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普朗克尺度是如何推导的(《极简宇宙史》| 宇宙探索的极限—普朗克尺度)

时间:2024-11-06 10:03:22

在非常巨大的尺度与非常微小的尺度上,都存在着我们探索的极限,这个极限来自普朗克尺度。

在实验室中,有任何实验曾经到达过这种大小、能量或时间极限吗?

没有。至今一个都没有。那个极限实在太微小、实在太高能、实在太高速了。直到今天,这不仅是理论上的极限,更糟糕的是,这同时还是实际上的极限,因为没有人事实上能到达这个极限。

为什么?因为在这过程中会产生一个普朗克尺度微小的黑洞。

为了探索黑洞之外的现实,我们需要输入更多能量,更多波长越来越窄的光,希望从中反射回来什么东西进入我们的眼睛,向我们揭示它所隐藏的秘密,但这不会发生。黑洞将会吞噬这些光,让自己变得更大,将量子引力隐藏得更深。

换句话说,按现代知识和技术,普朗克尺度之外的世界是无法探测的。

那我们还有什么可做的?

我们可以试图变得更聪明一些。

比如,我们可以假设任何东西都无法阻止量子引力(或其他什么新的物理学)在到达普朗克尺度之前一直发挥作用。

我们有最现代最强大的粒子加速器,对天空观察能加以最好的利用,理论物理学家们颇有信心地说,从最宏大的尺度到最微小的尺度,他们已经了解了自然界。

在那里,所有的量子场都融合成一个,那是一个大统一场的尺度。到达这个尺度所需要的能量大概是普朗克能量的百分之一。显然,这依然是一个很大的能量。它所对应的温度大约是十万亿亿亿度。但它并不是普朗克极限。

现在,你大概依然记得能量与体积是相关的:波的能量越高,相邻两个波峰之间的距离就越短。因此,普朗克能量的百分之一的确对应于一个很微小的世界,只是普朗克长度的一百倍。

这就意味着我们现在有一个尚未被认识的现实世界,它的尺度是从一百个普朗克长度到一个普朗克长度之间。

从实验上说,没有人知道在那里会有什么发生。

当理论物理学家面对实验空白时,我们不妨这样想象一下他的感受:假如你的视力只有一米的分辨率,想象一下你看到的这个世界会是什么样子。

通常情况下,你能以相当高的分辨率观察世界,你可以看到比人类头发丝还细很多的物体,但现在你却无法分辨任何尺寸小于一米的物体。

你在观察周围环境时将无法看到任何细节。你甚至无法看到身边的婴儿。直到孩子们长到一米高,他们才突然出现在你面前……

我并没有说可能有某个婴儿身高不足一百个普朗克长度,但我们的确无法知道自然会把什么东西隐藏在那个尺度里。而且我们的现实正根植于非常微小世界的某个地方。

因为这是构建我们世界的本质所在,也是构建我们自己的本质所在。

因为至今没有实验探索到这个尺度,很可能在到达普朗克尺度之前,那里的时间与空间就开始与我们日常所感知的时间与空间产生不同。

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