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普朗克长度



发布时间:2016-05-23 16:27:00


       经典的引力和时空开始失效、量子效应起支配作用的长度标度。它是“长度的量子”。这项单位首先由马克斯·普朗克所开发,他希望建构出一套测量系统是依照这些自然单位来施行的。其中的基础是建在普朗克质量上。虽然量子力学和广义相对论在提出这些单位的当时尚未出现,随后得知:在普朗克长度的距离范围,重力预期开始会展现量子效应,进而要求一套量子引力理论来预测所会发生的物理事件。忽略掉2π等等的因子,普朗克质量的意义大约是一个史瓦西半径等同于康普顿波长的黑洞所带有的质量。 这黑洞的半径大约是普朗克长度。透过思想实验阐明:想像要测量一个物体的位置,我们得用照在其上的光所得的反射。如果对它的位置要测到很高的精确度,我们必须用更短波长的光子,如此表示这些光子的能量会更高。如果这能量高到一个程度,原则上它们撞到物体时可以产生黑洞。这个黑洞可以“吞噬掉”光子而让实验失败。通过简单的量纲分析计算可发现当测量物体位置的精准度达到普朗克长度以下,便会发生上述的问题。这个思想实验涉及到了广义相对论与量子力学(主要指海森堡不确定原理),即是说结合了两个理论来看,我们无法对位置做出比普朗克长度还要小、还要精确的测量。因此,在任何结合广义相对论与量子力学的量子引力理论中,若在时间短于普朗克时间、距离小于普朗克长度的尺度下,我们传统上对时间、空间的标示将会全盘瓦解。
       经典广义相对论的奇性不可避免,所以标准大爆炸模型中时空存在着零点,给了上帝一个容身之地。但是考虑到量子力学的测不准原理,一些基本量度,譬如长度和时间具有测不准性。测不准的程度由普朗克常数确定,从该常数可以定出最小的长度量子,即普朗克长度,为10E-33厘米,这远远小于原子核的尺度。测量任何长度不可能比这个更精确,而且比普朗克长度更短的长度是没有意义的。同样,作为时间量子的最小间隔,即普朗克时间,为10E-43秒。没有比这更短的时间存在。这就是说,我们不可能把黑洞缩减为数学上的一个点,同样也不能追溯到大爆炸的真正开始时刻。忽略掉一些因子,例如及其他,普朗克质量是一项质量值,依其大小来计算对应的长度物理量,可以得到“其史瓦西半径与其康普顿波长相当”的结论,而这样的长度则称为普朗克长度,即:1.6x10的-35次方米,依照普朗克长度这项单位,目前可观测的宇宙大小估计值(7.4 × 10^26米)即为1.2 × 10^62倍普朗克长度。



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