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普朗克长度是一种什么单位(宇宙的分辨率—普朗克单位)

日期:2024-05-02 12:05:54   编辑:陆家拾伍 

1900年,德国物理学家普朗克脱离了经典物理观念的束缚,推导出了黑体辐射经验公式,即在假定物质辐射的能量不连续的情况下,它的能量只能是某一个最小能量的整数倍。即


。其中h为普朗克常数,通过将普朗克常数、万有引力常数、光速等常数结合,我们便可以得到一系列的普朗克单位。

1.最小的长度——普朗克长度

想像要测量一个物体m的位置,我们得用照在其上的光所得的反射。如果对它的位置要测到很高的精确度,我们必须用更短波长的光子,如此表示这些光子的能量会更高。当波长小于一定长度,光子能量就会超过,从而其撞击所产生的能量可能会足够产生同类型的粒子。这使得粒子的原位置这个问题变得毫无意义,而使得光子能量达到的光子波长被称为康普顿波长,即。而根据广义相对论,任何物体都可能变成黑洞,前提是物体的半径小于史瓦西半径,即


,联立这两个式子,即当该物体的康普顿波长与史瓦西半径相等时,我们可以得出一个新的长度:


,这个长度便是普朗克长度,也可以认为是现如今物理意义上的最小单位。

2.最短的时间——普朗克时间

有了普朗克长度,自然而然的便可以得到普朗克时间,那便是光通过普朗克长度所需要的时间。


3.最小的黑洞质量——普朗克质量

根据广义相对论,黑洞的质量与其半径成正比,因此宇宙中最小的黑洞,即半径为普朗克长度时的黑洞的质量为:


,这个质量并不算小,大约为2.176 51 × 10^-8kg,而小于这个质量的粒子,便不能变成黑洞。

4.最高温度上限——普朗克温度

根据霍金的黑洞辐射定律,黑洞也是有温度的,而这个温度只与黑洞的质量有关,即质量越小,温度越高,黑洞的质量与温度的关系式为:


从而可以计算出黑洞的最大温度为:


而这个温度也被认为是如今热力学所能达到的最大温度上限,也是宇宙大爆炸一个普朗克时间后的温度。

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