Plancki ühikud
Plancki ühikud on füüsikalised mõõtühikud. Nende mõõtühikute süsteemi töötas esimesena välja Max Planck. Viie Plancki baasühiku määratlus põhineb ainult viiel looduses esineval füüsikalisel konstandil. Kui Plancki ühikuid kasutatakse nende viie füüsikalise konstandi väljendamiseks, on nende väärtus 1. See võimaldab füüsikutel lihtsustada paljusid füüsikalisi seadusi käsitlevaid võrrandeid. Planck pakkus need ühikud välja 1899. aastal. Neid tuntakse ka kui looduslikke ühikuid, sest nende määratluse päritolu tuleneb ainult looduse omadustest, mitte mingist inimkonstruktsioonist. Plancki mõõtühikud on vaid üks looduslike mõõtühikute süsteem teiste süsteemide hulgas. Neid peetakse ainulaadseks, sest need ühikud ei põhine ühegi prototüüpse objekti või osakese omadustel (mis oleks meelevaldselt valitud), vaid ainult vaba ruumi omadustel. Konstandid, mida Plancki mõõtühikud määratluse järgi normaliseerivad 1-le, on järgmised:
- Gravitatsioonikonstant, G;
- Vähendatud Plancki konstant, ħ;
- Valguse kiirus vaakumis, c;
- Coulombi konstant, 1 4 π ε 0 {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}}
(mõnikord ke või k); - Boltzmanni konstant kB (mõnikord k).
Kõiki neid konstante võib seostada vähemalt ühe füüsikalise põhiteooriaga: c - erirelatiivsusteooria, G - üldrelatiivsusteooria ja Newtoni universaalse gravitatsiooniseaduse, ħ - kvantmehaanika, ε0 - elektrostaatika ning kB - statistilise mehaanika ja termodünaamika. Plancki ühikud on teoreetilise füüsika jaoks väga olulised, sest need lihtsustavad mitmeid korduvaid füüsikaseaduste algebralisi väljendeid. Need on eriti olulised ühtsete teooriate, näiteks kvantgravitatsiooni uurimisel.
Plancki ühikuid võivad füüsikud mõnikord pooleldi humoorikalt nimetada "Jumala ühikuteks". Need kõrvaldavad ühikute süsteemist inimkeskse suvalisuse: mõned füüsikud väidavad, et maavälise intelligentsusega suhtlemine peaks kasutama sellist ühikute süsteemi, et teha ühiseid viiteid mõõtkavale. Erinevalt meetrist ja sekundist, mis eksisteerivad SI-süsteemi põhiühikutena ajaloolistel põhjustel (inimajaloos), on Plancki pikkus ja Plancki aeg kontseptuaalselt seotud fundamentaalsel füüsikalisel tasandil.
Looduslikud ühikud aitavad füüsikutel küsimusi ümber sõnastada. Frank Wilczek sõnastab selle lühidalt:
...Me näeme, et küsimus ei ole: "Miks on gravitatsioon nii nõrk?", vaid pigem: "Miks on prootoni mass nii väike?". Sest looduslikes (Plancki) ühikutes on gravitatsiooni tugevus lihtsalt see, mis ta on, esmane suurus, samas kui prootoni mass on tilluke arv [1/(13 kvintiljonit)]...
- Juunikuu 2001 Physics Today
Gravitatsiooni tugevus on lihtsalt see, mis ta on, ja elektromagnetilise jõu tugevus on lihtsalt see, mis ta on. Elektromagnetiline jõud toimib teistsuguse füüsikalise suuruse (elektrilaeng) alusel kui gravitatsioon (mass), seega ei saa seda otseselt võrrelda gravitatsiooniga. Märkida, et gravitatsioon on äärmiselt nõrk jõud, on Plancki mõõtühikute seisukohalt nagu õunte ja apelsinide võrdlemine. On tõsi, et kahe prootoni vaheline elektrostaatiline tõrjuv jõud (üksinda vabas ruumis) ületab tunduvalt gravitatsioonilist tõmbejõudu samade kahe prootoni vahel, ja seda seetõttu, et prootonite laeng on ligikaudu Plancki laenguühiku suurune, kuid prootonite mass on palju, palju väiksem kui Plancki mass.
Küsimused ja vastused
K: Mis on Plancki ühikud?
V: Plancki ühikud on füüsikalised mõõtühikud, mille töötas esimesena välja Max Planck ja mis põhinevad neljal looduses esineval füüsikalisel konstandil. Kui neid kasutatakse nende nelja füüsikalise konstandi väljendamiseks, on nende väärtus 1.
K: Millest lähtuvad neli Plancki põhiühikut?
V: Plancki neli põhiühikut põhinevad ainult neljal looduses esineval füüsikalisel konstandil, mille hulka kuuluvad valguse kiirus vaakumis (c), gravitatsioonikonstant (G), vähendatud Plancki konstant (ħ) ja Boltzmanni konstant (kB).
K: Miks nimetatakse neid looduslike ühikuteks?
V: Neid nimetatakse looduslikeks ühikuteks, sest need tulenevad ainult looduse omadustest, mitte mingist inimkonstruktsioonist.
K: Kuidas aitavad füüsikuid looduslikud ühikud?
V: Looduslikud ühikud aitavad füüsikutel lihtsustada mitmeid korduvaid füüsikaseaduste algebralisi väljendeid ja ümber sõnastada küsimusi. Samuti kõrvaldavad nad ühikute süsteemist inimkeskse omavoli.
K: Milliste teooriate puhul on iga konstandiga seotud vähemalt üks füüsikaline fundamentaalteooria?
V: c on seotud erilise relatiivsusteooria, G on seotud üldise relatiivsusteooria ja Newtoni universaalse gravitatsiooni seadusega, ħ on seotud kvantmehaanikaga, ε0 on seotud elektrostaatikaga ning kB on seotud statistilise mehaanika ja termodünaamikaga.
K: Miks võib Plancki ühikuid mõnikord poolhuumoriga nimetada "Jumala ühikuteks"?
V: Neid võib nimetada "Jumala ühikuteks", sest nad kõrvaldavad ühikute süsteemist inimkeskse omavoli ja mõned füüsikud väidavad, et maavälise intelligentsusega suhtlemine peaks kasutama sellist ühikute süsteemi, et teha ühiseid viiteid skaalale.
