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普朗克长度是什么意思?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-04-14 08:54:59

普朗克长度是什么意思?对于如何解释普朗克单位,存在着许多困惑。事实上,很多有抱负的物理学家都相信这些是宇宙的一种数字单位。

普朗克长度是什么意思?

但这在相对论中是站不住脚的。所以我先用这个答案来回答为什么这不是对普朗克单位的准确解释。其次,我们将看看这些自然单位是如何产生的,以及如何更好地理解它们。


狭义相对论:长度收缩和多普勒效应


狭义相对论打破了宇宙是一个网格的观点。假设你的速度是光速的一半。

普朗克长度是什么意思?

我们使用自然单位,因为它们的计算强度较小。

你的普朗克长度是多少?你怎么从你的坐标系中测量我的普朗克长度?

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在自然单位中,光速(c)变成1,所以c2消去了v = 0.5。

所以如果你运行上面的计算,你会发现我们的普朗克长度之差是0.866。这对一个网格状的宇宙来说很难有帮助。如果每次某物相对于另一物移动时,其整个框架的网格长度就会收缩,我们现在就有问题了,因为我们的实相重叠了!谁的网格是正确的?

同样的论点也适用于狭义相对论的多普勒频移。假设你和我彼此是静止的,你向我发送一束波长为470nm(或2.9375×1028ℓP)的蓝光。现在假设你开始非常缓慢地远离我。根据狭义相对论,我们知道光会变得非常轻微的红移:也就是说,波长会变长。在某些速度下到达我的光的波长会因普朗克长度的非整数值而发生红移。

广义相对论——广义相对论产生类似于上面的结果,但不需要任何运动。如果我增加或减少一个物体的质量非常小的数量,我可以影响引力场中所有东西的时间膨胀和长度收缩的普朗克单位分数。

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事实上,需要1.3×10的19次方氢原子才能等于1普朗克质量。关键是这些单位不应该被认为是最小或最短的单位。那么问题来了,这些单位有什么意义呢?


了解普朗克单位


为了理解普朗克单位,我们必须理解进入无量纲化的特定常数。

这意味着我们需要理解三个常数,它们可以用来计算普朗克长度,普朗克时间和普朗克质量。这些常数是普朗克常数,引力常数和光速。

普朗克常数-普朗克常数帮助我们理解什么频率的光会被一个给定的原子吸收,撞击它的电子到一个更高的能量状态。你看,仅仅因为光波击中原子并不意味着它会被原子吸收。它可以穿过或者被反射。只有在特殊情况下,特定频率的光波才会被吸收。

你可以这样想。如果你用一个特定音高的鼓或吉他弦在附近发出相同频率的声音,鼓皮或吉他弦就会振动。它会吸收声音并将其转化为动能。

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但如果频率不匹配,它们就不会振动。这是因为它们的频率不同。

同样,普朗克常数帮助我们了解原子吸收光子的频率。所以这个常数与物质的性质以及它与光的相互作用有关。它与真空没有直接的关系。


引力常数


引力常数告诉我们,在一个大质量物体附近,质量是如何影响时空的。当某一特定区域的质量增加时,这会改变真空的质量密度,从而产生一个梯度。与质量不存在时相比,质量密度的梯度导致光和附近的物质沿不同的测地线或路径运动。

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我们可以从经典声学物理学的角度来考虑这个问题。如果某一区域的空气具有温度梯度,声波将根据斯涅尔折射定律曲线变化。同样,引力常数告诉我们质量如何与真空相互作用,然后作用于梯度内的光和物质。


光的速度


光速告诉我们局部因果关系的速度。当真空中存在一个激励时,比如光子,它需要多长时间才能移动一段特定的距离?这就是光速。光速也告诉我们物质的时间演化速率。请记住,在量子力学中,物质经常被成功地视为一种集中的波:物质波。

普朗克长度是什么意思?

看看Dirac方程就可以证明这一点:

普朗克长度是什么意思?

你可以在左手边注意到ψ在两个分量上的存在,表示波函数。你也可以注意到光速在c和γ中都存在。因此,局部光的速度决定了物质波随时间的演化,这反过来又导致物质总是测量出恒定的局部光的速度。


普朗克单位


如果要把某种意义归于普朗克单位,那就是:

普朗克单位告诉我们物质和光如何相互作用以及真空。它们与真空的性质没有直接关系。我希望你已经发现这个答案有帮助,谢谢你的阅读!
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