Ja jūs sadalīsit lietu Visumā mazākās un mazākās sastāvdaļās, jūs, iespējams, nonāksit pie ierobežojuma, saskaroties ar būtisku un nedalāmu daļiņu. Visus makroskopiskos objektus var iedalīt molekulās, pat atomos, pēc tam elektronos (kas ir fundamentāli) un kodolos, tad protonos un neitronos, un visbeidzot to iekšpusē būs kvarki un gluoni. Elektroni, kvarki un gluoni ir pamatdaļiņu piemēri, kurus nevar tālāk atdalīt. Bet kā ir iespējams, ka laikam un telpai ir vienādi ierobežojumi? Kāpēc Planka vērtības vispār pastāv, kuras nevar sīkāk sadalīt?
Lai saprastu, no kurienes nāk Planka daudzums, ir vērts sākt ar diviem pīlāriem, kas nosaka realitāti: vispārējo relativitāti un kvantu fiziku.
Vispārējā relativitāte savieno matēriju un enerģiju, kas eksistē Visumā, ar telpas-laika auduma izliekumu un deformāciju. Kvantu fizika apraksta, kā dažādas daļiņas un lauki mijiedarbojas savā starpā telpas-laika struktūrā, arī ļoti mazā mērogā. Ir divas pamata fizikālās konstantes, kurām ir nozīme vispārējā relativitātē: G ir Visuma gravitācijas konstante, un c ir gaismas ātrums. G rodas tāpēc, ka tas nosaka telpas un laika deformācijas rādītāju matērijas un enerģijas klātbūtnē; c - jo šī gravitācijas mijiedarbība izplatās telpā-laikā ar gaismas ātrumu.
Kvantu mehānikā parādās arī divas pamata konstantes: c un h, kur pēdējā ir Planka konstante. c ir ātruma ierobežojums visām daļiņām, ātrums, ar kādu jāpārvieto visām bezsvara daļiņām, un maksimālais ātrums, ar kādu var izplatīties jebkura mijiedarbība. Planka konstante bija neticami svarīga, aprakstot, kā tiek kvantēti (saskaitīti) kvantu enerģijas līmeņi, daļiņu mijiedarbība un visi iespējamie notikumu rezultāti. Elektronam, kas griežas ap protonu, var būt jebkurš enerģijas līmenis, taču tie visi parādās diskrētās pakāpēs, un šo soli nosaka ar h.
Apvieno šīs trīs konstantes, G, c un h, un, lai izveidotu mērogu garuma, masas un laika periodam, varat izmantot dažādas to kombinācijas. Tie ir attiecīgi zināmi kā Planck garums, Planck masa un Planck laiks. (Citus daudzumus var attēlot, piemēram, Planck enerģiju, Planck temperatūru utt.). Tas viss kopumā ir garuma, masas un laika skala, kurā - ja nav citas informācijas - kvantu efekti būs nozīmīgi. Ir pamatoti iemesli uzskatīt, ka tas tā ir, un ir diezgan viegli saprast, kāpēc tas tā ir.
Iedomājieties, ka jums ir noteiktas masas daļiņa. Jūs uzdodat jautājumu: "Ja manai daļiņai bija tāda masa, cik maza tā būtu jāsaspiež, lai tā būtu melnā cauruma?" Jūs varat arī jautāt: "Ja man būtu noteikta lieluma melnais caurums, cik ilgs laiks būtu vajadzīgs, lai daļiņa, kas pārvietojas ar gaismas ātrumu, nobrauktu attālumu, kas vienāds ar šo izmēru?" Planck masa, Planck garums un Planck laiks precīzi atbilst šādiem lielumiem: Planck masas melnais caurums būs Planck garums un krustojas gaismas ātrumā Planck laikā.
Reklāmas video:
Bet Planka masa ir daudz, daudz masīvāka nekā jebkuras daļiņas, kuras mēs jebkad esam izveidojuši; tas ir 10 (19 jaudas) reizes smagāks par protonu! Tāpat Planka garums ir 10 (14 jaudas) reizes mazāks nekā jebkurš attālums, kuru mēs jebkad esam izklausījuši, un Planka laiks ir 10 (25 jaudas) reizes mazāks nekā jebkurš tieši izmērīts. Šīs skalas mums nekad nav bijušas tieši pieejamas, taču tās ir svarīgas cita iemesla dēļ: Planka enerģija (kuru jūs varat iegūt, ievietojot Planka masu E = mc2) ir skala, kurā kvantu gravitācijas efekti sāk kļūt nozīmīgi un nozīmīgi.
Tas nozīmē, ka pie šāda lieluma enerģijām - vai nu laika skalas ir īsākas par Planka laiku, vai arī garuma skalas ir mazākas par Planka garumu - ir jāpārkāpj mūsu pašreizējie fizikas likumi. Spēlē ir kvantu gravitācijas ietekme, un vispārējās relativitātes prognozes vairs nav ticamas. Telpas izliekums kļūst ļoti liels, kas nozīmē, ka arī "fons", kuru mēs izmantojam kvantu daudzumu aprēķināšanai, vairs nav ticams. Enerģijas un laika nenoteiktība nozīmē, ka nenoteiktība kļūst lielāka par vērtībām, kuras mēs zinām, kā aprēķināt. Īsāk sakot, fizika, pie kuras esam pieraduši vairs nedarboties.
Tā nav problēma mūsu Visumam. Šīs enerģijas skalas ir 10 (15 grādi) reizes lielākas nekā tās, kuras var sasniegt ar lielā hadronu sadursmes ierīci, un 100 000 000 reižu lielākas par enerģētiskākajām daļiņām, kuras pats Visums rada (augstas enerģijas kosmiskie stari) reizes augstāks nekā rādītāji, kurus Visums sasniedzis tūlīt pēc lielā sprādziena. Bet, ja mēs gribētu izpētīt šīs robežas, ir viena vieta, kur tie varētu būt svarīgi: pie īpatnībām, kas atrodas melno caurumu centros.
Šajās vietās masas, kas ievērojami pārsniedz Planck masu, tiek saspiestas līdz teorētiski mazākam par Planck garumu. Ja Visumā ir vieta, kur mēs visas līnijas saliekam vienā un ieejam Planck režīmā, tad tas tā ir. Mēs šodien tam nevaram piekļūt, jo to aizēno melnā cauruma notikumu horizonts un tas nav pieejams. Bet, ja mēs esam pietiekami pacietīgi - un tas prasa daudz pacietības -, Visums mums to dos.
Redzi, melnie caurumi laika gaitā lēnām mazinās. Kvantu lauka teorijas integrācija vispārējās relativitātes izliektajā telpas telpā nozīmē, ka telpā ārpus notikuma horizonta tiek izstarots neliels starojuma daudzums, un šī starojuma enerģija nāk no melnā cauruma masas. Laika gaitā melnā cauruma masa samazinās, notikumu horizonts samazinās, un pēc 10 (līdz 67. spēka) gadiem saules masas melnais caurums pilnībā iztvaikos. Ja mēs varētu piekļūt visam starojumam, kas atstāja melno caurumu, ieskaitot pēdējos tā pastāvēšanas mirkļus, mēs, bez šaubām, varētu izveidot visus kvantu efektus, ko mūsu labākās teorijas neparedzēja.
Nepavisam nav nepieciešams, ka vietu nevar sadalīt vēl mazākās vienībās nekā Planka garums, un šo laiku nevar sadalīt vienībās, kas ir mazākas par Planka laiku. Mēs vienkārši zinām, ka mūsu Visuma apraksts, ieskaitot mūsu fizikas likumus, nevar pārsniegt šos mērogus. Vai kosmoss ir mērāms? Vai laiks tiešām plūst nepārtraukti? Un ko mēs darām ar to, ka visām zināmajām pamatdaļiņām Visumā ir daudz, daudz mazāk nekā Planckam? Uz šiem jautājumiem fizikā nav atbilžu. Planka skalas nav tik būtiskas Visuma ierobežošanā kā mūsu izpratnē par Visumu. Tāpēc mēs turpinām eksperimentēt. Iespējams, kad mums būs vairāk zināšanu, mēs saņemsim atbildes uz visiem jautājumiem. Vēl nē.
ILYA KHEL