Lunghezza di Planck: differenze tra le versioni

Versione delle 17:48, 5 dic 2014

Versione attuale delle 13:21, 5 mar 2025

(45 versioni intermedie di 31 utenti non mostrate)

Riga 1:

{{unità

{{nota disambigua|altri significati|[[Planck (disambigua)]]}}

|nome = Lunghezza di Planck

La '''lunghezza di Planck''', indicata con <math>\ell_P \ </math>, è un'unità di [[lunghezza]] e fa parte di un sistema di unità di misura detto ''[[Unità di misura di Planck]]''; può essere inoltre definita come "''[[unità naturale]]''", dal momento che viene ricavata a partire da tre [[costante fisica|costanti fisiche]] fondamentali: la [[velocità della luce]], la [[costante di Planck]] e la [[costante di gravitazione universale]].

|immagine =

La teoria corrente suggerisce che una lunghezza di Planck sia la più piccola distanza oltre la quale il concetto di dimensione perde ogni significato fisico.

|didascalia =

|sistema = [[Unità di misura di Planck|P]]

|grandezza = [[Spazio (fisica)|spazio]]

|simbolo = <math>\ell_P</math>

|eponimo = [[Max Planck]]

|conversione_SI = ≈{{M|1.616252|e=-35}} [[metri|m]]

|conversione_au =

|conversione_SA =

}}

La '''lunghezza di Planck''', indicata con <math>\ell_P</math>, è l'unità di [[lunghezza]] del sistema delle [[Unità di misura di Planck]].

La '''lunghezza di Planck''', indicata con <math>\ell_P \ </math>, è un'unità di [[lunghezza]] e fa parte di un sistema di unità di misura detto ''[[Unità di misura di Planck]]''; puòPuò essere inoltre definitaconsiderata come "'un'[[unità naturale]]''", dal momento chepoiché viene ricavata a partire da tre [[costante fisica|costanti fisiche]] fondamentali: la [[velocità della luce]], la [[costante di Planck]] e la [[costante di gravitazione universale]].

== Valore ==

La lunghezza di Planck è data dalla relazione:

Utilizzando le leggi della meccanica quantistica e della gravità, la lunghezza di Planck è la migliore stima attuale per il concetto di lunghezza minima.<ref>{{Cita web|url=http://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2013/today13-11-01_NutshellReadMore.html|titolo=Planck length, minimal length?}}</ref>

:<math> \ell_P =\sqrt{\frac{\hbar G}{c^3}}</math>

== Formula e valore numerico ==

La lunghezza di Planck è data dalla relazione:

:<math> \ell_P =\sqrt{\frac{\hbar G}{c^3}} \approx 1,62 \times 10^{-35} \; m</math>

dove:

* <math> \hbar = h /2 \pi </math> è la ''[[costante di Planck ridotta]] ridotta'', chiamata anche ''"h tagliato''" o, meno comunemente, [[costante di Dirac]];

* <math>\ G</math> è la ''[[costante di gravitazione universale]]'';

* <math>\ c</math> è la ''[[velocità della luce]]'' nel vuoto.

Il valore [[CODATA]] 2006 della lunghezza di Planck è <math>1,616616199256 252 ×\cdot 10<sup>^{-35 }\,m</supmath> metri, con una incertezza standard di 8<math>0,1000081 ×\cdot 10<sup>^{-4035}</supmath> m.<ref>[[John Baez]], [http://math.ucr.edu/home/baez/planck/node2.html The Planck Length]</ref><ref>[[National Institute of Standards and Technology|NIST]], "[http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkl Planck length]", [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html NIST's published] [[CODATA]] constants</ref>.

* <math> \hbar = h /2 \pi </math> è la ''[[costante di Planck]] ridotta'', chiamata anche ''h tagliato'' o, meno comunemente, [[costante di Dirac]];

* <math>\ G</math> è la ''[[costante di gravitazione universale]]'';

* <math>\ c</math> è la ''[[velocità della luce]]'' nel vuoto.

Il valore [[CODATA]] 2006 della lunghezza di Planck è 1,616 252 × 10^-35 metri, con una incertezza standard di 8,1 × 10^-40 m<ref>[[John Baez]], [http://math.ucr.edu/home/baez/planck/node2.html The Planck Length]</ref><ref>[[NIST]], "[http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkl Planck length]", [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html NIST's published] [[CODATA]] constants</ref>.

== Derivazione della formula ==

La determinazione della lunghezza di Planck si ottiene partendo dall'equazione della [[lunghezza d'onda Compton]]:

:<math> \lambda_c = \frac {h}{m_0 c}. </math>

Come si può osservare facilmente sostituendo <math> \lambda_c = c/ \nu_0nu_c </math>, la lunghezza d'onda Compton di una particella è equivalente alla ''lunghezza d'onda di un fotone la cui energia è la stessa della massa a riposo della particella''. Infatti

Come si può osservare facilmente sostituendo <math> \lambda_c = c/ \nu_0 </math>, la lunghezza d'onda Compton di una particella è equivalente alla ''lunghezza d'onda di un fotone la cui energia è la stessa della massa a riposo della particella''. Infatti

:<math> h \nu_c = m_0 c^2. </math>

Riga 33 ⟶ 40:

:<math> r_S=\frac{2GM}{c^2}, </math>

dove <math> r_S </math> è il [[raggio di Schwarzschild]], <math>M</math> è la massa del buco nero e <math>G</math> è la [[costante di gravitazione universale]].

Come si nota, la lunghezza d'onda Compton <math> \lambda_c </math> varia in modo inversamente proporzionale alla massa <math> m_0 </math>, mentre nell'equazione di Schwarzschild, <math> r_S </math> varia in modo direttamente proporzionale a <math> M </math>.

Riga 41 ⟶ 48:

Disegnando su di un grafico le due funzioni, troviamo un punto di intersezione che corrisponde ai valori:

:<math> r_S= \lambda_c = \ell_pell_P =\sqrt{\frac{h G}{c^3}}. </math>

e

:<math> m_0 = M = m_pm_P =\sqrt{\frac{h c}{G}}. </math>

Cheche sono rispettivamente le espressioni della lunghezza di Planck e della [[massa di Planck]], e valgono rispettivamente <math>1,616616252 252 ×\cdot 10<sup>^{-35}\,m</supmath> metri e <math>5,45549 ×\cdot 10<sup>^{-8}\,kg</supmath> kg.

Si può quindi dire che la lunghezza di Planck è la misura del raggio dell'orizzonte degli eventi di una massa di Planck e definisce, se riferito alla lunghezza d'onda di una radiazione elettromagnetica, la massima energia possibile per un fotone prima che questo "collassi" in forma di massa.

Come si vede, partendo dalla espressione della lunghezza d'onda Compton per definire la lunghezza di Planck, si arriva a un'espressione che non coincide con quella "storica", nella quale compare <math>\hbar</math> al posto della costante di Planck <math> \ h </math>. Tale espressione, che differisce da quella qui calcolata di un fattore <math> \sqrt{2 \pi}</math>, si ottiene invece partendo dall'espressione della [[Lunghezza d'onda Compton|Lunghezza d'onda Compton ridotta]]:

:<math> \lambda_c = \frac {\hbar}{m_0 c}. </math>

Riga 69 ⟶ 76:

{{Citazione

|Per essere pittoreschi possiamo dire che se abbiamo un buco nero della grandezza della lunghezza di Planck e proviamo a localizzarlo con un'accuratezza uguale al suo raggio, il [[principio di indeterminazione di Heisenberg]] implica che illa momentoquantità di moto del buco nero sia conosciutoconosciuta con un'imprecisione tale [ossia ci sarebbe una così grande incertezza sulla misura del suo momento] che potrebbe esserci abbastanza energia intorno da creare un altro buco nero di quella grandezza! Metto in guardia il lettore sul prendere questo ''cum grano salis'', dato che non c'è ancora nessuna buona teoria su questa sorta di cose e ancor meno una qualsiasi evidenza sperimentale. Tuttavia questi esperimenti immaginari sono stati sempre più affinati e alla lunghezza di Planck la situazione diviene veramente molto strana. Per analogia con la fisica delle particelle ci si potrebbe aspettare che i processi che coinvolgano buchi neri virtuali siano davvero importanti a questa scala di lunghezza. Hawking e altri hanno scritto interessanti articoli sulle reazioni indotte da buchi neri virtuali... ma non prenderei queste previsioni troppo seriamente per il momento.

|''John Baez'', ''[http://math.ucr.edu/home/baez/lengths.html#planck_length math.ucr.edu]''

|To be picturesque, we can say that if we have a black hole about the size of the Planck length, and we try to locate it to an accuracy equal to its radius, the Heisenberg uncertainty principle makes the momentum of the black hole so poorly known that there may be enough energy around to create another black hole of that size! I warn the reader to take this with a massive grain of salt, since there is no good theory of this sort of thing yet - much less any experimental evidence. But people have sharpened this sort of thought experiment and seen that things get awfully funny at the Planck length. By analogy with particle physics, one might expect processes involving virtual black holes to be very important at this length scale. Hawking and others have written interesting papers on reactions induced by virtual black holes... but I would not take these predictions too seriously yet.

Riga 76 ⟶ 83:

}}

=== SignificatoStoria fisico ===

[[Max Planck]] per primo propose di inserire la lunghezza che porta il suo nome in un sistema di unità di misura che chiamò "unità naturali": per la loro stessa definizione, infatti, la lunghezza di Planck, il [[tempo di Planck]] e la [[massa di Planck]] sono ricavate in modo tale che le [[costante fisica|costanti]] in esse contenute (''<math>c''</math>, ''<math>G''</math> e <math>\hbar \ </math>) scompaiano se inserite nelle equazioni fisiche. Benché la [[meccanica quantistica]] e la [[relatività generale]] fossero ignote al tempo in cui Planck propose queste unità di misura, divenne in seguito chiaro che a distanze paragonabili alla lunghezza di Planck la gravità manifesta degli effetti [[meccanica quantistica|quantistici]], la cui spiegazione e comprensione richiede una teoria sulla [[gravità quantistica]].

==Significato fisico==

Il significato fisico della lunghezza di Planck non è ancora chiaro. Poiché la lunghezza di Planck è l'unica lunghezza che si può costruire a partire dalle costanti ''<math>c''</math>, ''<math>G''</math> e ''ħ''<math>\hbar</math> attraverso l'[[analisi dimensionale]] si può pensare che lunghezze con un significato fisico importante in [[gravità quantistica]] siano riconducibili alla lunghezza di Planck.

Contrariamente a quanto si può leggere solitamente su riviste divulgative non esiste ancora la prova che le distanze nelle strutture dello spaziotempo siano quantizzate in unità di lunghezze di Planck. In alcune teorie la lunghezza di Planck è la scala alla quale la struttura dello [[spaziotempo]] diventa dominata da effetti quantistici dandogli una struttura a schiuma. Tuttavia altre teorie non predicono questi effetti.

L'area di Planck, uguale alla lunghezza di Planck al quadrato ha un ruolo più chiaro in gravità quantistica. L'[[entropia]] dei buchi neri è data da <math>kAk_B A/4\ell_P^2</math> dove <math>A</math> è l'area dell'[[orizzonte degli eventi]] e <math> kk_B </math> la [[Costantecostante di Boltzmann]].

=== Lunghezza di Planck e teoria delle stringhe ===

Nell'ambito della [[teoria delle stringhe]], la lunghezza di Planck gioca un ruolo fondamentale: è infatti definita comerappresenta il diametro minimo possibile di una stringa;. il corollario più importante a questo postulato è che qualsiasi entità diQualsiasi lunghezza inferiore alla lunghezza di Planck non possiede quindi alcun significato fisico<ref> Brian Greene, ''L'Universo elegante''., Einaudi, - Cap.Torino 6°2005, pp. 133-142.</ref>.

=== Area di Planck e gravità quantistica a loop ===

Nell'ambito della [[gravità quantistica a loop]], l'operatore area possiede uno spettro discreto e proporzionale all'area di Planck. Gli altri due operatori geometrici, la lunghezza e il volume, hanno spettro proporzionale alla lunghezza e ilal volume di Planck, ma si ha una conoscenza limitata dello spettro di questi operatori.

=== Storia ===

[[Max Planck]] per primo propose di inserire la lunghezza che porta il suo nome in un sistema di unità di misura che chiamò "unità naturali": per la loro stessa definizione, infatti, la lunghezza di Planck, il [[tempo di Planck]] e la [[massa di Planck]] sono ricavate in modo tale che le [[costante fisica|costanti]] in esse contenute (''c'', ''G'' e <math>\hbar \ </math>) scompaiano se inserite nelle equazioni fisiche. Benché la [[meccanica quantistica]] e la [[relatività generale]] fossero ignote al tempo in cui Planck propose queste unità di misura, divenne in seguito chiaro che a distanze paragonabili alla lunghezza di Planck la gravità manifesta degli effetti [[meccanica quantistica|quantistici]], la cui spiegazione e comprensione richiede una teoria sulla [[gravità quantistica]].

=== Considerazioni ===

{{F|fisica|febbraio 2025|arg2=metrologia}}

A oggi non si dispone di una teoria soddisfacente sulla gravità quantistica, anche se ci sono molte proposte e svariati studi sull'argomento ([[teoria delle stringhe]], [[supersimmetria]], [[supergravità]], dimensioni nascoste della [[teoria di Kaluza-Klein]], etc.). L'associare le unità della scala di Planck a fatti sperimentali non solo dà valore epistemologico alle unità suddette, ma lascia anche intravedere i limiti delle attuali teorie (spinte a fornire risultati in condizioni estreme) e, anche se come ombre in una fitta nebbia, le strade da seguire.

A titolo d'esempio, per calcolare la lunghezza di Planck e la [[temperatura di Planck]] si è fatto ricorso alle attuali equazioni senza richiedere nulla sulla natura della materia sulla quale vanno a scontrarsi particelle così energetiche o su come si ripiega lo spazio compresso, per effetto della gravità, in situazioni così estreme.

== Note ==

<references />

== Voci correlate ==

Riga 106 ⟶ 113:

== Collegamenti esterni ==

* {{en}}cita [web|http://scienceworld.wolfram.com/physics/PlanckLength.html |The Planck Length]|lingua=en}}

* {{en}} [[John Baez]], "[http://math.ucr.edu/home/baez/planck/node2.html Higher-Dimensional Algebra and Planck-Scale Physics: The Planck Length.]"

* valore CODATA 2006 della [http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkl|search_for=universal_in! Lunghezza di Planck] dal [[National Institute of Standards and Technology|NIST]]

* valore CODATA 2006 della [http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkm|search_for=universal_in! Massa di Planck] dal [[National Institute of Standards and Technology|NIST]]

* {{en}} [https://web.archive.org/web/20100215140800/http://hawking.org.uk/old-site/pdf/time.pdf Paper] di Stephen Hawking.

{{unità di misura}}