Perché ci sono i limiti di ciò che possono prevedere fisica?

Se dividere la sostanza dell'Universo in tutte le più piccole componenti, si finisce raggiunge il limite, di fronte alla fondamentale e indivisibile particella. Tutti macroscopiche gli oggetti possono essere suddivisi in molecole, anche gli atomi, quindi gli elettroni (che sono fondamentali) e del kernel, quindi per i protoni e i neutroni, e, infine, al loro interno saranno quark e gluoni. Gli elettroni, quark e gluoni — esempi di particelle fondamentali, che non può essere diviso ancora di più. Ma come è possibile, per avere il tempo e lo spazio sono stati gli stessi limiti? Perche ' ci sono i valori di Planck, che già non è possibile dividere ulteriormente?

Per capire da dove viene planck valore, vale la pena di iniziare con due pilastri, che governano la realtà: la teoria generale della relatività e la fisica quantistica.

La teoria della relatività Generale comunica la materia e l'energia, esistenti nell'Universo, con la curvatura e deformazione del tessuto dello spazio-tempo. La fisica quantistica descrive come le varie particelle e campi interagiscono tra loro all'interno del tessuto dello spazio-tempo, tra cui una scala molto piccola. Ci sono due fondamentali costanti fisiche, che svolgono un ruolo nella teoria generale della relatività: G la costante gravitazionale dell'Universo, e c è la velocità della luce. G si verifica perché imposta il tasso di deformazione dello spazio-tempo in presenza di materia e di energia; c — perché è l'interazione gravitazionale si estende nel tempo e nello spazio alla velocità della luce.

In meccanica quantistica anche appare due le costanti fondamentali: c e h, dove l'ultima è la costante di Planck. c è un limite di velocità di tutte le particelle, la velocità con cui devono muoversi tutti безмассовые particelle, e la velocità massima a cui può diffondersi qualsiasi interazione. La costante di Planck è stato incredibile importante per descrivere come квантуются (considerati) quantistici livelli di energia, l'interazione tra le particelle e tutti i risultati possibili eventi. Un elettrone che ruota intorno al protone, può avere un numero qualsiasi di livelli di energia, ma tutti appaiono discreti passi, e la dimensione di questi passaggi viene definita h.

Allineare tre costanti: G, c e h, e sarà in grado di utilizzare diverse combinazioni per la costruzione della scala di lunghezza, massa e tempo. Essi sono noti, rispettivamente, come la lunghezza di Planck, la massa di Planck e il tempo di Planck. (È possibile costruire e altri valori, ad esempio, l'energia di Planck, la temperatura di Planck e così via). Tutto questo, in generale, la scala di lunghezza, massa e tempo, in cui — in assenza di qualsiasi altra informazione — saranno notevoli effetti quantistici. Ci sono buone ragioni per credere che questo è vero, ed è abbastanza facile da capire perché è così.

Immaginate che avete una certa particella di massa. Si pone la domanda: «Se la mia particella ha avuto una tale massa, in quanto piccolo volume il suo bisogno di comprimere, per lei è diventato un buco nero?». Si può ancora chiedere: «Se avessi un buco nero di una certa dimensione, durante il quale una particella che si sposta alla velocità della luce, avrebbe superato una distanza pari a quella dimensione?». La massa di Planck, la lunghezza di Planck e il tempo di Planck corrispondono esattamente ai valori: un buco nero planck di massa sarà planck di lunghezza e si intersecano con la velocità della luce per un tempo di planck.

Ma la massa di planck è molto, molto più massiccia, di eventuali particelle che abbiamo mai creato; 10¹⁹ volte più pesante del protone! La lunghezza di Planck, allo stesso modo, in 10¹⁴ volte inferiore a qualsiasi distanza, che abbiamo mai sondato, e tempo di planck 10²⁵ volte meno di qualsiasi diritto di misura. Queste scale non sono mai stati direttamente disponibili per noi, ma sono importanti per un altro motivo: energia di planck (che si può ottenere mettendo планковскую un sacco di E = mc²) è una scala, in cui quantistica effetti gravitazionali cominciano ad acquisire l'importanza e il significato.

Questo significa che quando l'energia di tale grandezza — o scale temporali più brevi del tempo di Planck, o scala di lunghezza inferiore alla lunghezza di Planck — le nostre attuali leggi della fisica devono essere violati. Entrano in gioco gli effetti della gravità quantistica, e le previsioni della teoria della relatività generale cessano di essere affidabili. La curvatura dello spazio diventa molto grande e, quindi, «sfondo», che utilizziamo per il calcolo di grandezze quantistiche, anche cessa di essere affidabile. L'incertezza di energia e di tempo significa che l'incertezza diventano al di sopra dei valori, che sappiamo come calcolare. Insomma, a noi familiare fisica non funziona più.

Per il nostro Universo non è un problema. Questi energetici la scala a 10¹⁵ volte superiore rispetto a quelli che può raggiungere il large hadron collider, e a 100 000 000 volte più energia di particelle, che crea l'Universo stesso (raggi cosmici ad alta energia), e anche a 10 000 volte superiore di indicatori, che ha raggiunto l'Universo subito dopo il Big Bang. Ma se volessimo esplorare questi limiti, c'è un posto dove possono essere importanti: in сингулярностях, situati in centri di buchi neri.

In questi luoghi di massa, ben oltre планковскую massa, compressi in formato, teoricamente minore della lunghezza di Planck. Se nell'Universo c'è un posto dove mettiamo tutte le linee in una sola ed entriamo in modalità Cinghia, questo è. Non possiamo accedervi oggi, perché è chiuso l'orizzonte degli eventi di un buco nero e non è disponibile. Ma se saremo abbastanza paziente — e la pazienza che ci vorrà un sacco di Universo ci darà questa opportunità.

Vedete, neroil buco con il tempo lentamente si disintegrano. L'integrazione della teoria quantistica dei campi in uno spazio-tempo curvo OTO significa che una piccola quantità di radiazione emessa nello spazio al di fuori dell'orizzonte degli eventi, e l'energia per questa radiazione viene dalla massa del buco nero. Con il tempo, la massa del buco nero diminuisce, l'orizzonte degli eventi è compresso, e dopo 10⁶⁷ anni un buco nero di massa solare completamente evaporare. Se potessimo ottenere l'accesso a tutto uv, покинувшему un buco nero, tra cui gli ultimi momenti della sua esistenza, si, senza dubbio, sarebbe in grado di mettere insieme tutti effetti quantistici, che non hanno previsto i nostri migliori teoria.

Non è necessario che lo spazio non può essere diviso in un'unità più piccole rispetto alla lunghezza di planck, e che il tempo non può essere diviso in unità più piccole, di un tempo di planck. Sappiamo che la nostra descrizione dell'Universo, tra cui le nostre leggi della fisica, non possono andare al di là di queste proporzioni. Квантуемо se lo spazio? Scorre il tempo continuamente in realtà? E che dobbiamo fare con il fatto che tutte le famose particelle fondamentali dell'Universo hanno una massa molto, molto meno di planck? A queste domande in fisica non ci sono risposte. Планковские la scala non è così fondamentale nel limitare l'Universo, quanto nella nostra comprensione dell'Universo. Così continuiamo a sperimentare. Forse, quando avremo più conoscenza, avremo le risposte a tutte le domande. No, non ancora.