普朗克常數與一系列普朗克常量分別是什麼?它們支配著這個世界!

2020-12-17 科學新視界

要說普朗克常數就首先要說普朗克這個人,普朗克可以說是量子力學之父,於1918年獲得諾貝爾物理學獎,和愛因斯坦並稱為20世紀最重要的兩位物理學家。他是最先提出能量子這個概念的物理學大牛,在「紫外災難」中,普朗克利用量子力學的思想完美地解決了「黑體輻射」的問題,提出了普朗克輻射定律。

年輕的普朗克

能量子的概念和普朗克常數都是在他在研究普朗克輻射定律的過程中提出和發現的。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。

首先說普朗克尺度,指普朗克長度和普朗克時間,它們是指我們這個宇宙中存在的最小的尺度。其中普朗克長度的大小大約是1.62×10(-35)米,這是宇宙中最短的距離。普朗克時間是5.39×10^(-44)秒,這是宇宙中最短的時間。

那為何我們的宇宙中會存再普朗克尺度這樣的時空最小間隔呢?我們可以從普朗克常數出發,因為所有普朗克常量都是基於普朗克常數導出的,而普朗克常數是量子力學領域最重要的常數之一。所以普朗克尺度之所以存在,就是因為量子力學規定了這樣的宇宙。

我們可以簡單地理解這樣一個過程,根據海森堡的不確定性原理(測不準原理),任何一個存在,其長度越短,就代表他的位置就越確定,那就代表著速度或者說動量就越不確定。而時間間隔越短,就代表著時間越確定,就代表著能量越不確定。這時候就出現了這樣一個情況,動量和能量都不確定,那就代表著能量的平均值就很大。

這時候可怕的時發生了,這個平均值很大的能量是存在於一個非常小的時空中的,當這個空間狹小到了一定程度時,能量就會高到一定程度,這時候這個狹小時空的能量密度就會很高,而根據質能公式E=mc^2,能量就是質量,當這個能量密度高於某一個平均值的時候,黑洞就出現了,這個黑洞的視界的大小就是普朗克尺度了。

而黑洞我們是有一定了解的,在視界範圍內,光也無法逃出其引力範圍,這意味著我們無法從其中找到任何信息,因為所有的信息都被黑洞給吃了。科學家們根據理論計算,這個普朗克尺度大小的黑洞可能就是理論下可以存在的最小的黑洞,所以小於這個尺度的範圍,我們是無法研究的,那時絕對的沒有「意義」。

所以可以這麼說,我們對宇宙萬物的認知是被量子力學裡的不確定性原理給鎖死了的,所有小於普朗克尺度的存在對我們而言都是沒有物理意義的,普朗克尺度和普朗克常數封鎖並支配者這個宇宙中的一切,我們所有的努力研究都在其規定的範圍內。

普朗克長度告訴我們,這個宇宙中最短的長度也恰好對應於宇宙中最短的波長,電磁波速度為光速,根據波長與頻率的關係我們就可以知道,波長越短,頻率就越高。因此,這個宇宙中電磁波頻率的上限就是普朗克時間的倒數。

那是不是說小於普朗克尺度的時間和長度是不存在的呢?其實不是的,這樣的長度和時間是存在的,但是這對人類來說是沒有意義的。因為就算小於普朗克尺度的物理現象或者物理過程是存在的,它們也不會對我們的可觀測世界造成任何影響。這就是普朗克尺度,代表著我們的可感知世界,一個被量子力學鎖死的世界。

我們知道溫度是形容粒子運動快慢的物理量,當粒子的動能為0的時候,就達到了絕對零度,這是溫度的下限,但是還是測不準原理,他告訴我們粒子不可能停止運動,所以絕對零度只能無限接近卻無法達到。

那普朗克溫度又是什麼什麼意思呢?它是自然單位系統中普朗克單位,並且是代表著量子力學中的一個基礎極限的普朗克單位。普朗克溫度是溫度的基礎上限,可以計算出大小是1.416833(85)×10^32 K。現代科學認為,任何比這更熱的存在都是毫無意義的。據現時的物理宇宙學奇點大爆炸理論,我們認為,在宇宙大爆炸發生一個一個普朗克時間之後,宇宙的溫度為一個普朗克溫度。

好了,這就是關於普朗克常數和幾個普朗克常量的基本介紹,你還知道哪些關於普朗克尺度的知識,歡迎轉發評論。

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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
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