Planckovy jednotky

Planckovy jednotky jsou fyzikální měrné jednotky. Soustavu těchto jednotek poprvé vyvinul Max Planck. Definice pěti základních Planckových jednotek vychází pouze z pěti fyzikálních konstant, které se vyskytují v přírodě. Pokud se Planckovy jednotky použijí k vyjádření kterékoli z těchto pěti fyzikálních konstant, jejich hodnota je 1. To umožňuje fyzikům zjednodušit mnoho rovnic o fyzikálních zákonech. Planck tyto jednotky navrhl v roce 1899. Jsou také známé jako přirozené jednotky, protože původ jejich definice pochází pouze z vlastností přírody, a nikoli z nějakého lidského konstruktu. Planckovy jednotky jsou pouze jednou ze soustav přírodních jednotek mezi ostatními soustavami. Jsou považovány za jedinečné, protože tyto jednotky nejsou založeny na vlastnostech žádného prototypu objektu, resp. částice (které by byly libovolně zvoleny), ale vycházejí pouze z vlastností volného prostoru. Konstanty, které Planckovy jednotky podle definice normalizují na 1, jsou:

• Gravitační konstanta, G;
• Redukovaná Planckova konstanta, ħ;
• Rychlost světla ve vakuu, c;
• Coulombova konstanta, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}} (někdy _ke nebo k);
• Boltzmannova konstanta, kB (někdy k).

Každou z těchto konstant lze spojit alespoň s jednou základní fyzikální teorií: c se speciální relativitou, G s obecnou relativitou a Newtonovým zákonem všeobecné gravitace, ħ s kvantovou mechanikou, ε0 s elektrostatikou a kB se statistickou mechanikou a termodynamikou. Planckovy jednotky jsou pro teoretickou fyziku velmi důležité, protože zjednodušují několik opakujících se algebraických vyjádření fyzikálního zákona. Jsou zvláště důležité při výzkumu sjednocených teorií, jako je kvantová gravitace.

Planckovy jednotky mohou být fyziky někdy polohumorně označovány jako "boží jednotky". Odstraňují ze soustavy jednotek lidskou svévoli: někteří fyzikové tvrdí, že komunikace s mimozemskou inteligencí by musela používat takovou soustavu jednotek, aby bylo možné se společně odvolávat na měřítko. Na rozdíl od metru a sekundy, které v soustavě SI existují jako základní jednotky z historických důvodů (v lidských dějinách), jsou Planckova délka a Planckův čas pojmově spojeny na základní fyzikální úrovni.

Přirozené jednotky pomáhají fyzikům přeformulovat otázky. Frank Wilczek to vyjádřil stručně:

...Vidíme, že [položená] otázka nezní "Proč je gravitace tak slabá?", ale spíše "Proč je hmotnost protonu tak malá?". Neboť v přirozených (Planckových) jednotkách je síla gravitace prostě tím, čím je, primární veličinou, zatímco hmotnost protonu je nepatrným číslem [1/(13 kvintilionů)]...

- červen 2001 Physics Today

Síla gravitace je prostě taková, jaká je, a síla elektromagnetické síly je prostě taková, jaká je. Elektromagnetická síla působí na jinou fyzikální veličinu (elektrický náboj) než gravitace (hmotnost), takže ji nelze přímo srovnávat s gravitací. Konstatovat, že gravitace je extrémně slabá síla, je z hlediska Planckových jednotek jako srovnávat jablka s pomeranči. Je pravda, že elektrostatická odpudivá síla mezi dvěma protony (samotnými ve volném prostoru) výrazně převyšuje gravitační přitažlivou sílu mezi stejnými dvěma protony, a to proto, že náboj na protonech je přibližně Planckova jednotka náboje, ale hmotnost protonů je mnohem, mnohem menší než Planckova hmotnost.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co jsou to Planckovy jednotky?

Otázka: Na čem jsou založeny čtyři základní Planckovy jednotky?

Otázka: Proč se jim říká přírodní jednotky?

Otázka: Jak pomáhají přirozené jednotky fyzikům?

Otázka: S jakými teoriemi má každá z těchto konstant spojenou alespoň jednu základní fyzikální teorii?

Otázka: Proč mohou být Planckovy jednotky někdy polohumorně označovány jako "Boží jednotky"?

Hledání podle dopisu