更新时间:2022-08-25 16:38
普朗克单位制是一种计量单位制度,由德国物理学家马克斯·普朗克最先提出,因此命名为普朗克单位制。这种单位制是自然单位制的一个实例,经过特别设计,使得某些基础物理常数的值能够简化为1,这些基础物理常数是
万有引力常数G;约化普朗克常数;在真空里的光的光速c;库仑常数,其中 是真空电容率,也就是电常数;玻尔兹曼常数。
上述每一个常数都至少出现于一个基本物理理论:G在广义相对论与牛顿的万有引力定律、在量子力学、c在狭义相对论、 在静电学、在统计力学与热力学。实际上,以上的五个常数在许多物理定律的代数表达式中多次出现,因此引入普朗克单位制可以将这些代数表达式简化,普朗克单位制也因此成为了理论物理学一个非常有用的工具。在统一理论方面的研究,特别如量子引力学中,普朗克单位制能够给研究者一点大概的提示。
每一个单位制都有一组基本单位。(在国际单位制里,长度的基本单位是米)在普朗克单位制里,长度的基本单位是普朗克长度,时间的基本单位是普朗克时间,等等。这些单位都是由表1的五个基础物理常数衍生的。表2展示出这些基本普朗克单位。
字键:L=长度,T=时间,M=质量,Q=电荷, =温度。因为定义的关系,光速与库仑常数的数值是精确值,不存在误差。
使用普朗克单位后,表1的五个基础物理常数的数值都约化为1,因此表2的普朗克长度,普朗克质量,普朗克时间,普朗克电荷,与普朗克温度这些计量也都约化为1。这可以无量纲地表达为
因为 ,所以 。
在任何单位系统里,许多物理量的单位是由基本单位衍生的。表3展示了一些在理论物理研究里常见的衍生普朗克单位。实际上,大多数普朗克单位不是太大,就是太小,并不适合于实验或任何实际用途。
严格地说,不同量纲的物理量,虽然它们的数值可能相等,仍旧不能用在相等式的两边。但是,在理论物理学里,为了简化运算,我们可以把这顾虑放在一边。简化的过程称为无量纲化。表4展示出普朗克单位怎样通过无量纲化使许多物理方程变得更简单。