普朗克时间计算公式-普朗克时间计算
想象一下,要是时钟倒着走,直到真正的工夫确实暂停了。
这在理论上是能够算出来的,但这个“暂停”的工夫有多久?对于人类来说,这大约是一眨眼的功夫;但放眼宇宙,这个长度却简直像是一头大象在宇宙里转悠。
这就是普朗克工夫,它是现代物理学里一个听起来有点吓人、但意义贼深刻的单位,好办来说,就是“一个原子”能有多大的功能范围,要么说是“一个量子”能有多大的能量。 要搞懂这个概念,得先回到爱因斯坦的广义相对论和量子力学这两座大楼。广义相对论告诉我们,时空是弯曲的,质量越大,弯曲得越了得,就像你在地球上看月亮,出于它附近的引力场让时空扭曲了。而量子力学则说,在微观世界里,物质是分粒子的,它们有波粒二象性,但也存有一个界限,叫“不确定性原理”。
要是粒子的位置忒确定了,它的位置就能确定,但它的动量却彻底不确定,这就意味着它不能静止。
要是它静止了,速度为零,动量也为零,那位置就能够无限确定了,但这违反了不确定性原理。 便,物理学家们总结出了一个矛盾:要是你试图把时空看作平滑连续的,量子力学的波动性就会让能量涨落得咯咯作响,就连把时空本身也弄乱。为了避免这种“时空崩塌”,我们需求假设时空不是连续的,而是像像素一样由离散的“量子”组成。普朗克工夫就是如此定义出来的:当扰动(质量或能量)大到一定程度,一旦超过这个数值,空间本身就会丧失物理意义, Becomes 量子化的最小单元(Planck length)。在这个尺度下,一个普朗克长度的变化,相当于整个宇宙尺度的能量跃迁。 这个工夫有多长呢?算出来的结局大约是 5.39 个亿亿个忒秒(10^-44 秒)。
这个数字听起来像是一个天文数字,但在人类的工夫尺度上它又微不足道。
打个比方,要是你从纽约飞到洛杉矶需求一小时,那你从宇宙中心飞到另一个宇宙中心,可能只需求一秒钟,另一边所有的星系都在闪烁,你那点工夫早在你的光子还没来得及发光前,就已经被那个快得惊人的宇宙膨胀或引力坍塌给吞没了。在普朗克工夫这个尺度下,连“经过”这个词都不适用了,出于工夫和空间本身就坍缩成了同一个点。 这个尺度不只是是个理论玩具,它实际上代表了现代物理学的“边界”。在广义相对论的统治下,普朗克尺度和普朗克工夫是最小的可能单位,没有“更小”了,也没有“更大”了。而在量子力学的塔楼里,普朗克长度和普朗克工夫又是能量的最大值。任何试图在这个区域测量的质量或能量,都会让时空结构本身形成彻底的重构,要么说,物理定律在这里不再适用了,我们没法在普朗克工夫之前谈论“事件”的形成。 为了更直观地感受这个工夫的“庞大”,我们能够换个角度看普朗克长度。普朗克长度是 1.616 × 10^-35 米。
这比人类能想象的最小的距离还要小无数个数量级,比原子核还小得多,比原子核还小。要知道,普朗克长度大约等于一个质子直径的一千万亿分之一(10^9)。在如此小的空间里,要是没有一个能支撑的时空结构,就连不存有啥“点”要么“线”,更别提有东西“穿过”要么“经过”了。
这就好比试图在一个像素是无限小的屏幕上贴一张图案,图案本身在还没画出来的时候,屏幕就碎了。 并且,这个普朗克工夫带来的冲击不只是在长度上。
要是我们将普朗克工夫乘以光速,拿到的是普朗克长度,乘以光速再乘以光速,那就是广义相对论中著名的“普朗克能级”。
这个能级对应的能量大约是 10^11 亿亿亿 电子伏特(10^19 电子伏特)。
这是一个天文尺度的能量,相当于全宇宙所有恒星发出的光加起来能拿到的总能量,而一个电子伏特只是经典物理里两个电子之间的距离。
这意味着,在这个工夫尺度下,任何能量大得离谱,大到连光都无法逃离,时空的结构都会彻底瓦解,形成所谓的“暴胀”或“大爆炸”前的奇点。 别看我们目前还无法在一个实验室里制造出普朗克工夫,就连更不用说通过任何黑洞热力学实验去验证它了,但这个概念正在推动物理学的边界。索林格(John Soltz)和赫兹伯格(Frank Wheeler)在 1979 年提出,要是普朗克工夫存有,那么因果律(Cause and Effect)在普朗克工夫之前也就丧失了意义。出于要是工夫在那个工夫点前就归零了,那么“缘由”就没有工夫传递到“结局”了,整个逻辑链条就断了。
这仿佛是个死胡同,但实际上,真正的挑战在于:要是工夫确实在那里归零,那之前的工夫去哪了? 为了把这种抽象的概念具象化,我们能够看看宇宙微波背景辐射(CMB)。CMB 是宇宙大爆炸后的余晖,它保留着大爆炸形成时的温度信息。科学家通过测量 CMB 的细小温度涨落,推断出了宇宙的几何形状和年龄。别看 CMB 能告诉我们宇宙大约有 138 亿岁了,但它能告诉我们的远不止是“目前”有多好,还能告诉我们那会儿挺久那会儿(比如普朗克工夫之后)形成了啥。
比方说,宇宙在普朗克尺度下可能经历了某种形式的“暴涨”,就像气球被吹得比头发丝还细,然后突然瞬间膨胀了一个数量级,把空间拉大到目前的尺度。
这种暴涨在普朗克工夫之后就启动了,而目前我们观测到的宇宙,就是那个被暴涨拉伸后的产物。 自然,普朗克工夫只是一个理论构建的“边界条件”,它告诉我们:在这个尺度下,现有的物理法则失效了。我们目前的理论,比如标准模型和广义相对论,都是在那个“失效”之前的有效工具,就像在高速大炮里穿甲一样完美,但一旦速度忒快,武器就崩了。普朗克工夫就是那个临界点,它提醒我们要小心,不要试图用现有的公式去描述那些连公式都无法承载的极端情况。 最终,在思索普朗克工夫的时候,我们常常也会不由自主地问:要是工夫确实停在了 10^-44 秒,那我们目前感觉到的“波动”、“变化”和“运动”,是不是本身就是那个刚刚暂停的“量子”在再次“启动”?或许,那个暂停的瞬间,和目前的启动,实际上是同个东西的轮回。
这种对“起点”和“归宿”的思索,让普朗克工夫不只是是一个数字,更像是一个 prospettico(透视点),让我们暂时悬停在工夫的尽头,去窥探真正的宇宙是如何在一瞬间的量子跳跃中,从虚无中撕开一道门缝,让工夫和空间重新显露出它们的面容。在这个意义上,普朗克工夫就是宇宙在量子层面最本质的呼吸节奏,它既细小到看不见,又庞大到定义了一切的可能。
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