,母親出身於一個牧師家庭,普朗克有三個哥哥,兩個 姐姐和一個弟弟。
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    M理論——作為「物理的終極理論」被提出,希望通過一個理論來解釋所有物質與能源的本質與交互關係。特別是在物理的更高層次,很多深藏的秘密都被揭示出來了。而這些揭示但凡打開了局面,就會像泥土深層的春筍,為我們自以為了解的世界頂開一片新的景象,這樣的景象甚至是我們從來不曾想過的。理論的深淺一般衡量物理理論的深淺,要看它改變了以前哪種程度上的世界觀,以及最終達到了什麼樣的效果。
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    在我昨天的文章《一文讀懂熵的物理意義,物理小白進階,請收好》中提到了普朗克,他總結了前人的經驗和思想,用一個數學公式把熵清晰地表達了出來。普朗克的這個公式其實都是玻爾茲曼的思想,他的一輩子都是一個保守的物理學家,只是他在不經意間,把物理學帶進了量子力學的港灣。
  • 「歷史人物」普朗克,宣告牛頓時代終結的使者
    普朗克不僅長得帥,而且十分具有音樂天賦。他會鋼琴、管風琴和大提琴,還上過演唱課,曾在慕尼黑學生學者歌唱協會為多首歌曲和一部輕歌劇作曲。但是在大學,普朗克選擇物理作為他的專業。慕尼黑的物理學教授菲利普·馮·約利曾勸說普朗克不要學習物理,他認為「這門科學中的一切都已經被研究了,只有一些不重要的空白需要被填補」,這也是當時許多物理學家所堅持的觀點,但是普朗克回復道:「我並不期望發現新大陸,只希望理解已經存在的物理學基礎,或許能將其加深。」普朗克於1874年在慕尼黑開始了他的物理學學業。
  • 普朗克是誰?在科學上有什麼貢獻?專家一席話讓人心驚!
    1900年,德國柏林大學教授普朗克首先提出了「量子論」。1906年12月14日,普朗克在柏林的物理學會上發表了題為《論正常光譜的能量分布定律的理論》的論文,提出了著名的普朗克公式,這一天被普遍地認為是量子物理學誕生的日子。 普朗克出身在一個富裕的家庭,年少的他就十分具有音樂天賦,他會鋼琴、管風琴和大提琴,還上過演唱課,關鍵還帥的不行(圖三)。但是普朗克並沒有選擇音樂作為他的大學專業,而是決定學習物理。
  • 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。
  • 《愛5》中諸葛大力的偶像普朗克到底是怎樣的人?
    沒錯,他就是著名的德國物理學家普朗克。 普朗克早期的研究領域主要是熱力學。他的博士論文就是《論熱力學的第二定律》。此後,他從熱力學的觀點對物質的聚集態的變化、氣體與溶液理論等進行了研究。普朗克在物理學上最主要的成就是提出著名的普朗克輻射公式,創立能量子概念。 19世紀末,人們用經典物理學解釋黑體輻射實驗的時候,出現了著名的所謂「紫外災難」。
  • 黑體輻射、對應原理與零點能——普朗克老師的一箭三雕|賢說八道
    撰文 | 曹則賢(中國科學院物理研究所研究員)所有學物理的人,按說都知道柏林大學教熱力學的普朗克老師 (Max Planck, 1858-1947) 。普朗克老師上大學時學物理不是為了將來有什麼成就,他說他就是想學懂物理,結果他還真做到了——經典力學、電動力學和熱力學,普朗克老師是全吃透了其精髓。普朗克老師學習物理肯定是下了狠功夫的,學物理掉頭髮的梗可能就是來自他老人家 (圖1) 。普朗克老師是相對論的奠基人,是熱力學的拓展者,是統計力學的反對者和擁護者。