Planckove jednotky
Planckove jednotky sú fyzikálne merné jednotky. Sústavu týchto jednotiek prvýkrát vyvinul Max Planck. Definícia piatich základných Planckových jednotiek vychádza len z piatich fyzikálnych konštánt, ktoré sa nachádzajú v prírode. Keď sa na vyjadrenie ktorejkoľvek z týchto piatich fyzikálnych konštánt použijú Planckove jednotky, ich hodnota je 1. To umožňuje fyzikom zjednodušiť mnohé rovnice o fyzikálnych zákonoch. Planck navrhol tieto jednotky v roku 1899. Sú známe aj ako prirodzené jednotky, pretože pôvod ich definície pochádza len z vlastností prírody a nie zo žiadneho ľudského konštruktu. Planckove jednotky sú len jednou zo sústav prírodných jednotiek spomedzi ostatných sústav. Považujú sa za jedinečné, pretože tieto jednotky nie sú založené na vlastnostiach žiadneho prototypu objektu alebo častice (ktoré by boli ľubovoľne zvolené), ale vychádzajú len z vlastností voľného priestoru. Konštanty, ktoré Planckove jednotky podľa definície normalizujú na 1, sú:
- Gravitačná konštanta, G;
- Redukovaná Planckova konštanta, ħ;
- Rýchlosť svetla vo vákuu, c;
- Coulombova konštanta, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}}
(niekedy ke alebo k); - Boltzmannova konštanta, kB (niekedy k).
Každá z týchto konštánt môže byť spojená s aspoň jednou základnou fyzikálnou teóriou: c so špeciálnou teóriou relativity, G so všeobecnou teóriou relativity a Newtonovým zákonom univerzálnej gravitácie, ħ s kvantovou mechanikou, ε0 s elektrostatikou a kB so štatistickou mechanikou a termodynamikou. Planckove jednotky sú pre teoretickú fyziku veľmi dôležité, pretože zjednodušujú viaceré opakujúce sa algebraické vyjadrenia fyzikálneho zákona. Sú obzvlášť dôležité pri výskume zjednotených teórií, ako je kvantová gravitácia.
Planckove jednotky môžu byť niekedy fyzikmi polohumorne označované ako "Božie jednotky". Odstraňujú zo sústavy jednotiek ľudskú svojvôľu: niektorí fyzici tvrdia, že komunikácia s mimozemskou inteligenciou by musela používať takúto sústavu jednotiek, aby sa dalo spoločne odkazovať na mierku. Na rozdiel od metra a sekundy, ktoré existujú ako základné jednotky v sústave SI z historických dôvodov (v dejinách ľudstva), Planckova dĺžka a Planckov čas sú pojmovo spojené na základnej fyzikálnej úrovni.
Prirodzené jednotky pomáhajú fyzikom preformulovať otázky. Frank Wilczek to vyjadril stručne:
...Vidíme, že otázka [položená] neznie: "Prečo je gravitácia taká slabá?", ale skôr: "Prečo je hmotnosť protónu taká malá?" Pretože v prirodzených (Planckových) jednotkách je sila gravitácie jednoducho tým, čím je, primárnou veličinou, zatiaľ čo hmotnosť protónu je nepatrné číslo [1/(13 kvintiliónov)]...
- jún 2001 Physics Today
Sila gravitácie je jednoducho taká, aká je, a sila elektromagnetickej sily je jednoducho taká, aká je. Elektromagnetická sila pôsobí na inú fyzikálnu veličinu (elektrický náboj) ako gravitácia (hmotnosť), takže ju nemožno priamo porovnávať s gravitáciou. Konštatovať, že gravitácia je extrémne slabá sila, je z hľadiska Planckových jednotiek ako porovnávať jablká a pomaranče. Je pravda, že elektrostatická odpudivá sila medzi dvoma protónmi (osamotenými vo voľnom priestore) výrazne prevyšuje gravitačnú príťažlivú silu medzi tými istými dvoma protónmi, a to preto, že náboj protónov je približne Planckova jednotka náboja, ale hmotnosť protónov je oveľa, oveľa menšia ako Planckova hmotnosť.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo sú Planckove jednotky?
Odpoveď: Planckove jednotky sú fyzikálne merné jednotky, ktoré ako prvý vyvinul Max Planck na základe štyroch fyzikálnych konštánt vyskytujúcich sa v prírode. Keď sa použije na vyjadrenie ktorejkoľvek z týchto štyroch fyzikálnych konštánt, jej hodnota je 1.
Otázka: Na čom sú založené štyri základné Planckove jednotky?
Odpoveď: Štyri základné Planckove jednotky sú založené len na štyroch fyzikálnych konštantách, ktoré sa nachádzajú v prírode a medzi ktoré patria rýchlosť svetla vo vákuu (c), gravitačná konštanta (G), redukovaná Planckova konštanta (ħ) a Boltzmannova konštanta (kB).
Otázka: Prečo sa nazývajú prírodné jednotky?
Odpoveď: Nazývajú sa prirodzené jednotky, pretože pochádzajú len z vlastností prírody a nie z nejakého ľudského konštruktu.
Otázka: Ako pomáhajú prirodzené jednotky fyzikom?
Odpoveď: Prirodzené jednotky pomáhajú fyzikom zjednodušiť viaceré opakujúce sa algebraické vyjadrenia fyzikálnych zákonov a preformulovať otázky. Okrem toho odstraňujú zo systému jednotiek ľubovoľnosť zameranú na človeka.
Otázka: S akými teóriami má každá z týchto konštánt spojenú aspoň jednu základnú fyzikálnu teóriu?
Odpoveď: S c je spojená špeciálna teória relativity, s G je spojená všeobecná teória relativity a Newtonov zákon univerzálnej gravitácie, s ħ je spojená kvantová mechanika, s ε0 je spojená elektrofyzika a s kB je spojená štatistická mechanika a termodynamika.
Otázka: Prečo sa Planckove jednotky niekedy polohumorne nazývajú "Božie jednotky"?
Odpoveď: Môžu sa označovať ako "Božie jednotky", pretože zo sústavy jednotiek vylučujú svojvoľnosť zameranú na človeka a niektorí fyzici tvrdia, že komunikácia s mimozemskou inteligenciou by musela používať takúto sústavu jednotiek, aby sa dalo spoločne odkazovať na mierku.
