普朗克長度等于普朗克時間乘以光速,其值約為10-33cm。我們在高中學過的傳統(tǒng)經(jīng)典物理學是連續(xù)的,這意味著僅僅描述一條直線,就需要動用一個數(shù)目無窮多的點集。而量子物理實際上是數(shù)碼的,在量子力學中存在一個最小的尺寸,比它更小是不可能達到的,也就是普朗克長度。
簡介
1900年,德國物理學家普朗克脫離了經(jīng)典物理觀念的束縛,推導出了黑體輻射經(jīng)驗公式,即在假定物質(zhì)輻射的能量不連續(xù)的情況下,它的能量只能是某一個最小能量的整數(shù)倍。這一理論的得出,開辟了物理學的一個新領(lǐng)域——量子學。根據(jù)普朗克提出的量子學理論,科學家們得出了物理學上最小的距離單位普朗克長度。它由引力常數(shù)、光速和普朗克常數(shù)的相對數(shù)值決定,是物理學意義上最小的距離單位,在這一距離單位下,重力和時空不復存在,量子效應占據(jù)支配地位。
它有意義的最小可測長度。普朗克長度由引力常數(shù)、光速和普朗克常數(shù)的相對數(shù)值決定,它大致等于1.6x10-35米,即1.6x10-33厘米,是一個質(zhì)子直徑的1022分之一。
歷史
這項單位首先由馬克斯·普朗克所開發(fā),他希望建構(gòu)出一套測量系統(tǒng)是依照這些自然單位來施行的。其中的基礎(chǔ)是建在普朗克質(zhì)量上。雖然量子力學和廣義相對論在提出這些單位的當時尚未出現(xiàn),隨后得知:在普朗克長度的距離范圍,重力預期開始會展現(xiàn)量子效應,進而要求一套量子引力理論來預測所會發(fā)生的物理事件。
重要性
忽略掉2π等等的因子,普朗克質(zhì)量的意義大約是一個史瓦西半徑等同于康普頓波長的黑洞所帶有的質(zhì)量。 這黑洞的半徑大約是普朗克長度。
透過思想實驗闡明:想像要測量一個物體的位置,我們得用照在其上的光所得的反射。如果對它的位置要測到很高的精確度,我們必須用更短波長的光子,如此表示這些光子的能量會更高。如果這能量高到一個程度,原則上它們撞到物體時可以產(chǎn)生黑洞。這個黑洞可以“吞噬掉”光子而讓實驗失敗。通過簡單的量綱分析計算可發(fā)現(xiàn)當測量物體位置的精準度達到普朗克長度以下,便會發(fā)生上述的問題。
這個思想實驗涉及到了廣義相對論與量子力學(主要指海森堡不確定原理),即是說結(jié)合了兩個理論來看,我們無法對位置做出比普朗克長度還要小、還要精確的測量。因此,在任何結(jié)合廣義相對論與量子力學的量子引力理論中,若在時間短于普朗克時間、距離小于普朗克長度的尺度下,我們傳統(tǒng)上對時間、空間的標示將會全盤瓦解。
起因
經(jīng)典廣義相對論的奇性不可避免,所以標準大爆炸模型中時空存在著零點,給了上帝一個容身之地。但是考慮到量子力學的測不準原理,一些基本量度,譬如長度和時間具有測不準性。測不準的程度由普朗克常數(shù)確定,從該常數(shù)可以定出最小的長度量子,即普朗克長度,為10-33厘米,這遠遠小于原子核的尺度。測量任何長度不可能比這個更精確,而且比普朗克長度更短的長度是沒有意義的。同樣,作為時間量子的最小間隔,即普朗克時間,為10-43秒。沒有比這更短的時間存在。這就是說,我們不可能把黑洞縮減為數(shù)學上的一個點,同樣也不能追溯到大爆炸的真正開始時刻。