Unidades Planck

As unidades Planck são unidades físicas de medida. O sistema destas unidades foi desenvolvido pela primeira vez por Max Planck. A definição das cinco unidades Planck de base baseiam-se apenas em cinco constantes físicas encontradas na natureza. Quando as unidades de Planck são utilizadas para expressar qualquer uma destas cinco constantes físicas, o valor é 1, o que permite aos físicos simplificar muitas equações sobre o direito físico. Planck propôs estas unidades em 1899. São também conhecidas como unidades naturais porque a origem da sua definição vem apenas de propriedades da natureza e não de qualquer construção humana. As unidades de Planck são apenas um sistema de unidades naturais entre outros sistemas. São consideradas únicas, porque estas unidades não se baseiam em propriedades de qualquer objecto protótipo, ou partícula (que seria arbitrariamente escolhida), mas baseiam-se apenas em propriedades de espaço livre. As constantes que as unidades de Planck, por definição, normalizam a 1 são as:

  • Constante gravitacional, G;
  • Constante Reduzida de Planck, ħ;
  • Velocidade da luz no vácuo, c;
  • Constante Coulomb, 1 4 π ε 0 {\\i1}{\i1}displaystyle {\i}textstyle {\i}{\i}{\i}varepsilon _{\i}}}} {\displaystyle \textstyle {\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}}(por vezes ke ou k);
  • A constante de Boltzmann, kB (às vezes k).

Cada uma destas constantes pode ser associada a pelo menos uma teoria física fundamental: c com relatividade especial, G com relatividade geral e lei de Newton da gravitação universal, ħ com mecânica quântica, ε0 com electrostática, e kB com mecânica estatística e termodinâmica. As unidades de Planck são muito importantes para a física teórica, porque simplificam várias expressões algébricas recorrentes da lei física. São particularmente relevantes na investigação de teorias unificadas, tais como a gravidade quântica.

As unidades de Planck podem por vezes ser referidas pelos físicos como "unidades de Deus". Eliminam a arbitrariedade centrada no ser humano do sistema de unidades: alguns físicos argumentam que a comunicação com a inteligência extraterrestre teria de usar tal sistema de unidades para fazer referência comum à escala. Ao contrário do metro e segundo, que existem como unidades fundamentais no sistema SI por razões históricas (na história humana), o comprimento de Planck e o tempo de Planck estão conceptualmente ligados a um nível físico fundamental.

As unidades naturais ajudam os físicos a reenquadrar as questões. Frank Wilczek coloca isto de forma sucinta:

...Vemos que a questão [colocada] não é: "Porque é que a gravidade é tão fraca?" mas sim: "Porque é que a massa do protão é tão pequena?" Pois em Unidades Naturais (Planck), a força da gravidade é simplesmente o que é, uma quantidade primária, enquanto a massa do protão é o número minúsculo [1/(13 quintilhões)]...

- June 2001 Physics Today

A força da gravidade é simplesmente o que é e a força da força electromagnética é simplesmente o que é. A força electromagnética opera numa quantidade física (carga eléctrica) diferente da gravidade (massa), pelo que não pode ser comparada directamente com a gravidade. Notar que a gravidade é uma força extremamente fraca é, do ponto de vista das unidades Planck, como comparar maçãs e laranjas. É verdade que a força electrostática repulsiva entre dois prótons (só no espaço livre) excede em muito a força gravitacional atractiva entre os mesmos dois prótons, e isto porque a carga sobre os prótons é aproximadamente a unidade de carga Planck mas a massa dos prótons é muito, muito menor do que a massa Planck.

Perguntas e Respostas

P: O que são unidades Planck?


R: Unidades Planck são unidades físicas de medida desenvolvidas primeiramente pelo Max Planck, com base em quatro constantes físicas encontradas na natureza. Quando usadas para expressar qualquer uma dessas quatro constantes físicas, o valor é 1.

P: Em que se baseiam as quatro unidades básicas de Planck?


R: As quatro unidades básicas de Planck são baseadas apenas em quatro constantes físicas encontradas na natureza, que incluem a velocidade da luz em um vácuo (c), a constante gravitacional (G), a constante reduzida de Planck (ħ) e a constante de Boltzmann (kB).

P: Por que eles são chamados de unidades naturais?


R: Eles são chamados de unidades naturais porque vêm somente de propriedades da natureza e não de qualquer construção humana.

P: Como é que as unidades naturais ajudam os físicos?


R: As unidades naturais ajudam os físicos a simplificar várias expressões algébricas recorrentes da lei física e a reestruturar perguntas. Elas também eliminam do sistema de unidades a arbitrariedade centrada no ser humano.

P: Que teorias cada uma dessas constantes tem pelo menos uma teoria física fundamental associada a elas?


R: c tem relatividade especial associada a ela, G tem relatividade geral e a lei de Newton da gravitação universal associada a ela, ħ tem mecânica quântica associada a ela, ε0 tem eletrostática associada a ela, e kB tem mecânica estatística e termodinâmica associada a ela.

P: Por que as Unidades de Planck às vezes podem ser chamadas de "Unidades de Deus"?


R: Elas podem ser referidas como "Unidades de Deus" porque elas eliminam a arbitrariedade centralizada humana do sistema de unidades e alguns físicos argumentam que a comunicação com a inteligência extraterrestre teria que usar tal sistema de unidades para fazer referência comum à escala.

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