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普朗克常數(shù)與一系列普朗克常量分別是什么?它們支配著這個(gè)世界!

科學(xué)新視界
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要說普朗克常數(shù)就首先要說普朗克這個(gè)人,普朗克可以說是量子力學(xué)之父,于1918年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),和愛因斯坦并稱為20世紀(jì)最重要的兩位物理學(xué)家。他是最先提出能量子這個(gè)概念的物理學(xué)大牛,在“紫外災(zāi)難”中,普朗克利用量子力學(xué)的思想完美地解決了“黑體輻射”的問題,提出了普朗克輻射定律。

能量子的概念和普朗克常數(shù)都是在他在研究普朗克輻射定律的過程中提出和發(fā)現(xiàn)的。那普朗克常數(shù)究竟是什么呢?

普朗克常數(shù)是一個(gè)物理常數(shù),用h表示,被用來描述量子的大小,是量子力學(xué)領(lǐng)域最重要的常數(shù),其大小為6.62607015×10^(-34) J·s。人類七大基本單位之一的“千克”就是基于普朗克常數(shù),利用質(zhì)能公式轉(zhuǎn)換而制定的。除了這個(gè)普朗克常數(shù)外,還有一系列的普朗克常量,如普朗克溫度,普朗克時(shí)間,普朗克長度。

首先說普朗克尺度,指普朗克長度和普朗克時(shí)間,它們是指我們這個(gè)宇宙中存在的最小的尺度。其中普朗克長度的大小大約是1.62×10(-35)米,這是宇宙中最短的距離。普朗克時(shí)間是5.39×10^(-44)秒,這是宇宙中最短的時(shí)間。

那為何我們的宇宙中會(huì)存再普朗克尺度這樣的時(shí)空最小間隔呢?我們可以從普朗克常數(shù)出發(fā),因?yàn)樗衅绽士顺A慷际腔谄绽士顺?shù)導(dǎo)出的,而普朗克常數(shù)是量子力學(xué)領(lǐng)域最重要的常數(shù)之一。所以普朗克尺度之所以存在,就是因?yàn)榱孔恿W(xué)規(guī)定了這樣的宇宙。

我們可以簡單地理解這樣一個(gè)過程,根據(jù)海森堡的不確定性原理(測不準(zhǔn)原理),任何一個(gè)存在,其長度越短,就代表他的位置就越確定,那就代表著速度或者說動(dòng)量就越不確定。而時(shí)間間隔越短,就代表著時(shí)間越確定,就代表著能量越不確定。這時(shí)候就出現(xiàn)了這樣一個(gè)情況,動(dòng)量和能量都不確定,那就代表著能量的平均值就很大。

這時(shí)候可怕的時(shí)發(fā)生了,這個(gè)平均值很大的能量是存在于一個(gè)非常小的時(shí)空中的,當(dāng)這個(gè)空間狹小到了一定程度時(shí),能量就會(huì)高到一定程度,這時(shí)候這個(gè)狹小時(shí)空的能量密度就會(huì)很高,而根據(jù)質(zhì)能公式E=mc^2,能量就是質(zhì)量,當(dāng)這個(gè)能量密度高于某一個(gè)平均值的時(shí)候,黑洞就出現(xiàn)了,這個(gè)黑洞的視界的大小就是普朗克尺度了。

而黑洞我們是有一定了解的,在視界范圍內(nèi),光也無法逃出其引力范圍,這意味著我們無法從其中找到任何信息,因?yàn)樗械男畔⒍急缓诙唇o吃了??茖W(xué)家們根據(jù)理論計(jì)算,這個(gè)普朗克尺度大小的黑洞可能就是理論下可以存在的最小的黑洞,所以小于這個(gè)尺度的范圍,我們是無法研究的,那時(shí)絕對的沒有“意義”。

所以可以這么說,我們對宇宙萬物的認(rèn)知是被量子力學(xué)里的不確定性原理給鎖死了的,所有小于普朗克尺度的存在對我們而言都是沒有物理意義的,普朗克尺度和普朗克常數(shù)封鎖并支配者這個(gè)宇宙中的一切,我們所有的努力研究都在其規(guī)定的范圍內(nèi)。

普朗克長度告訴我們,這個(gè)宇宙中最短的長度也恰好對應(yīng)于宇宙中最短的波長,電磁波速度為光速,根據(jù)波長與頻率的關(guān)系我們就可以知道,波長越短,頻率就越高。因此,這個(gè)宇宙中電磁波頻率的上限就是普朗克時(shí)間的倒數(shù)。

那是不是說小于普朗克尺度的時(shí)間和長度是不存在的呢?其實(shí)不是的,這樣的長度和時(shí)間是存在的,但是這對人類來說是沒有意義的。因?yàn)榫退阈∮谄绽士顺叨鹊奈锢憩F(xiàn)象或者物理過程是存在的,它們也不會(huì)對我們的可觀測世界造成任何影響。這就是普朗克尺度,代表著我們的可感知世界,一個(gè)被量子力學(xué)鎖死的世界。

我們知道溫度是形容粒子運(yùn)動(dòng)快慢的物理量,當(dāng)粒子的動(dòng)能為0的時(shí)候,就達(dá)到了絕對零度,這是溫度的下限,但是還是測不準(zhǔn)原理,他告訴我們粒子不可能停止運(yùn)動(dòng),所以絕對零度只能無限接近卻無法達(dá)到。

那普朗克溫度又是什么什么意思呢?它是自然單位系統(tǒng)中普朗克單位,并且是代表著量子力學(xué)中的一個(gè)基礎(chǔ)極限的普朗克單位。普朗克溫度是溫度的基礎(chǔ)上限,可以計(jì)算出大小是1.416833(85)×10^32 K?,F(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為,任何比這更熱的存在都是毫無意義的。據(jù)現(xiàn)時(shí)的物理宇宙學(xué)奇點(diǎn)大爆炸理論,我們認(rèn)為,在宇宙大爆炸發(fā)生一個(gè)一個(gè)普朗克時(shí)間之后,宇宙的溫度為一個(gè)普朗克溫度。

好了,這就是關(guān)于普朗克常數(shù)和幾個(gè)普朗克常量的基本介紹,你還知道哪些關(guān)于普朗克尺度的知識(shí),歡迎轉(zhuǎn)發(fā)評論。

評論
科普61de7cfd82d2e
儒生級
通俗易懂,但不詳盡。
2023-12-22
科普6193807459196
進(jìn)士級
己已閱
2022-09-17