Pourquoi il y a des limites à ce qui peut prédire la physique?

Si le partage de la substance dans l'Univers de la plus en plus petits composants, vous finirez par vous atteignez vos limites, face à la fondamentale et indivisible de la particule. Tous les objets macroscopiques peuvent être divisés en molécules, même les atomes, puis les électrons (qui sont fondamentales) et le noyau, puis sur les protons et les neutrons, et, enfin, à l'intérieur d'eux sont les quarks et глюоны. Les électrons, les quarks et глюоны — exemples fondamentaux de particules, qui ne peut se diviser encore plus. Mais comment est-ce possible, pour le temps et l'espace sont les limites? Pourquoi il y a des valeurs de Planck, qui ne partage plus loin?

Pour comprendre d'où vient планковская la valeur, il est mieux de commencer avec les deux piliers qui régissent la réalité: la relativité générale et la physique quantique.

La théorie Générale de la relativité de la lie de la matière et de l'énergie de l'Univers, à la courbure et la déformation du tissu de l'espace-temps. La physique quantique décrit comment les différentes particules et les champs interagissent entre eux à l'intérieur du tissu de l'espace-temps, y compris à très petite échelle. Il existe deux constantes physiques fondamentales, qui jouent un rôle dans la théorie de la relativité: G la constante gravitationnelle de l'Univers, et c la vitesse de la lumière. G se produit parce que le définit le taux de déformation de l'espace-temps dans la présence de la substance et de l'énergie; c est parce que c'est l'interaction gravitationnelle se répand dans l'espace-temps à la vitesse de la lumière.

Dans la mécanique quantique est deux les constantes fondamentales: c et h, où la dernière est la constante de Planck. c est la limite de la vitesse de toutes les particules, la vitesse à laquelle doivent se déplacer tous les безмассовые des particules et la vitesse maximale à laquelle peut se propager à toute interaction. La constante de Planck a été incroyable importante pour décrire la façon dont квантуются sont les niveaux d'énergie, l'interaction entre les particules et tous les résultats possibles d'événements. Un électron qui tourne autour du proton, peut avoir un nombre quelconque de niveaux d'énergie, mais ils apparaissent tous discrètes étapes, et la taille de ces étapes déterminées h.

Combinez ces trois permanents: G, c et h, et vous pouvez utiliser différentes combinaisons pour la construction de l'échelle de longueur, de masse et la période de temps. Ils sont connus, en conséquence, que la longueur de Planck, la masse de Planck et le temps de Planck. (Vous pouvez construire et d'autres valeurs, par exemple, l'énergie de Planck, la température de Planck et ainsi de suite). Tout cela, en général, l'échelle de longueur, de masse et de temps dans lesquelles, en l'absence de toute autre information seront importants effets quantiques. Il ya de bonnes raisons de croire que c'est le cas, et assez facile à comprendre pourquoi.

Imaginez que vous avez une particule par une certaine masse. Vous posez une question: «Si ma particule a eu une telle masse, dans la mesure du faible volume de son besoin de compresser pour qu'elle devienne un trou noir?». Vous pouvez vous demander: «Si j'avais un trou noir d'une certaine taille, le temps d'une particule se déplaçant à la vitesse de la lumière, surmonté serait d'une distance égale à cette taille?». La masse de Planck, la longueur de la Courroie et le temps de Planck correspondent exactement aux valeurs: le trou noir de la masse de planck sera une longueur de planck et se croisent avec la vitesse de la lumière pour планковское temps.

Mais планковская la masse est beaucoup, beaucoup plus массивна que toutes les particules que nous ayons créé; elle est dans 10¹⁹ fois plus lourd que le proton! La longueur de Planck, exactement la même, en 10¹⁴ de fois moins que n'importe quelle distance, que nous avons jamais зондировали et планковское dans 10²⁵ de fois moins que le tout directement mesuré. Ces échelles n'ont jamais été directement disponibles pour nous, mais ils sont importants pour une autre raison: планковская l'énergie (que vous pouvez obtenir, en plaçant планковскую masse dans E = mc²) est une échelle à laquelle quantique de la gravité des effets commencent à acquérir de l'importance et de la valeur.

Cela signifie que l'énergie d'une telle magnitude ou à des échelles de temps plus court temps de Planck, ou de l'échelle de longueur inférieure à la longueur de Planck — nos lois de la physique doivent être violés. Entrent en jeu les effets de la gravitation quantique, et les prédictions de la relativité générale ne sont plus fiables. La courbure de l'espace est très grand, et donc le «fond» que nous utilisons pour calculer les grandeurs quantiques, aussi, cesse d'être fiable. L'incertitude de l'énergie et du temps signifie que les incertitudes de plus en plus de valeurs que nous savons comment calculer. En bref, d'habitude nous nucléaires ne fonctionne plus.

Pour notre Univers n'est pas un problème. Ces énergétiques de l'ampleur dans les 10¹⁵ fois plus élevés que ceux que pourrait atteindre le Grand collisionneur de hadrons (lhc), et à 100 000 000 de fois plus de particules énergétiques qui crée l'Univers lui-même (les rayons cosmiques de haute énergie), et même 10 000 fois les indicateurs ci-dessus, qui ont atteint l'Univers juste après le Big Bang. Mais si nous avons voulu explorer ces limites, il y a un endroit où ils peuvent être importants: сингулярностях, situés dans les centres des trous noirs.

Dans ces lieux de masse nettement supérieures планковскую la masse, se contractent en taille, en théorie, moins de longueur de Planck. Si dans l'Univers, il y a un endroit où nous avons regroupé toutes les lignes en une seule et entrons dans le mode de Planck, c'est elle. Nous ne pouvons pas y accéder aujourd'hui, parce qu'il est fermé l'horizon des événements d'un trou noir et non disponible. Mais si nous sommes assez patient — et de la patience il faudra beaucoup de l'Univers nous donnera l'occasion.

Vous Voyez, noirles trous avec le temps se décomposent lentement. L'intégration de la théorie quantique des champs dans l'espace-temps courbé théorie de la relativité générale qui signifie qu'une petite quantité de rayonnement est émis dans l'espace en dehors de l'horizon des événements, et l'énergie de ce rayonnement provient de la masse du trou noir. Avec le temps, la masse d'un trou noir diminue, l'horizon des événements est comprimé, et 10⁶⁷ ans le trou noir d'une masse solaire se soit complètement évaporée. Si nous pouvions avoir accès à tous les radiations, покинувшему trou noir, y compris les derniers moments de son existence, nous sommes sans aucun doute, serait en mesure de rassembler tous les effets quantiques, qui prédit notre meilleure théorie.

Il n'est pas nécessaire que l'espace ne peut pas être divisé encore plus petites unités, que планковская longueur, et que le temps ne peut pas être divisé en unités plus petites que планковское temps. Tout simplement, nous savons que notre description de l'Univers, y compris nos lois de la physique, ne peut pas aller au-delà de ces échelles. Квантуемо si l'espace? Passe-t-il en étant continuellement au fait? Et que devons-nous faire avec le fait que tous les célèbres fondamentaux de particules dans l'Univers ont de masse est beaucoup, beaucoup moins de planck? Sur ces questions en physique, pas de réponses. Планковские l'ampleur n'est pas aussi fondamental dans la limitation de l'Univers, aussi dans notre compréhension de l'Univers. C'est pourquoi nous continuons à expérimenter. Peut-être, quand nous aurons plus de connaissances, nous obtenons des réponses à toutes les questions. Pas encore.