Witajcie!
Kolejna już odsłona mojego bijącego popularność w całej galaktyce bloga! Kosmici już pukają do okien i podsuwają nowe pomysły, zaraz, a może pukają się w głowę? To byłoby bardziej prawdopodobne... Właściwie to materiał na nowego posta podsłuchałem na przystanku od pani Wiesi i Barbary, miałem szczęście, że akurat wracały z kościoła... No dobra. Jestem takim trochę fizykiem, ale też i fizolem, bo lubię biegać. I to i to na fi, więc jesteśmy w domu.
Dziś chciałem pomęczyć przysłowiową bułę tzw. Długością Plancka. Placka, planka? Nie, nie! Tego się nie je i nie służy też do wzmacniania mięśni brzucha. Ta długość to najmniejsza odległość mająca sens fizyczny. Co to oznacza? Właśnie to, co napisałem. Dobranoc.
1. A co to takie malutkie, ło, tam?
Ok, teraz już poważniej. Max Planck był to niemiecki fizyk, który zapoczątkował, wraz z paroma innymi, nie do końca normalnymi - na tle górnictwa, zbierania rupieci w piwnicy i przybijania młotkiem gwoździa - facetami, fizykę kwantową na początku XX wieku. Naszej ery oczywiście ;) Czym jest kwantówka - każdy słyszał, nie każdy wie, co się z tym wiąże, dla nas wystarczy wiedzieć, że to głównie zachowanie materii i energii na poziomie podstawowym oraz że bez niej nie byłoby komputerów. Nie tylko kwantowych. Ale ja nie o tym tutaj.
Czym jest długość Plancka? Bardzo ładnie się składa, że to tak zwana wielkość naturalna. Dlaczego naturalna? Bo nie ma owoców i bakalii, sama naturalna przyjemność. A już mądrzej to dlatego, że została obliczona jako kombinacja trzech stałych, fundamentalnych dla przyrody. Na piękne równanie dające jako wynik długość pana Maxia składają się: newtońska stała grawitacji (G), prędkość światła (c) - podstawa dla elektromagnetyzmu oraz kwantowomechaniczna stała Plancka (h). Równanie wygląda tak:
Lp = √(h*G/c^3)
Czasami fizycy nazywają jednostki naturalne 'boskimi jednostkami'. Dlaczego? Ponieważ są one uniwersalne w całym znanym nam Wszechświecie, jako że są kombinacją stałych fizycznych. O ile prędkość światła i inne konstansje są takie same w całym Kosmosie, byle kosmita mógłby zrozumieć równanie zapisane na bazie jednostek naturalnych. Usunięta została antropocentryczność, czyli ludzka zależność od naszego systemu liczbowego.
2. Skala, czyli ile placków można zjeść, żeby poprawnie wykonać plank.
A teraz sama długość, chociaż trudno nazwać takie maciupeństwo długością... hmmmm. Ok, mamy te 1.6^-35 metra, zero, kropka, 33 zera, jedynka i szóstka. Można powiedzieć, że długo długo nic, a na końcu szesnastka, ale nie czas tu na numerologię. Chciałbym unaocznić czytelnikowi, jak mała jest to liczba.
Załóżmy, że mamy deskę o wysokości 1.6 metra, czyli mniej więcej wielkości nastolatka albo sporego wzrostu karła ;) podzielmy tę deskę na 10 części. Otrzymujemy 0.1 długości deski, czyli 16cm. Następnie, podzielmy 16 centymetrowy odcinek na 10 kolejnych kawałków. Otrzymujemy 1,6 cm, czyli dystans, jaki ślimak mógłby uznać za solidny spacer z zadyszką ;). To już drugie miejsce po przecinku, czyli 0.01 deski - 1.6^-2 metra. Powtórzmy tę czynność... 33 razy. Nadążacie?
Może inaczej. 1.6^-35 to wielkość NIEWYOBRAŻALNIE mała.
Każdy widział na rysunku atom, te kuleczki i orbitki, zupełnie jak mały Układ Słoneczny. Nie tak to wygląda w rzeczywistości, ale mniejsza z tym. Większa o... rozmiary. Te małe kuleczki w środku, protony i neutrony, mają rozmiar około 10^-15 metra. To znaczy - 0.000000000000001 metra. Cały atom wodoru, z elektronami okrążającymi go w orbitalach osiąga niebotyczne rozmiary 10^-10 metra. Na pewno te zera i jedynki nie mówią nic nikomu, poza informatykami i komputerami (których rzesza na pewno też czyta ten post ;)), dlatego posłużę się skalami. Gdyby jądro (atomu...) miało rozmiar łebka od szpilki, elektrony znajdowałyby się na koronie dużego stadionu piłkarskiego. Jak sami widzicie, podręczniki z pedałówy kłamią. Nasza materia składa się przede wszystkim z ... pustki :)
To tylko początek ukazania skali długości Placka. Planka. Plancka. Ufff. Przy takiej manipulacji liczbami można pogubić się w literach ;) Wyobraźcie sobie, że ten mały atom wodoru (10^-15 metra) chcielibyśmy skonfrontować z długością Plancka, czyli skalą 10^-35 metra. Wydaje się, że to niewiele mniej, prawda? Owszem, wydaje się, ponieważ ludzki mózg ma problem z wizualizacją postępu geometrycznego i innych, podobnych ciągów. W końcu na papierze to tylko parę zer, trochę miejsc po przecinku... Nic bardziej mylnego. Aby móc wyobrazić sobie różnicę między atomem wodoru a długością Plancka, należałoby atom powiększyć. Jak bardzo? Załóżmy, że 10^-35 ma wysokość drzewa, przy odpowiednim skalowaniu. Wobec tego, jak duży powinien być atom wodoru? Wielkości lasu! Puszczy! Nie. Nie. Ziemi? Układu Słonecznego?! Galaktyki?! Bredzę? Też nie. Atom wodoru, aby zachować skalę, musiałby mieć rozmiar... widzialnego Wszechświata. To znaczy 92... miliardów lat świetlnych. Rok świetlny to 9.46^15 metra czyli około 9 bilionów kilometrów. Teraz można się już położyć i spokojnie odłożyć na stolik nocny wyrwane włosy z głowy. O ile coś z niej jeszcze zostało ;)
3. Deserek, wisienka na torcie, to znaczy na Pla(n)cku.
Dobrze. Ci z Państwa, którzy lubią liczby, na pewno czują się usatysfakcjonowani. Ale najlepsze danie zostawiłem na koniec. Na początku napisałem, że długość Plancka to najmniejsza długość mająca sens fizyczny. Tak, sens fizyczny, ale jaki sens ma w ogóle ostatnie zdanie? Co to znaczy sens fizyczny?
Załóżmy, że dysponujemy magiczną lupą, która wprowadza nas w przedziwny, w zasadzie im mniejszy, tym dziwniejszy, nano-świat. Pomijamy grzyby, ryby, bakterie (do których wszakże nie trzeba lupy, chyba że do potomstwa sardynek lub tych małych, najsmaczniejszych grzybków ze słoika ;), komórki, DNA, bla, bla bla. Nasza lupa robi co może i pokazuje na atom wodoru, protony i neutrony w jądrze ~10^-15 metra. Dalej znajduje się już tylko średnica elektronu - 10^-20 metra. Taka jest granica technologiczna, aby spoglądać głębiej i powiększać dalej, musielibyśmy dysponować nieosiągalnym dziś sprzętem. Już sam elektron jest enigmatyczny, bo jego średnica jest jedynie szacowana, a sam, jako niepodzielna cząstka elementarna, określana jest jako punktowa, czyli nie posiadająca wymiarów! Takie założenie stosuje się przy obliczeniach i, jak dotąd, przy dość małym błędzie pomiarowym, sprawdza się ono. Ale przecież elektron jest obiektem fizycznym, nie matematycznym, bezwymiarowym punktem! Istnieje, na Peruna! Perun tu nie pomoże. Ani nawet nasza obecna technologia.
I oto, nasza hipotetyczna lupa, pozwala nam zajrzeć dalej! To, co dzieje się w skali 10^-35 metra jest na razie czystą spekulacją. Najtęższe umysły świata próbują przewidzieć, co też tam zachodzi. I są to spekulacje naprawdę elektryzujące.
3.a. Hipoteza #1.
Istnieje pomysł, że przy skali Plancka zwykła, czterowymiarowa czasoprzestrzeń przestaje istnieć. Nikt nie wie, jakie procesy tam zachodzą, ani co zajmuje miejsce czasoprzestrzeni. Być może inna liczba wymiarów? O większej ilości wymiarów mówiłem w poście #1 (http://diesphys.blogspot.com/2016/04/1-4d-czyli-wyzszy-wymiar-przestrzenny.html). Jeśli to nie jest wystarczająco interesujące, to spadajcie. Ja się tak nie bawię, następnym razem napiszę relację z Halloween party na fermie drobiu w Oborze koło Lubina, gdzie kurczaki przebrane za wampiry... ;) Ale, co tam. Dobrnęliśmy już z lupą tak daleko... Niech będzie ;)
Oprócz innej liczby wymiarów, w skali Plancka czasoprzestrzeń może wyglądać jeszcze inaczej. I nie, to nie są opowiadania science-fiction, ani filmy pokroju Atak Krwiożerczych Pomidorów z Kosmosu. Hipotezy, które przedstawiam, mają swoje pochodzenie w najlepszych ośrodkach naukowych świata.
Być może przy odległości Plancka istnieje całkowicie nowy koncept rzeczywistości, wyglądem przypominającym boisko do futbolu amerykańskiego. To nie znaczy, że jest tam trawa i biegają po nim małe ludziki w kaskach. Chodzi o linie poprzeczne boiska, rozmieszczone co pewną, określoną odległość. Te linie tworzą strukturę, z której składa się Wszechświat, a co najgorsze, pomiędzy nimi nie ma... nic. Nic?! A nic. Po prostu i dosłownie nic. Te linie to budulec i swoista tkanina całej rzeczywistości. Przy poruszaniu się w tej skali, istnieją tylko cyfrowe przeskoki, nie ma ciągłego ruchu! To tak jakby futbolista biegł, ale pojawiałby się tylko na kolejnych liniach, bez pokonywania odległości między nimi, bo między nimi nie istnieje nic. Nie ma żadnych stanów pośrednich, nie ma żadnego przebywania drogi, między liniami nie istnieje przestrzeń... Oczywiście, przy odpowiednim powiększeniu i pojawia się wrażenie poruszania się, bo już z w skali niewiele większej niż 10^-35 metra pojawia się wrażenie ruchu ciągłego. Ale na najbardziej podstawowym poziomie, istnieją tylko cyfrowe przeskoki, zero albo jeden, linia albo nicość. Rzeczywistość miałaby charakter zdigitalizowany.
3.b. Hipoteza #2
Inna hipoteza mówi, że zmniejszanie poniżej tej długości jest pojęciem, które nie ma sensu, a czas i przestrzeń mogą być właściwościami emergentnymi Wszechświata. To znaczy, że składowe tworzą złożoną strukturę - czas i przestrzeń może być opisana jedynie jako funkcja składowych współgrających razem, a nie tylko jako suma elementów. Co to oznacza w języku Laika i Tłu... Początkującego Ekslporatora Zagadnień Fizycznych? ;)
Wyobraźmy sobie mózg. Najlepiej nie ślimaka, ponieważ posiada on tylko zwoje mózgowe, między niewieloma innymi takie do wybrania kierunku i lokalizacji pożywienia. Mózg przez duże Mó. Mamy tam neuronów masę (~100 mld, jedni więcej, drudzy mniej), a między nimi zachodzą przeróżne reakcje neurochemiczne. Neurony mają też różne funkcje komórkowe. Ten cały bajzel jakoś hula, bo budzimy się rano (jeszcze pięć minutek ;)), jemy, chodzimy, mówimy, coś robimy, i tak dalej. Ale najpiękniejsza i jednocześnie najbardziej tajemnicza właściwość mózgu to świadomość. I właśnie ona jest właściwością emergentną mózgu. Reakcje i funkcje na poziomie neuronalnym składają się na mózg, jednak opisane składowe nie tłumaczą świadomości. Świadomość swoją złożonością przekracza w dużym stopniu funkcje neuronów, jest rezultatem współgrania ich działania.
Podobnie z czasem i przestrzenią: same składowe - czy to opisana powyżej tkanina rzeczywistości, czy inna struktura - sama w sobie nie tłumaczy istnienia czasoprzestrzeni. Jeśli zejdziemy do poziomu neuronów, pojęcie świadomości traci sens i przestaje właściwie istnieć - tak samo, gdy zejdzie się poniżej skali Plancka, pojęcie czasu i przestrzeni przestaje funkcjonować, załamuje się. Spójrzmy choćby na telewizor. Z pewnej odległości widzimy obraz, przy solidnym walnięciu ręką w bok nawet film, ale gdy przyjrzeć się bliżej - na poziomie piksela - nie widzimy już pożądanego "M jak Miłość" - jedynie składową w postaci bardzo małej cząstki wyświetlanej zawartości, tworzącą jednak wraz z innymi spójną całość.
- Stachu! Zabierz mnie tę lupę sprzed oka bo jakąś kreskę ino widzę! A tu Hanka jedzie i, no, zaraz coś chyba będzie!
- Cicho tam, babo. Badam strukturę czasoprzestrzeni.
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz