Bugün öğrendim ki: Planck adı verilen bir zaman birimi vardır. Uzunluğu 1,35 x 10^-43 saniyedir. Büyük Patlama'dan bu yana geçen tüm saniyelerden daha fazlası bir saniyede vardır.
Planck zamanı, kuramsal fizikteki birkaç temel nicelikten doğal olarak ortaya çıkan inanılmaz derecede küçük bir zaman aralığıdır. 19. yüzyılın sonlarında Max Planck tarafından keşfedildiğinde, bilimsel bir meraktan daha fazla bir şey değil gibi görünüyordu. Ancak bugün, Büyük Patlama anlayışımızda ve kuantum yerçekimi teorisi arayışında cezbedici bir rol oynuyor.
İşte Planck zamanı hakkında bildiğimiz her şeyin bir özeti: nereden geldi, nedir ve evrenin çalışma şekli hakkında ne ortaya koyabilir.
İlgili: Zaman nasıl çalışır?
Planck zamanı tanımı
Planck zamanı ilk olarak Planck tarafından 1899 yılında yazılan ve "Doğal Ölçüm Birimleri" başlıklı bir bölümü içeren bilimsel bir makalede tanımlanmıştır (makale, Almanca olarak, Biyoçeşitlilik Mirası Kütüphanesinde bulunabilir). Günlük kullanımda, ölçüm birimleri önemli değil. Ne uygunsa onu kullanırız – kütle için ons veya ton, mesafe için mil veya inç, zaman için dakika veya gün. Bilim insanları karmaşık hesaplamaları basitleştirdikleri için kilogram, metre ve saniye SI birimlerini kullanma eğilimindedir – ancak sadece belirli bir noktaya kadar. Matematik yine de son derece karmaşık hale gelebilir.
Örneğin, Newton'un yerçekimi kuvveti denkleminde, yerçekimi sabiti G, Swinburne Üniversitesi'ne göre "küp metre bölü kilogram bölü saniye kare" gibi beyin kıvıran birimlere sahiptir. Bu birimlerde, evrendeki en temel sayılardan biri olan G, 0,0000000000667 gibi rastgele görünen bir değere sahiptir. Planck, G ve benzer temel sabitlerin tam olarak 1'e eşit olduğu daha "doğal" bir birim kümesi bulmak istedi.
İlgili: Işık yılı nedir?
Planck'ın seçtiği ikinci parametre, saniyedeki metre cinsinden ışık hızı c idi. Einstein'ın görelilik teorisiyle yakından ilişkili olmasına rağmen, 1899'da bile önemli bir sabit olduğu biliniyordu. Üçüncü parametre, Planck'ın kendisi tarafından yeni keşfedilen ve şimdi basitçe Planck sabiti olarak bilinen yepyeni bir sabitti. Genellikle h harfiyle gösterilen bu, bir fotonun enerjisinin frekansına oranıdır ve kilogram çarpı kare metre bölü saniye birimlerine sahiptir.
Planck, bu üç sabiti başlangıç noktası olarak alarak, hepsinin tam olarak bire eşit olduğu yeni bir ölçüm birimleri kümesi bulabildi. Bu temel birimler Planck kütlesi, Planck uzunluğu ve Planck zamanı olarak adlandırılır. Burada özellikle sonuncusuyla ilgileniyoruz, ancak son ikisi arasında yakın bir ilişki var: Planck uzunluğu, Planck zamanı çarpı ışık hızına eşittir.
Planck zamanı denklemi
Saniye cinsinden Planck zamanı
ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü, Planck zamanının değerini 5,391247 × 10^-44 saniye olarak veriyor. Planck'ın orijinal makalesi de dahil olmak üzere diğer kaynaklarda, yaklaşık 1,35 × 10^-43 saniye civarında biraz daha büyük bir değer bulabilirsiniz. Eric Weisstein'ın Fizik Dünyası sitesinde açıklandığı gibi, bunun nedeni Planck sabitinin iki farklı versiyonunun kullanılmasıdır. Daha büyük değer Planck'ın orijinal niceliğini h kullanırken, daha küçük ve daha yaygın olan değer h bölü 2 pi olan h-çizgi adlı bir parametre kullanır.
Hangi değer kullanılırsa kullanılsın, sonuç, günlük deneyim bağlamında hayal edilemeyecek kadar küçük bir zaman aralığıdır. Genellikle "çok kısa bir zaman" anlamına gelen bir nanosaniye, ondalık nokta ile ilk anlamlı rakam arasında 8 sıfır içeren 0,000000001 saniyedir. Planck zamanında en az 43 sıfır vardır. Simetri dergisine göre, ışığın bir Planck uzunluğu boyunca hareket etmesi için geçen zamandır ve bu da bir protonun çapının yaklaşık yüz milyonda bir trilyonda biri kadardır.
Planck zamanı gerçek mi?
Planck zamanı çok pratik olmayan bir şekilde küçük olduğu için, Moskova Bilim ve Teknoloji Tarihi Enstitüsü'nden K. A. Tomilin'e göre 1950'lerden önce bilim insanları tarafından büyük ölçüde göz ardı edildi. En iyi ihtimalle, gerçek bir fiziksel önemi olmayan ilginç bir merak olarak kabul edildi. Daha sonra, fizikçiler hem yerçekimini hem de kuantum mekaniğini kapsayacak bir "her şey teorisi" aramaya başladıklarında, Planck zamanının sonuçta muazzam bir öneme sahip olabileceğini fark ettiler.
Anahtar, Planck zamanının, diğer Planck birimleriyle birlikte, kuantum teorisinin merkezinde yer alan yerçekimi sabiti G ve Planck sabiti h'yi içermesidir. Bilmeden, 1899'da Planck, böyle bir bağlantı aranmaya başlamadan çok önce, modern fiziğin her iki yarısını da kapsayan bir formül bulmuştu.
Belirli bir kütle için Einstein'ın yerçekimi teorisi – genel görelilik – Schwarzschild yarıçapı adı verilen karakteristik bir uzunluk ölçeği verir. Ancak kuantum teorisinin bu kütle için kendi uzunluk ölçeği vardır, bu da Compton dalga boyu olarak adlandırılır. Peki Schwarzschild yarıçapının Compton dalga boyuna tam olarak eşit olduğu bir kütle var mı? Mevcuttur – ve bu, bu iki parametrenin, biri kuantum teorisinden ve biri genel görelilikten, her ikisinin de Planck uzunluğuna eşit olduğu Planck kütlesidir.
Bu sadece bir tesadüf mü, yoksa bu, yerçekimi ve kuantum etkilerinin Planck ölçeğinde gerçekten örtüşmeye başlaması anlamına mı geliyor?
Finlandiya'daki Jyvaskyla Üniversitesi'nden Diego Meschini gibi bazı bilim insanları şüpheci kalıyor, ancak genel fikir birliği, Planck birimlerinin bu iki fizik alanını birbirine bağlamada gerçekten önemli bir rol oynadığıdır. Bir olasılık, uzay-zamanın kendisinin bir Planck uzunluğu ve Planck zamanı düzeyinde nicelleştirilmesidir. Bu doğruysa, uzay-zamanın yapısı, bu ölçekte incelendiğinde, düzgün bir şekilde sürekli olmaktan ziyade "pürüzlü" görünecektir.
Planck zamanında ne oldu?
Bugün gördüğümüz evrende dört temel kuvvet vardır: yerçekimi, elektromanyetizma ve güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler. Ancak Büyük Patlama'dan sonraki ilk anlara geriye doğru baktığımızda, evren o kadar sıcak ve yoğun hale gelir ki bu kuvvetler yavaş yavaş birbirine karışır. Hepsi çok hızlı oldu; on mikro saniyeden itibaren, dört kuvvet bugün olduğu gibi görünüyordu. Bundan önce, elektromanyetik ve zayıf kuvvetler arasında hiçbir ayrım yoktu – ve 10^-36 saniyeden önce, bunlara güçlü kuvvet de katıldı.
Bu noktada yerçekimi hala ayrı bir kuvvetti – ve mevcut teorilere dayanarak, zamana geriye bundan daha fazla bakamayız. Ancak, daha iyi bir kuantum yerçekimi anlayışıyla, Planck zamanından önce yerçekiminin de diğer kuvvetlerle birleştirildiğini bulacağımıza yaygın olarak inanılıyor. Yerçekimi, bugün gördüğümüz ayrı kuvvet haline geldiğinde ancak Planck zamanında, Büyük Patlama'dan yaklaşık 5 × 10^-44 saniye sonra oldu.
Ek kaynaklar