How big is Lungimea Planck?

Lungimea Planck este o unitate de lungime construită din trei constante ale naturii și are aproximativ 1,6 × 10⁻³⁵ metri. Acel număr este 1,6 împărțit la un 1 urmat de 35 de zerouri. Lungimea Planck este definită, nu măsurată, și se află cu mult sub cele mai mici distanțe pe care le poate sonda vreun experiment. Fizicienii se așteaptă ca efectele cuantice ale gravitației să devină importante în jurul acestei scări.

Definiție

Lungimea Planck combină trei constante: viteza luminii, c; constanta gravitațională, G, care stabilește intensitatea gravitației; și constanta Planck redusă, ħ, care stabilește scara efectelor cuantice. Ea este egală cu rădăcina pătrată din ħG/c³. Valoarea recomandată la nivel internațional, publicată de Institutul Național de Standarde și Tehnologie al SUA (NIST), este 1,616255 × 10⁻³⁵ metri.

Ultimele două cifre ale acestei valori sunt incerte. Viteza luminii și constanta Planck redusă au valori exacte prin definiție, dar constanta gravitațională este cunoscută doar cu aproximativ 2 părți la 100.000. În explorator, lungimea Planck apare ca 0,000000000016 yoctometri, unde un yoctometru este 10⁻²⁴ metri. Chiar și cea mai mică unitate cu prefix metric oficial, quectometrul (10⁻³⁰ metri, adăugat în 2022), măsoară aproximativ 62.000 de lungimi Planck.

Comparații de dimensiune

Un proton, cu un diametru de aproximativ 1,7 femtometri (1,7 × 10⁻¹⁵ metri), are o lățime de aproximativ 100 de miliarde de miliarde (10²⁰) de lungimi Planck. În explorator, quarcurile și neutrinul aflate între proton și lungimea Planck au dimensiuni afișate care nu sunt măsurători.
Experimentele de la colizorul de particule HERA au constatat că quarcurile au o lățime de mai puțin de 8,6 × 10⁻¹⁹ metri. Această limită reprezintă totuși aproximativ 50 de milioane de miliarde (5 × 10¹⁶) de lungimi Planck.
Dacă o lungime Planck ar fi mărită până la grosimea unui fir de păr uman, de aproximativ 0,1 milimetri, un proton ar avea aproximativ un an-lumină în diametru. Un an-lumină este distanța pe care o parcurge lumina într-un an.
Dacă un atom de hidrogen, cu un diametru de aproximativ 0,1 nanometri, ar fi mărit până la lățimea Universului observabil, de aproximativ 93 de miliarde de ani-lumină, o lungime Planck ar avea aproximativ 130 de metri. Aceasta este puțin mai mult decât lungimea unui teren de fotbal american.

Unitățile naturale ale lui Planck

Fizicianul german Max Planck a propus unitatea în 1899, într-o lucrare prezentată Academiei Prusace de Științe din Berlin. El a subliniat că unitățile obișnuite de lungime și de timp proveneau din dimensiunea și mișcarea Pământului. Voia unități de lungime, masă, timp și temperatură care să-și păstreze sensul în orice epocă, chiar și pentru civilizații din afara Pământului. Așa că le-a construit din constante ale naturii.

Valoarea dată de Planck era 4,13 × 10⁻³³ centimetri, de aproximativ 2,6 ori valoarea de astăzi. Cea mai mare parte a diferenței vine de la constanta pe care a folosit-o el. Definiția de astăzi folosește constanta Planck redusă, adică constanta lui Planck împărțită la 2π, iar numai aceasta face lungimea de aproximativ două cincimi din cea a lui Planck. Măsurătorile mai precise ale constantelor explică restul.

O lungime minimă

La lungimea Planck, atât relativitatea generală (teoria gravitației), cât și mecanica cuantică ar conta. Multe abordări ale unei teorii a gravitației cuantice sugerează că natura are o lungime minimă semnificativă, în apropierea lungimii Planck. Aceasta este teorie, nu măsurătoare, iar fizicienii încă dezbat ce formă ar lua o astfel de limită sau dacă există una.

O unitate de timp corespunzătoare este timpul Planck, de aproximativ 5,4 × 10⁻⁴⁴ secunde. Este timpul de care are nevoie lumina pentru a străbate o lungime Planck.