为什么说,物体小于普朗克长度就没意义了?

知鱼之乐21


答:普朗克长度是我们宇宙中,有意义的最小可测长度,大约等于1.6*10^-35米。


量子力学描述,一切事物都具有离散型,包括时间、空间和能量。

其中,普朗克长度是我们宇宙中有意义的最小长度,由三个物理学常数组成:光速c,普朗克常数h(约化普朗克常数=h/(2π) )、以及万有引力常数G。

光速穿越普朗克长度所需的时间叫做普朗克时间,是我们宇宙中有意义的最短时间,大约5.4*10^-44秒。


我们可以这么理解这两个概念:

普朗克时间

当今物理学,建立在量子力学和相对论之上,在量子力学中,物质受不确定性原理的影响;在相对论中,物质受光速不变原理的限制。

对于一个物体,如果尺度小到一定程度,那么该物体动量的不确定性就会增大,导致物体的速度超过光速,这是相对论禁止的;于是物体尺度有一个极限,这个极限就是普朗克长度,这也是普朗克尺度中包含普朗克常数和光速的原因。


普朗克时间

对于时间的测量,也会受能量时间的不确定性影响,当时间间隔逐渐缩小时,需要的能量也越大,当能量大到一定程度后,就会形成一个相对论奇点(或者说黑洞),导致我们的测量失效,所以时间也是有最小值的。

这个最短时间既是普朗克时间,也正是光速穿过最小尺度的时间。普朗克长度和普朗克时间,基于量子力学和相对论推导出来,小于该尺度的范围内,量子力学和相对论都将失效,所以是没有意义的。


在现实生活中,单个氢原子的直径,就比普朗克长度大10^24倍,当前的科学实验还远远触及不到普朗克长度和普朗克时间;在超弦理论中,假设的基本单位“弦”,尺度就在普朗克长度数量级。


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艾伯史密斯


这个问题,我前几天专门写了一篇文章说这个问题。这里我简单介绍下,想详细了解可以去看那篇文章。

不是宇宙中最小只能是普朗克长度,而是更小对人类没有意义

我们知道长度是空间的度量,我们需要通过感官去感知它。肉眼无法看到我们可以通过粒子自身的波粒二象性来观测它。


我们都知道微观粒子同时具有波动性和粒子性,波长较长会导致粒子整体更偏向地呈现出波动性,反之则更偏向粒子性。

当我们测量一个粒子的位置时会有一个问题,那就是把粒子的位置测得越准,就需要波长越短的波,这就意味着用于测量的电子的能量越大。

那么问题来了当被测量的x粒子的质量为m′,它所能释放的所有能量就是m′c²。如果x粒子被电子以与它所能释放的所有能量m′c²撞击了,则就会导致x粒子吸收能量,生成另一个x粒子。这种测量还有意义吗?

所以普朗克长度指的是对我们来说有意义的最小长度。

至于普朗克时间的定义就是光在真空中传播一个普朗克长度所需的时间。所以搞清普朗克长度就自然明白了普朗克时间了。

而普朗克长度的推导在我的文章中写的很详细,有兴趣的可以去看,没有兴趣的了解到这就可以了。


科学认识论


图:年轻时候的普朗克

图:75岁时的普朗克




普朗克长度是长度的自然单位,大约为1.62×10∧-35米。如此之小的长度几乎没办法度量。它有多小呢?一个质子的半径大约是0.88fm,也就是8.8×10∧-16米,这个长度比普朗克长度还要大19个数量级。

这个长度是怎么来的呢?

我们看到一个物体,是因为它反射了光进入人的眼里,并被大脑感知。同样,我们要测量一个微小的物质,就要发射一束光子去探测它。但由于这个长度太小了,光子的波长必须很短,也就是频率非常的高,才能够探测到它。


由于电磁波频率与能量是成正比的,这意味着光子所携带的能量非常的高,当这个光子碰到这个尺度的粒子后,粒子会坍缩成一个黑洞,从而将光子吞噬掉,使测量失败。

所以,低于这个长度的数值在物理学里是无意义的。

由于真空中的光速是最快的,用这个长度除以光速,就得到了普朗克时间: 5.39×10∧-44秒。同样,时间低于这个数值在物理学里也是无意义的。


讲科学堂


长话短说,一切物质都有密度,水的密度比氧气高,黄金密度比水高,密度最大的就是黑洞,黑洞吸收一切包括光,所以对于人类来说,黑洞不可测量。

在单独的一个普朗克长度下,如果还有物质,那它的密度,都达到了黑洞级别,也就不可测了,对人类就没意义了。

所以普朗克长度是最小长度。



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