Les unités de Planck sont un système universel d’unités de mesure basé sur des constantes qui se manifestent universellement en physique et dans la nature.
Histoire de la création
En 1897-1899, le physicien théoricien allemand Max Planck a réalisé des rapports sur les processus irréversibles de rayonnement, en utilisant en même temps des constantes «universelles», comme il le disait lui-même : a, b, c et f (c — vitesse de la lumière, f — constante gravitationnelle G). Connaissant les deux dernières constantes, il a défini a et b, qu’il a introduites indépendamment. Un peu plus tard, Planck a utilisé deux autres constantes : h (la constante de Planck) et k, la constante de Boltzmann. Max Planck a défini un certain nombre de ces constantes comme un système naturel d’unités de mesure et a noté ce qui suit :
«Ces unités conservent leur signification naturelle tant que les lois de la gravitation et les principes de la thermodynamique sont respectés et tant que la vitesse de propagation de la lumière dans le vide reste constante. C’est pourquoi, mesurées par des esprits différents au moyen de méthodes diverses, ces quantités seront toujours égales aux mêmes valeurs.»
Signification physique des unités de Planck
Pour la métrologie, les unités de Planck ne jouent pas un rôle significatif, mais il s’avère qu’elles sont extrêmement importantes pour la physique théorique et sont utilisées comme limites d’applicabilité pour les théories physiques modernes, telles que la théorie quantique des champs (QFT), la théorie relativiste de la gravité (RTG) et la théorie générale de la relativité (GTR) d’Einstein. En d’autres termes, nous ne connaissons pas la physique au-delà des limites fixées par les unités de Planck.
Les constantes de base de ce système d’unités sont les quantités suivantes :
- h/ 2π — la constante de Planck divisée par 2π (également connue sous le nom de constante de Dirac). Cette constante universelle relie les quantités de la mécanique classique et de la mécanique quantique, et permet de traduire les unités d’un système de mesure dans les unités de l’autre. Par exemple, pour traduire l’énergie, utilisée en mécanique classique, en son analogue en mécanique quantique — la fréquence. Elle est approximativement égale à 1 * 1 0-34 J-c.
- c — vitesse de la lumière — constante indépendante exprimant la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques (lumière) dans le vide, c = 300 000 km/s.
- G est la constante gravitationnelle, qui est le coefficient de proportionnalité dans la loi de la gravitation universelle de Newton, déterminant la force d’interaction gravitationnelle entre deux objets massifs à une certaine distance. G = 6,67408(31)-1 0-11 N-m²/kg 2 .
Matériel sur le sujet
Connaissant toutes les unités de mesure de base susmentionnées ainsi que la constante de Boltzmann, Planck a dérivé les autres unités systématiques telles que :
- La masse, qui est égale à 2,176-1 0-8 kg. Cette valeur est le maximum pour toutes les particules élémentaires et le minimum pour les trous noirs.
- La longueur, égale à 1,616 229(38)-1 0-35 mètres. Un trou noir ayant une masse de Planck et un certain rayon gravitationnel a un rayon égal à la longueur de Planck. La géométrie euclidienne que nous connaissons est également complètement déformée à l’échelle de la longueur de Planck, en raison de la fluctuation du champ gravitationnel.
- Le temps est égal à 5,391 16(13)-1 0-44 s. Par définition, le temps de Planck est le temps qu’il faudrait à une particule pour parcourir la longueur de Planck à la vitesse de la lumière. Les scientifiques affirment qu’après ce laps de temps après le Big Bang, l’interaction gravitationnelle est devenue indépendante, c’est-à-dire qu’elle s’est séparée des trois autres.
- Température — 1 416 808(33)-10 32 D’après les calculs des physiciens théoriques, c’est la température qui régnait au tout début du Big Bang. En outre, les scientifiques ne peuvent pas décrire la physique d’un système plus chaud que cette température, ce qui signifie qu’il s’agit de la limite supérieure des théories physiques, notamment de la théorie de la gravité.
Il existe également la charge de Planck, la fréquence angulaire, l’énergie, la densité, le rayon, etc. Ces unités sont exprimées par des constantes fondamentales et restent donc elles-mêmes inchangées dans les limites de la physique que nous connaissons.
Il est intéressant de noter que la première époque de l’histoire de l’Univers a été appelée l’époque de Planck, en l’honneur de l’éminent physicien Max Planck, et qu’elle a duré le temps de Planck, c’est-à-dire de zéro à 10-43 secondes. En outre, à l’origine de l’univers, la matière avait des valeurs de Planck, à savoir l’énergie, la densité, le rayon et la température — les constantes que nous connaissons.
La mesure des unités de Planck est problématique, même en théorie, mais les physiciens théoriques s’appuient constamment sur ces constantes fondamentales dans leurs constructions mathématiques pour mieux comprendre la structure de notre monde.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023