Selama 100 tahun terakhir, fisikawan telah membangun teori yang akurat dan kuat tentang alam semesta, dari yang terkecil hingga terbesar. Namun, ada skala di mana semua teori ini tidak bekerja dan yang menyimpan rahasia terbesar tentang hukum alam.
Kita terbiasa hidup di dunia yang penuh dengan benda-benda makroskopis. Segala sesuatu yang ditemui orang pada siang hari - mulai dari secangkir kopi di pagi hari hingga bola api besar di langit yang disebut Matahari - adalah hal-hal yang dapat kita lihat atau sentuh. Namun, bahkan di Yunani kuno, filsuf, khususnya Democritus dan gurunya Leucippus, menyarankan bahwa segala sesuatu terdiri dari partikel terkecil yang tak terpisahkan - atom (secara harfiah diterjemahkan dari bahasa Yunani berarti "tak terpisahkan").
Seiring waktu, atom ditemukan, dan kemudian sifatnya yang sama sekali tidak terpisahkan, tetapi terdiri dari inti dan elektron yang berputar di sekitarnya. Kemudian ternyata inti atom juga terdiri dari proton dan neutron. Bahkan kemudian, quark ditemukan, yang terdiri dari proton dan neutron inti atom. Partikel kecil ini disebut elementer. Selain quark, di antara partikel elementer telah disebutkan elektron, boson, neutrino, dan foton. Semuanya dianggap sebagai "atom" Yunani kuno yang sama - tak terpisahkan.
Pada tahun 1899 (dalam beberapa sumber - pada tahun 1900), fisikawan Jerman dan pendiri teori kuantum paruh waktu Max Planck mengusulkan ukuran pengukuran khusus - unit Planck. Ini adalah unit yang dirancang untuk menyederhanakan ekspresi aljabar tertentu yang ditemukan dalam fisika teoretis, khususnya dalam mekanika kuantum. Ini termasuk satuan dasar seperti massa Planck, suhu Planck, panjang Planck, dan waktu Planck. Pada artikel ini, kita akan membahas panjang Planck dan waktu Planck dan mencoba melakukannya dengan cara yang paling mudah dipahami, tanpa perhitungan matematis yang rumit (meskipun kita memerlukan beberapa rumus).
Seperti yang telah Anda ketahui, fisika tidak hanya memperhatikan studi tentang struktur kosmik besar seperti galaksi dan nebula, tetapi juga fenomena yang sangat kecil pada skala atom dan subatomik. Namun, ada realitas lain dalam skala yang jauh lebih kecil daripada yang dapat dipelajari sains. Pada level ini, ada nilai yang sangat jauh melampaui pemahaman tradisional tentang "kecil" yang sulit dibayangkan. Ini adalah panjang Planck - 10 (pangkat 20) kali lebih kecil dari diameter inti atom hidrogen. Diasumsikan (atau, lebih tepatnya, diduga) bahwa pada tingkat inilah "busa" ruang-waktu terbentuk. Untuk memahami apa nilai yang kita bicarakan, Anda dapat melihat animasi "Skala Semesta" di tautan ini.
Namun dimensi apa yang sedang kita bicarakan? Panjang Planck hanya 1,616 x 10 (pangkat -35) meter. Itu dapat dihitung menggunakan persamaan yang mencakup tiga konstanta fundamental keseluruhan - konstanta Planck (6,6261 x 10 (pangkat -34)), kecepatan cahaya dalam vakum (2,29979 x 10 (pangkat 8) m / s) dan konstanta gravitasi (6,6738 x 10 (pangkat-11)):
Max Planck pertama kali datang ke unit luar biasa ini setelah mengerjakan radiasi benda hitam dan mekanika kuantum. Anda mungkin pernah mendengar bahwa ini adalah panjang yang terpendek.
Video promosi:
Di sini, seperti dalam kasus konsep Yunani kuno tentang atom, Anda dapat berkata: "Tentu saja, jika saya memiliki panjang tertentu dan saya membaginya menjadi dua, dan kemudian mengulanginya berulang kali, saya akan mendapatkan nilai yang semakin kecil." Namun, kita berbicara tentang skala di mana fisika tidak lagi mampu melakukan hal yang sama seperti matematika. Salah satu contoh paling mencolok dari kemustahilan tersebut adalah gerakan dengan kecepatan superluminal. Artinya, di atas kertas, Anda dapat menerapkan gaya pada massa dan mempercepatnya hingga kecepatan cahaya dan lebih tinggi, tetapi kita tahu bahwa di alam ini secara fisik tidak mungkin, karena massa suatu benda (dan karenanya energi yang dibutuhkan untuk mempercepatnya) meningkat tanpa batas. Ternyata kami tidak dapat menerapkan pada kenyataannya semua yang dapat kami lakukan di atas kertas.
Teori string memprediksi keberadaan string yang menyusun semua partikel elementer, tepatnya pada panjang Planck / Universe Review.
Jadi, bagaimana jumlah sekecil itu bisa masuk ke dalam fisika? Jika dua partikel dipisahkan oleh panjang Planck atau bahkan jarak yang lebih kecil, maka tidak mungkin untuk menentukan posisi masing-masing partikel. Selain itu, setiap efek gravitasi kuantum pada skala ini (jika ada) tidak diketahui sains, karena ruang itu sendiri tidak didefinisikan dengan tepat. Dalam arti tertentu, kami dapat mengatakan bahwa meskipun kami mengembangkan metode pengukuran yang mampu "melihat" ke dalam skala ini, kami tidak akan pernah dapat mengukur apa pun yang kurang dari itu, terlepas dari peningkatan lebih lanjut dari metode dan peralatan kami.
Menurut model kosmologi standar, alam semesta lahir sebagai hasil Big Bang, yang dimulai pada titik padat tak terhingga. Sangat menarik bahwa fisikawan dan ahli kosmologi sama sekali tidak tahu hukum fisika apa yang berlaku di alam semesta sebelum ukurannya melebihi panjang Planck, karena masih belum ada teori pasti tentang gravitasi kuantum. Meskipun demikian, unit ini telah terbukti berguna dalam banyak persamaan berbeda yang telah membantu menghitung dan menyelidiki beberapa misteri terpenting alam semesta.
Misalnya, panjang Planck adalah komponen kunci dalam persamaan Bekenstein-Hawking untuk menghitung entropi lubang hitam. Ahli teori string percaya bahwa pada skala inilah ada string "getar" yang membentuk partikel elementer Model Standar. Benar atau tidaknya teori string, satu hal yang pasti: dalam pencarian teori terpadu tentang segala hal, memahami panjang Planck dan fisika yang terkait dengannya akan memainkan peran kunci.
Saat-saat pertama keberadaan alam semesta dalam kosmologi disebut era Planck / Universitas Illinois.
Bagaimana dengan waktu Planck? Singkatnya, waktu Planck adalah waktu yang dibutuhkan cahaya dalam ruang hampa untuk menempuh panjang Planck. Akibatnya, kedua besaran ini saling terkait. Sangat mengherankan bahwa untuk menghitung waktu Planck, diperlukan konstanta Planck, konstanta gravitasi, dan kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Nilai pasti waktu Planck adalah 5,391 x 10 (pangkat -44) detik, dan dihitung dengan rumus:
Waktu Planck juga disebut kuantum waktu - nilai waktu terkecil yang memiliki nilai aktual apa pun. Waktu yang lebih kecil tidak ada artinya. Kembali ke hipotesis teoritis, ahli teori string berasumsi bahwa string berukuran Planck bergetar pada frekuensi yang sesuai dengan waktu Planck. Pada tahun 2003, ketika menganalisis gambar Deep Field dari teleskop Hubble, beberapa ilmuwan menyarankan bahwa jika fluktuasi ruang-waktu hadir pada skala Planck, maka gambar dari objek yang sangat jauh akan menjadi kabur. Gambar Hubble, menurut mereka, terlalu akurat, yang menurut para ahli, mempertanyakan konsep skala Planck. Anggota lain dari komunitas ilmiah tidak setuju dengan asumsi ini, mencatat,bahwa fluktuasi seperti itu terlalu kecil untuk diamati. Selain itu, disarankan agar keburaman yang diharapkan dihilangkan dengan objek berukuran besar dalam gambar.
Medan Ultra-Dalam Hubble / NASA / ESA / R. THOMPSON.
Jadi panjang Planck dan waktu Planck yang terkait menentukan skala di mana teori fisika modern berhenti bekerja. Semua geometri ruang-waktu yang diprediksi oleh teori relativitas umum tidak lagi memiliki makna. Skala ini menyimpan teori yang belum ditemukan yang menggabungkan Relativitas Umum dan mekanika kuantum, yang dapat menggambarkan hukum fisika secara lengkap. Faktanya, untuk alasan inilah deskripsi modern tentang perkembangan alam semesta dimulai hanya 5,391 x 10 (pangkat -44) detik setelah Big Bang, ketika alam semesta berukuran 1,616 x 10 (pangkat -35) meter.
Vladimir Guillen
