“普朗克长度和普朗克时间尺度之下,物理学不存在了。”
“.”
这些观点无一例外,全部都是错误的,而且是毫无争议的错误。
之所以大家会有这些错误的想法,关键在于并没有搞懂普朗克长度的来龙去脉。
乍一听这个名词很吊,就人为地认为它很牛逼。
其实所谓的“普朗克××”不是什么神秘和高大上的东西,不需要带着滤镜看它们。
比如,除了普朗克长度和普朗克时间,还有普朗克质量、普朗克温度、普朗克电压、普朗克电流
是不是很懵逼很失望,牛逼哄哄的普朗克长度,竟然还有这么多孪生兄弟姐妹。
这逼格瞬间就降低下来了。
真实历史上,普朗克长度的概念是由普朗克提出来的。
他当时一共给出了三个普朗克单位。
分别是:普朗克长度、普朗克时间、普朗克质量。
有意思的是,普朗克提出这些概念时,广义相对论和量子力学都还没有诞生。
这时,聪明的你肯定就好奇:
“那普朗克到底是怎么推导出来这三个普朗克单位的数值呢?”
答案可能要再一次让你失望了。
凑出来的!
没错,你没有看错,大名鼎鼎的普朗克长度竟然是普朗克本人硬凑出来的。
没有什么复杂的计算,严密的逻辑。
这.
确实有点匪夷所思。
那么,普朗克长度、普朗克时间、普朗克质量到底是怎么凑出来的呢?
当时,普朗克提出量子概念,并通过理论和实验计算出普朗克常数的值。
即:h=6.6×10^-34(Js)。
目前物理学中有三个特殊的常数了。
分别是:
万有引力常数G=6.7×10^-11(m/kgs);
光速c=3×10^8(m/s);
普朗克常数h=6.6×10^-34(Js)。
1971年,国际计量学大会确定了物理学领域的7个基本物理量及其单位名称、单位缩写:
长度(米-m);
时间(秒-s);
质量(千克-kg);
温度(开尔文-K);
电流(安培-A);
光强(坎德拉-cd);
物质的量(摩尔-mol)。
有了这七个物理量之后,就能推导出剩下所有的物理量。
所以它们才被称为基本物理量。
但是光有物理量还不行。
还要知道一个单位的数值到底是多少。
比如对质量而言,1kg到底是多重呢?
当时采用的是千克原器(一个非常非常光滑的金属球,规定它的质量就是1kg)的质量作为标准。
普朗克的时代,还没有这些细致的划分。
不过关于物理量及单位的具体数值,也是一个问题。
有一天,普朗克突发奇想:
“能不能根据G、c、h这三个常数,创造出一套新的物理量的单位标准呢?”
他选择最常见的三个基本物理量:长度、时间、质量。
计算方法非常简单,那就是通过量纲分析和配平。
因为G、c、h这三个常数的单位,包含了m、s、kg等单位。
通过合适的单位换算,可以把不要的单位全部消除。
比如,长度的单位是m。
那么普朗克长度Lp的单位肯定也是m。
这时,可以假设Lp=h^αG^βc^γ。
只要找到合适的参数,就能使得单位换算后,只剩下m。
通过求量纲方程可得:α=1/2,β=1/2,γ=-3/2。
最后,我们可以得到,普朗克长度Lp=√G/c。(=h/2π;√表示根号)
通过一定的运算,我们把这三个常数的结果变成了长度m。
这就是普朗克长度的来源。
把常数的值代入进去,计算可得Lp=1.6×10^-35m。
普朗克的想法是,把这个数值当成长度的基本单位。
(具体过程,如图所示)
根据这个原理,同理可得普朗克时间Tp=5.4×10^-44s,普朗克质量Mp=2.2×10^-8kg。
以上就是所谓的普朗克单位的来源。
至此,大家应该能看出来了,普朗克单位并不是所谓的“最小的不可分割的单位”。
比如普朗克质量,虽然也很小,但是它依然比电子、质子等大很多倍。
这说明普朗克质量不是质量的最小单位。
所以,普朗克长度和普朗克时间也不是空间和时间的最小单位。
这时,肯定就有人好奇了:
“那这三个普朗克单位到底代表什么意思呢?”
“为什么我看的很多营销号都说这个尺度下物理学不存在呢?”
答案充满了戏剧性。
之前说了,普朗克提出这三个普朗克单位的时候,广义相对论和量子力学都还没有出现。
所以,这三个新的基本单位并没有什么实际的意义,可以看成是一种数学游戏。
形象点理解就是,以前物理学家约定俗成把一个西瓜的质量定义为“标准的1kg”。
结果现在普朗克非要把一颗葡萄的质量定义为“标准的1kg”。
你说这有什么意义呢?
大家还是习惯用常见的长度时间标准,而不会选择普朗克发明出来的这套诡异的极小标准。
但是!
当广义相对论和量子力学面世后,一切都不同了!
物理学家们忽然发现,普朗克单位数值竟然蕴含着非常深刻的物理意义。
它是广义相对论和量子力学同时失效的尺度!
形象点理解,广义相对论和量子力学都能描述西瓜大小的物体,但是却无法描述葡萄大小的物体。
这可就非常有意思了!
而这,也是李奇维接下来要讲述的内容。
此刻,当他提出“空间存在最小的尺度吗”的问题后,所有人都骇然了。
众人的第一反应就是:
“不可能!绝对不可能!”
“空间是连续的,怎么可能会有最小的尺度。”
“.”
李奇维改变了原来的物理学史,所以这一世,普朗克并没有提出普朗克长度等概念。
因此,在场众人第一时间根本不会想到那么小的尺度。
惊讶也就理所应当了。
郎之万等大佬眉头微皱。
这个问题确实是个好问题。
但是他们绝对不相信时空会是间断离散的。
自从量子概念提出,量子力学建立以来,不连续的概念彻底颠覆了物理学。
物质有最小单位,能量也有最小单位。
但是目前为止,还没有任何理论和证据表明,空间和时间会存在最小单位!
物理学界默认时空是肯定连续的。
不过,他们没有第一时间质疑,而是继续思考。
奥本海默、汪德昭等天才们瞪大了双眼。
他们想不明白布鲁斯教授为何会提出这个问题。
物理学从诞生到现在,从来没有任何一个理论描述过时空的极限。
哪怕是广义相对论这种专门描述时空的理论,也没有提到时空有最小的尺度。
汪德昭喃喃自语:
“时空难道会是不连续的吗?”
“这有点太匪夷所思了吧。”