ublo
bogdan's (micro)blog

bogdanel » natural

10:01 pm on Dec 14, 2013 | #more | tags:

unul dintre lucrurile fascinante din fizică este sistemul internațional de unități fundamentale: kilogram (kg), metru (m), candela (cd), secundă (s), amper (A), kelvin (K) și mol. orice unitate de măsură se poate defini pornind de la ele:

  • N (newton, unitate de măsură pentru forță) = kg x m x s-2
  • J (joule, unitate de măsură pentru energie) = kg x m2 x s-2
  • Pa (pascal, unitate de măsură pentru presiune) = kg x m-1 x s-2

însă nefericit este modul în care au fost alese aceste unități. spre exemplu, metrul este definit ca fiind distanța parcursă de o rază de lumină în vid în a 299 792 458-a parte dintr-o secundă. serios? a 299 792 458-a parte?
la fel și secunda este definită ca 9 192 631 770 de perioade corespunzând unor tranzișii hiperfine ale stării de bază a izotopului de cesiu-133. din nou, 9 192 631 770?
având în vedere că viteza luminii devine prin definițiile de mai sus fix 299 792 458 ms-1, nu s-ar putea construi un sistem de unități de măsură fundamentale din care să rezulte viteza luminii o constantă ceva mai ușor de reținut, să spunem 1? această idee i-a venit lui max planck în 1899. lumina să meargă cu viteza 1 unitate de lungime pe unitatea de timp. în aceeași situație cu c sunt și constantele G (constanta gravitațională), ħ (constanta lui planck redusă), 1/(4πε0) (constanta lui coulomb) și k (constanta lui boltzman). făcându-le pe toate 1, planck a obținut:

  • c = 1 (unitate de lungime) (unitate de timp)-1
  • G = 1 (unitate de lungime)3 (unitate de masă)-1 (unitate de timp)-2
  • ħ = 1 (unitate de lungime)2 (unitate de masă) (unitate de timp)-1
  • 1/(4πε0) = (unitate de lungime)3 (unitate de masă) (unitate de timp)-2 (unitate de sarcină electrică)-2
  • k = 1 (unitate de lungime)2 (unitate de masă) (unitate de timp)-2 (unitate de temperatură)-1

astfel obținem:

  • unitate de lungime = (ħG/c3)1/2
  • unitate de masă = (ħc/G)1/2
  • unitate de timp = (ħG/c5)1/2
  • unitate de sarcină electrică = (4πε0ħc)1/2
  • unitate de temperatură = (ħc5/Gk)1/2

având valorile în sistemul internațional pentru constante, se poate construi imediat o corelație între acesta și sistemul de unități pe care planck le-a numit naturale. sar peste calculele inutile și deși la prima vedere impractice pentru viața de zi cu zi, unitățile naturale sunt limite ale înțelegerii noastre despre natură:

  • unitatea de lungime - este distanța sub care două obiecte devin imposibil de distins
  • unitatea de masă - este masa sub care teoria relativității generalizate a lui einstein devine neglijabilă
  • unitatea de timp - este limita sub care efectele cuantice și cele ale relativității generalizate devin comparabile
  • unitatea de sarcină electrică - leagă sarcina electronului de constanta de structură fină
  • unitatea de temperatură - este temperatura limită peste care efectele cuantice și cele relativistice sunt comparabile; un obiect cu temperatura mai mare va forma un kugelblitz (gaură neagră generată de concentrarea radiației, nu a masei).Max Planck and Albert Einstein