Nos últimos 100 anos, os físicos construíram teorias precisas e poderosas sobre o universo, do menor ao maior. No entanto, existem escalas em que todas essas teorias não funcionam e que contêm os maiores segredos sobre as leis da natureza.
Estamos acostumados a viver em um mundo de coisas grandes e macroscópicas. Tudo o que uma pessoa comum encontra durante o dia - de uma xícara de café pela manhã a uma enorme bola de fogo no céu chamada Sol - são coisas que podemos ver ou tocar. No entanto, mesmo na Grécia antiga, os filósofos, em particular Demócrito e seu professor Leucipo, sugeriram que tudo consiste nas menores partículas indivisíveis - átomos (traduzido literalmente do grego significa "indivisível").
Com o tempo, o átomo foi descoberto e, em seguida, sua propriedade de não ser absolutamente indivisível, mas consistir em um núcleo e um elétron girando em torno dele. Então, descobriu-se que o núcleo também consiste de prótons e nêutrons. Ainda mais tarde, foram descobertos os quarks, dos quais são compostos os prótons e nêutrons dos núcleos atômicos. Essas minúsculas partículas são chamadas de elementares. Além dos quarks, entre as partículas elementares já são citados elétrons, bósons, neutrinos e fótons. Todos eles são considerados os mesmos "átomos" da Grécia Antiga - indivisíveis.
Em 1899 (em algumas fontes - em 1900), o físico alemão e fundador em tempo parcial da teoria quântica Max Planck propôs uma medida especial de medida - unidades de Planck. Estas são unidades projetadas para simplificar certas expressões algébricas encontradas na física teórica, em particular na mecânica quântica. Isso inclui unidades fundamentais como massa de Planck, temperatura de Planck, comprimento de Planck e tempo de Planck. Neste artigo, consideraremos o comprimento de Planck e o tempo de Planck e tentaremos fazê-lo da maneira mais compreensível, sem cálculos matemáticos complicados (embora precisemos de algumas fórmulas).
Como você já sabe, a física se preocupa não apenas com o estudo de grandes estruturas cósmicas como galáxias e nebulosas, mas também com fenômenos incrivelmente pequenos em escalas atômicas e subatômicas. No entanto, existe uma outra realidade em uma escala muito menor do que a ciência tem sido capaz de estudar. Nesse nível, existe um valor que está muito além do entendimento tradicional de "pequeno" que é difícil de imaginar. Este é o comprimento de Planck - é 10 (elevado a 20) vezes menor que o diâmetro do núcleo de um átomo de hidrogênio. Supõe-se (ou, mais precisamente, suspeita-se) que é nesse nível que se forma a "espuma" do espaço-tempo. Para entender de que valor estamos falando, você pode dar uma olhada na animação "Escala do Universo" neste link.
E ainda de que dimensões estamos falando? O comprimento do Planck é de apenas 1,616 x 10 (para a potência de -35) metros. Pode ser calculada usando uma equação que inclui três constantes fundamentais inteiras - constante de Planck (6,6261 x 10 (à potência de -34)), a velocidade da luz no vácuo (2,29979 x 10 (à potência de 8) m / s) e a constante gravitacional (6,6738 x 10 (à potência-11)):
Max Planck veio pela primeira vez a esta unidade notável depois de trabalhar com radiação de corpo negro e mecânica quântica. Você provavelmente já ouviu que este é o menor comprimento possível.
Vídeo promocional:
Aqui, como no caso do antigo conceito grego de átomo, você pode dizer: "Claro, se eu tiver um certo comprimento e dividi-lo ao meio, e depois repeti-lo indefinidamente, obterei valores cada vez menores." No entanto, estamos falando de uma escala em que a física não é mais capaz de fazer o mesmo que a matemática. Um dos exemplos mais notáveis de tais impossibilidades é o movimento com velocidade superluminal. Ou seja, no papel, você pode aplicar força à massa e acelerá-la até a velocidade da luz ou mais, mas sabemos que na natureza isso é simplesmente fisicamente impossível, uma vez que a massa de um objeto (e, portanto, a energia necessária para acelerá-lo) aumenta infinitamente. Acontece que não somos capazes de implementar na realidade tudo o que podemos fazer no papel.
A teoria das cordas prevê a existência das cordas que constituem todas as partículas elementares, precisamente no comprimento de Planck / Revisão do Universo.
Então, como uma quantidade tão pequena se encaixa na física? Se duas partículas estão separadas por um comprimento de Planck ou ainda menos distância, então é impossível determinar as posições de cada uma delas. Além disso, quaisquer efeitos da gravidade quântica nesta escala (se houver) são desconhecidos para a ciência, uma vez que lá o próprio espaço não está devidamente definido. Em certo sentido, podemos dizer que mesmo que desenvolvêssemos métodos de medição capazes de "olhar" para essas escalas, nunca poderíamos medir nada menos, independentemente do aprimoramento de nossos métodos e equipamentos.
De acordo com o modelo cosmológico padrão, o universo nasceu como resultado do Big Bang, que começou em um ponto infinitamente denso. É especialmente interessante que os físicos e cosmologistas não tenham a menor idéia de quais leis da física prevaleciam no Universo antes de exceder o comprimento de Planck em tamanho, uma vez que ainda não existe uma teoria confirmada da gravidade quântica. No entanto, esta unidade tem se mostrado útil em muitas equações diferentes que ajudaram a calcular e investigar alguns dos mistérios mais importantes do universo.
Por exemplo, o comprimento de Planck é um componente chave na equação de Bekenstein-Hawking para calcular a entropia de um buraco negro. Os teóricos das cordas acreditam que é nessa escala que existem cordas “vibrantes” que constituem as partículas elementares do Modelo Padrão. Quer a teoria das cordas seja verdadeira ou não, uma coisa é certa: na busca por uma teoria unificada de tudo, entender o comprimento de Planck e a física associada a ele terá um papel fundamental.
Os primeiros momentos da existência do Universo na cosmologia são chamados de era Planck / Universidade de Illinois.
E quanto ao tempo de Planck? Em suma, o tempo de Planck é o tempo que leva para a luz no vácuo percorrer o comprimento de Planck. Conseqüentemente, essas duas quantidades estão relacionadas. É curioso que para calcular o tempo de Planck, a constante de Planck, a constante gravitacional e a velocidade da luz no vácuo são necessários. O valor exato do tempo de Planck é 5,391 x 10 (à potência de -44) segundos e é calculado pela fórmula:
O tempo de Planck também é chamado de quantum de tempo - o menor valor de tempo que possui qualquer valor real. Tempos menores não têm sentido. Voltando às hipóteses teóricas, os teóricos das cordas presumem que cordas do tamanho de Planck vibram em uma frequência correspondente ao tempo de Planck. Em 2003, ao analisar imagens do Deep Field do telescópio Hubble, alguns cientistas sugeriram que se as flutuações do espaço-tempo estivessem presentes na escala de Planck, as imagens de objetos muito distantes ficariam borradas. As imagens do Hubble, eles argumentaram, eram muito precisas, o que, de acordo com especialistas, colocava em questão o conceito da escala de Planck. Outros membros da comunidade científica discordaram desta suposição, observando,que tais flutuações seriam muito pequenas para serem observadas. Além disso, foi sugerido que o desfoque esperado foi removido pelo grande tamanho dos objetos nas imagens.
Hubble Ultra-Deep Field / NASA / ESA / R. THOMPSON.
Portanto, o comprimento de Planck e o tempo de Planck associado determinam a escala em que as teorias físicas modernas param de funcionar. Toda a geometria do espaço-tempo prevista pela teoria da relatividade geral deixa de ter qualquer significado. Essas escalas armazenam uma teoria ainda não descoberta que une a Relatividade Geral e a mecânica quântica, que pode descrever de forma mais completa as leis da física. Na verdade, é por essa razão que as descrições modernas do desenvolvimento do Universo começam apenas 5,391 x 10 (à potência de -44) segundos após o Big Bang, quando o universo tinha 1,616 x 10 (à potência de -35) metros.
Vladimir Guillen
