0394. Mi spiegate le unità di misura di Planck?

Leggendo vari libri divulgativi, ho capito che esisterebbero 5 unità di misura definite di Planck per massa, tempo, lunghezza, temperatura e carica em. In altri libri si parla di constanti di Planck che però credo non siano le unità di Plance (vero?). Le unità di misura di Planck sono in altri libri dette naturali (?). In tutte compare h tagliato (so cosa è). Potete aiutarmi a fare chiarezza? Ho due domande: 1) Intanto tutte queste grandezze si chiamano di Planck perché sono state proposte da Planck o solo perché vi compare h tagliato? E perché sono state introdotte? Non capisco perché le unità di misura di Planck possano essere così utili ed ancor meno perché al tempo di Planck la nozione di tempo usuale di si perde. Così ancora suppongo avvenga per la massa di Planck, la lunghezza (se il loro significato si perde, quale significato hanno??) Mi piacerebbe avere una visione chiara della tematica e non impicciarmi ogni volta che trovo queste definizioni. 2) Ora dopo la vostra spiegazione avrò capito e potrò farvi la seconda domanda: Cosa è successo tra il Big Bang è il tempo di Planck? ( A. Demurtas) (2335_3319_5720)

sem_esperto_gialloLe quantità con cui le leggi della fisica sono scritte si dividono in quantità a-dimensionali e dimensionali. Le prime sono determinate unicamente dal loro valore numerico (ad esempio la costante π, mentre le seconde, come la massa o il tempo, necessitano di unità di misura. Il sistema di unità più usato è il sistema internazionale (SI) in cui le masse (M) sono misurate in chilogrammi, le distanze (L) in metri, il tempo (T) in secondi e la corrente elettrica (I) in ampère. Nel sistema internazionale, distanza, massa, tempo e corrente elettrica sono grandezze fondamentali: tutte le altre quantità fisiche sono scritte in termini di chilogrammi, metri, secondi ed ampère. Ad esempio, la velocità ha dimensione LT-1 e si misura in metri al secondo. Il numero di grandezze fondamentali dipende dal sistema di unità di misura. Nel sistema (CGS) proposto da Gauss icona_biografia, ad esempio, la carica elettrica è una grandezza derivata la cui unità di misura si ottiene dalla legge di Coulomb icona_biografia scritta nella forma;

F = Q1Q2/r2.

Nel 1899 Planck icona_biografia, riprendendo un’idea originale di Stodley, propose un sistema di unità con una sola grandezza fondamentale. Nelle unità di Planck, o unità naturali, la velocità della luce c e la costante di Planck h sono uguali ad uno, ed a-dimensionali. La distanza ha quindi le stesse dimensioni del tempo, mentre massa e la temperatura hanno dimensioni di distanza inversa. Espressi nel sistema internazionale (SI) l'unità di misura della distanza nel sistema naturale, detta lunghezza di Planck, è valutata approssimativamente Lp=10-35 metri e il tempo di Planck è circa Tp=10-43 secondi. Nelle unità naturali, la costante di Newton icona_biografia, la costante di gravitazione GN è uguale alla massa di Planck inversa al quadrato. La massa di Planck definisce quindi l'energia (E=Mc2, ma si ricordi che in queste unità c=1) alla quale la costante di accoppiamento del campo gravitazionale GN diventa uguale a uno, cioè l'energia alla quale ci si aspetta che compaiano effetti di gravità quantistica e la nozione stessa di spazio-tempo debba essere abbandonata icona_esperto[66],icona_esperto[63] . L'energia di Planck è approssivativamente uguale a 1019 Giga electron-Volt icona_glossario , pari a 1.000.000.000.000.000 volte l'energia del Large Hadron Collider , il più grande acceleratore di particelle mai costruito entrato  in funzione al CERN icona_linkesterno nel 2009, e che nel 2012 ha concluso con successo la caccia al bosone di Higgs icona_biografia .

ScienzaPerTutti_12autobus_costanti

Poster del progetto “Fisica in autobus” icona_linkesterno per il WYP2005 icona_wy2005 dedicato alle costanti della fisica

Le unità di Planck sono convenienti per descrivere la fisica a distanze e tempi molto piccoli ed energie molto elevate, come ad esempio l'universo subito dopo il big bang Siccome prima del tempo di Planck l'universo era quantistico, chiedersi cosa è successo prima del tempo di Planck non ha senso: la nozione stessa di tempo non è definita. Allo stesso modo, la lunghezza di Planck definisce la distanza al di sotto della quale le fluttuazioni dello spazio-tempo rendono il concetto di spazio privo di senso.

Marco Cavaglià – Fisico


ultimo aggiornamento maggio 2013

 

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