2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2
 
 Re: Планковский размер
Сообщение25.12.2013, 22:39 
Заслуженный участник


25/12/11
749
Munin
Думаю того сравнения все-таки достаточно для того, чтобы почувствовать утверждение "Планковская длина офигеть какая маленькая" :mrgreen:
Munin в сообщении #806174 писал(а):
На PDGlive в разделе search for fermion compositeness даны оценки. Они как раз этого порядка, и что печально, несколько десятилетий не меняются. Были получены на LEP, кажется. Может, LHC их продвинет чуть-чуть, когда выйдет на полную энергию.

Ну все дело-то в том, что LEP электрон-позитронный был, а в LHC протоны сталкивают...

Munin в сообщении #806182 писал(а):
если не считать бран.

А без бран сейчас она и не обходится. Но название чаще всего используют старое.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение25.12.2013, 22:45 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
70002
Шкалы размеров "вглубь":

В промежутке от обычных размеров (человек - 1 метр) до атомов (1 ангстрем - 1e-10 метра) ориентиров мало. Часто приводят всяких дафний и бактерий, но тут всё расплывчато, потому что сами микроорганизмы сильно отличаются по размерам - не меньше, чем мыши от китов. Но можно прикинуть так:
1 мм - это мы и увидеть можем, каждый знаком со школьной линейкой.
0,1 мм - это толщина листа бумаги.
1 мкм (0,001 мм) - это типичные размеры транзисторов на микросхемах лет 20 назад (а в России - и посейчас). Примерно такого же порядка - длина волны видимого света (0,4 - 0,7 мкм). Это мы спустились уже до 1e-6 метра.
1 Å (ангстрем) = 1e-10 метра - это ещё в 10 000 раз меньше. Это типичные размеры атомов. Одни атомы побольше, другие поменьше, но все одного порядка, на всю таблицу Менделеева.
1 фм (фемтометр, старое название ферми) = 1e-15 метра - это типичные размеры атомного ядра и протона или нейтрона. Объёмы ядер пропорциональны количеству протонов и нейтронов в них, то есть нуклоны ведут себя просто как шарики :-) Но даже самые большие ядра - не более чем в 10 раз шире одного нуклона.
1e-18 метра - радиус слабого взаимодействия. Можно считать, что на этом масштабе каждый кварк и электрон "одевается шубой" виртуальных $W,Z$-бозонов, электронов, кварков и нейтрино. Да, да, и нейтрино. На таких масштабах и нейтрино становятся достаточно сильно взаимодействующими.

Всё, глубже современная наука не проникла. Доходят до 1e-20 метра, чтобы только выяснить, что на этом уровне ничего нового нет.

До 1e-35 метра ещё целых 15 порядков. Возможно, это "пустыня" - ничего нового.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение25.12.2013, 22:48 


24/12/13
11
Munin в сообщении #806186 писал(а):
И с этими пунктами у всех упомянутых теорий полный швах.


То есть про эти масштабы ничего не известно.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение25.12.2013, 22:49 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
70002
fizeg в сообщении #806192 писал(а):
Ну все дело-то в том, что LEP электрон-позитронный был, а в LHC протоны сталкивают...

Почитайте указанный раздел - там ограничения на лептоны чуть лучше, чем на кварки. Я думаю, дело в том, что при таких столкновениях лептоны и кварки с одинаковой частотой лезут, ведь виртуальному фотону или $W$-бозону всё равно на что распадаться. Но может быть, там результаты не только с LEP, но и, скажем, с SPS (SppS). Всё равно, старые, но непревзойдённые результаты.

fizeg в сообщении #806192 писал(а):
А без бран сейчас она и не обходится.

Не знал.

-- 25.12.2013 23:50:58 --

alina-nikonenko в сообщении #806200 писал(а):
То есть про эти масштабы ничего не известно.

Ну да. Но зато нам очень многое известно о том, как и почему нам ничего не известно :-) И даже, что могло бы быть известно, если бы могло бы быть известно :-)

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение25.12.2013, 22:54 


24/12/13
11
Munin в сообщении #806198 писал(а):
Возможно, это "пустыня" - ничего нового.

То есть и такое возможно?

-- 25.12.2013, 23:56 --

Munin в сообщении #806201 писал(а):
И даже, что могло бы быть известно, если бы могло бы быть известно :-)


Вот это очень интересно. Если Вас не затруднит, конечно. :wink:

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение25.12.2013, 23:06 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


27/04/09
25035
Уфа
alina-nikonenko в сообщении #806203 писал(а):
То есть и такое возможно?
Ну не обязательно же в природе должны быть длинные цепочки короткодействующих взаимодействий, начинающих играть роль на всё более мелких порядках расстояния. :-) И четыре в некотором смысле — много.

Хотя я лучше продолжу читать.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение25.12.2013, 23:29 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
70002
Шкалы размеров "вверх":

Ну, что такое километр (1e3 метров), мы все себе хорошо представляем. Километр можно увидеть на ровной дороге - он ближе горизонта (около 5 км). Диаметр Москвы - 30 км.

Следующая ступенька, хоть и всего в 30 раз больше, уже видна на карте. 1000 км (1e6 метров) - это примерно длина Италии ("сапога").

Ещё в 40 раз больше - окружность Земного шара, а диаметр Земли - 12 тыс. км.

Увеличивая масштаб ещё в 100 раз, мы приходим к диаметру Солнца - 1,4 млн км. Это масштабы 1e9 метров.

Угловой диаметр Солнца при взгляде с Земли - половина углового градуса, то есть около одной сотой радиана. Отсюда моментально получается довольно точная оценка астрономической единицы - 100 диаметров Солнца. Так и есть.
1 а. е. = 150 млн км, то есть мы дошли до порядка 1e11 метров. Дальше удобно будет всё мерять в а. е.

Диаметр орбиты Нептуна - 40 а. е. Дальше начинается Пояс Койпера, порядка 100 а. е. (он размытый). Самые дальние афелии орбит обнаруженных астрономами объектов Солнечной системы - на расстояниях порядка 1000 а. е. (Седна и кометы). Считается, что там уже расположена внутренняя граница Облака Оорта.

На расстояниях 50 - 125 тыс. а. е. заканчивается Облако Оорта, и заканчивается сфера притяжения Солнца (по сравнению с соседними звёздами и общегалактической гравитацией). Ближайшая звезда - около 250 тыс. а. е. = 4 св. года = 1 с мелочью парсек (пк). Дальше всё удобно мерять в световых годах или парсеках. В астрономии используется то одно, то другое, я всё сведу к световым годам. 1 св. год = 1e16 метров.

Как видите, мы поднялись едва на те же 15 порядков, но здесь шкала гораздо насыщеннее. Дальше тоже будет много ступеней, поэтому сделаю перерыв.

-- 26.12.2013 00:34:48 --

alina-nikonenko в сообщении #806203 писал(а):
То есть и такое возможно?

Да, и такое возможно. И это очень пугает физиков элементарных частиц - они останутся без работы :-) Все силы ускорителя LHC и ряда других экспериментов брошены на то, чтобы найти "новую физику", которая - если она действительно есть - будет там вместо "пустыни". Ищут малейшие неточности и несовпадения в разных параметрах.

В конце 19 века ситуация, анекдотичным образом, выглядела наоборот: физики были удовлетворены завершённостью классической физики, а "облачка на горизонте" их раздражали. Известно, что всего через несколько десятилетий они обернулись квантовой физикой и специальной теорией относительности, величайшими открытиями и направлениями прогресса.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение25.12.2013, 23:35 


24/12/13
11
Munin в сообщении #806218 писал(а):
Как видите, мы поднялись едва на те же 15 порядков, но здесь шкала гораздо насыщеннее. Дальше тоже будет много ступеней, поэтому сделаю перерыв.


Наглядно. Но если взять 1 метр и посмотреть число порядков "вниз" и "вверх", то число порядков "вверх" до граница наблюдаемой вселенной будет меньше, чем число порядков "вниз"-до планковского размера.

Вот говорят, что на этих масштабах может существовать некая "квантовая пена", состоящая из постоянно рождающихся и исчезающих виртуальных частиц. А что, эти частицы не больше планковских размеров?

И еще: каков размер у фотона?

-- 26.12.2013, 00:38 --

Munin в сообщении #806218 писал(а):
Да, и такое возможно. И это очень пугает физиков элементарных частиц - они останутся без работы :-) Все силы ускорителя LHC и ряда других экспериментов брошены на то, чтобы найти "новую физику", которая - если она действительно есть - будет там вместо "пустыни". Ищут малейшие неточности и несовпадения в разных параметрах.


Но если там ничего нет, то как вдруг на некоем масштабе появились элементарные частицы? Ведь у них тоже должна быть структура, основа и т.д.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение26.12.2013, 00:13 
Заслуженный участник


27/07/12
1405
САФУ Архангельск
Цитата:
Но если там ничего нет, то как вдруг на некоем масштабе появились элементарные частицы? Ведь у них тоже должна быть структура, основа и т.д.


а что, конца у них где-то быть не может? и даже структура тех же нуклонов - те же три кварка и глюоны их склеивающие - это не та структура, что у кирпича. кирпич состоит из молекул, его можно раздробить. А нуклоны содержат в своем составе кварки, но их не вытащить. собственно, я бы и слова структура тут применять не стал.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение26.12.2013, 00:59 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
70002
alina-nikonenko в сообщении #806219 писал(а):
Вот говорят, что на этих масштабах может существовать некая "квантовая пена", состоящая из постоянно рождающихся и исчезающих виртуальных частиц. А что, эти частицы не больше планковских размеров?

По квантовой теории поля - частицы точечные. То есть вообще размер 0. Это не считая "шубы", которая, конечно, у всех частиц есть, но в обсуждаемом смысле размером частицы не считается (кроме названного размера нуклона, который не является истинно элементарной частицей, а внутри него сидят несколько кварков, и глюонами поигрывают).

Но квантовая теория поля - теория, которая хорошо работает на тех масштабах, которые мы "прощупали" в экспериментах. Что дальше будет - неизвестно. Один из вариантов - теория струн. И по теории струнк, каждая частица - это такая короткая линия. Или петелька. Или даже пузырёк. И вот размеры этой линии-петельки оказываются как раз того же порядка, что и размеры "пузырей квантовой пены".

Что касается того, что мы надёжно знаем, то мы надёжно знаем верхние границы размеров частиц. Мы не можем экспериментом определить, точечная частица или не точечная - мы можем только измерить её, и сказать, что она, скажем, меньше 0,01 аттометра. А ещё точнее измерить мы не можем - точности наших инструментов не хватает. К нулю наши линейки вплотную не подходят. Такие экспериментальные верхние границы на все известные истинно элементарные (иначе говорят, фундаментальные) частицы одинаковы: и на электроны, и на фотоны, и на кварки. И все они около 0,01 аттометра - 1e-20 метра.

Отдельно надо сказать про "квантовую пену, состоящую из постоянно рождающихся и исчезающих виртуальных частиц". Дело в том, что здесь смешаны две вещи. Постоянно рождающиеся и исчезающие виртуальные частицы - это обыкновенный физический вакуум. Он давно и хорошо исследован, он виден уже на масштабах меньше атома, но больше атомного ядра: на масштабах порядка "классического радиуса электрона" (это традиционное название ещё более неудачное и бессмысленное, чем "скорость света", но общепринято) - 2,8 фм. Измерение первого эффекта, связанного с физическим вакуумом, было сделано в 1947 году - это эффект Лэмба, сверхтонкое расщепление спектральных уровней в атоме водорода. Часто про такой процесс рождающихся и исчезающих виртуальных частиц говорят как про "квантовый суп", особенно когда он "подогрет" и более интенсивен - например, на начальных стадиях Большого Взрыва.

А "квантовая пена" - это нечто на совсем другом уровне. В этом понятии подразумевается, что постоянно рождаются и уничтожаются виртуальные флуктуации пространства-времени (или, если хотите, гравитоны - частицы гравитационного взаимодействия). Вот в этом случае само пространство-время становится не ровным, а изрытым "пузырями", "ручками", виртуальными чёрными дырами и тому подобными неоднородностями, которые и получили название "квантовой пены". В другом понимании этого слова, пространство-время оказывается не непрерывным, как вода, а состоящим из "стенок между пузырьками пены", которая только с более крупных масштабов выглядит непрерывной.

alina-nikonenko в сообщении #806219 писал(а):
И еще: каков размер у фотона?

Заодно ответил выше и на этот вопрос.

alina-nikonenko в сообщении #806219 писал(а):
Но если там ничего нет, то как вдруг на некоем масштабе появились элементарные частицы? Ведь у них тоже должна быть структура, основа и т.д.

Нет, "структура, основа" - это предрассудки. Увы, очень распространённые. Но ненаучные. Структура элементарной частицы - это просто точка. И появилась она не на каком-то масштабе - а существует на всех масштабах до самого нуля.

По крайней мере, именно такое рассмотрение элементарной частицы как точки - полностью подтверждено экспериментами, и встречает меньше всего трудностей при теоретическом рассмотрении. Попытки избавиться от некоторых трудностей ведут в болото трудностей большего размера, пока что. И все эти попытки - чистые домыслы, с экспериментами никак не связанные.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение26.12.2013, 02:36 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
70002
Шкалы размеров "вверх", часть 2:

Итак, мы вышли за пределы Солнечной системы, и добрались до ближайших звёзд, уже дважды сменив единицу измерения длины. Дальше менять не будем.

Ближайшие звёзды, как я уже говорил, на расстоянии около 4 св. лет. Примерно такого порядка плотность звёзд во всём ближайшем окружении. Куда движутся звёзды - это более-менее известно, но о газовой составляющей межзвёздных окрестностей Солнца известно очень мало. Поэтому, без особо интересных структур, перейдём к

Диску Галактики (Milky Way). Солнце находится в глубине толщи диска, на неизвестном, но довольно небольшом расстоянии от его средней плоскости. Толщина диска Галактики (в районе Солнца) - около 1 тыс. св. лет = 1e19 метров. Примерно того же порядка ширина нашего рукава Галактики - рукава Ориона (Orion arm) - 3,5 тыс. св. лет. Длина же этого рукава (не главного в Галактике, а ответвляющегося от другого рукава) - порядка 10 тыс. св. лет = 1e20 метров.

Расстояние от Солнца до центра Галактики - около 27 тыс. св. лет. Диаметр же диска Галактики известен плохо, несколько раз переоценивался (оценки росли), и сейчас считается около 100 тыс. св. лет = 1e21 метров.
    Надо понимать, что все эти указанные размеры: толщина и диаметр диска Галактики, как и другие последующие - имеют смысл "характерных размеров". Реально Галактика не имеет чётких границ, а образует размытое распределение плотности звёзд, спадающее по краям, и речь идёт об оценке ширины этого распределения.

Пропуская всякую мелочёвку, перейдём к нашему ближайшему крупному соседу - галактике Андромеды (M31). Она на небе крупнее Солнца (3°), и имея размеры порядка нашей Галактики, находится от нас примерно на 2,5 млн св. лет - это порядок расстояний 1e22 метров. Вместа наша Галактика и Андромеда (плюс Треугольник M33 и мелочёвка) образуют Местную Группу (Local Group), в целом охватывая около 10 млн св. лет = 1e23 метров.

На расстоянии около 50-65 млн св. лет от нас лежит Скопление Девы (Virgo Cluster), размером тоже порядка 8-10 млн св. лет, и все вместе (Местная Группа, Скопление Девы и ещё порядка 100 групп и скоплений) они образуют Сверхскопление Девы (Virgo Supercluster). Диаметр его оценивается в 110 млн св. лет - мы вышли ещё на порядок выше, до 1e24 метров.

Дальше вокруг ещё много интересных окрестностей: Великий Аттрактор (Great Attractor), Великая Стена (Great Wall), Южная Стена (Southern Wall) - замечательно описанных в http://irfu.cea.fr/cosmography Cosmography of the Local Universe. Эта картинка охватывает 600 млн св. лет.

За её пределами ещё более крупные структуры, о которых, однако, надо знать, что все они выделяются всё слабее и слабее на фоне равномерного распределения скоплений и сверхскоплений в пространстве. Это, например:
Комплекс сверхскоплений Рыб - Кита (Pisces-Cetus Supercluster Complex) - 1 млрд св. лет в длину
Слоановская Великая Стена (Sloan Great Wall) - 1,3 млрд св. лет в длину
Huge-LQG (гигантская группа квазаров) - 4 млрд св. лет в поперечнике
Великая Стена Геркулес - Северная Корона - 10 млрд св. лет в длину

И наконец, вся наблюдаемая Вселенная имеет диаметр 93 млрд св. лет.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение26.12.2013, 14:06 
Заблокирован
Аватара пользователя


08/03/07

410
Munin в сообщении #806265 писал(а):
И наконец, вся наблюдаемая Вселенная имеет диаметр 93 млрд св. лет.

А разве не 13,7 млрд св. лет?

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение26.12.2013, 14:11 


14/12/13
18
aklimets в сообщении #806380 писал(а):
Munin в сообщении #806265 писал(а):
И наконец, вся наблюдаемая Вселенная имеет диаметр 93 млрд св. лет.

А разве не 13,7 млрд св. лет?


13,7 млрд св. лет - это расстояние до самых далеких галактик в тот момент, когда они излучили свет, который к нам пришел. Но с того момента вселенная успела расшириться во много раз.

 Профиль  
                  
 
 Re: Планковский размер
Сообщение26.12.2013, 15:05 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
70002
aklimets в сообщении #806380 писал(а):
А разве не 13,7 млрд св. лет?

Нет, это возраст.

http://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe#Misconceptions
http://www.astronet.ru/db/msg/1194831

-- 26.12.2013 16:06:31 --

spherical cow в сообщении #806382 писал(а):
13,7 млрд св. лет - это расстояние до самых далеких галактик в тот момент, когда они излучили свет, который к нам пришел.

Это тоже неверно. На самом деле, когда они излучали свет, они были ближе 13,7 млрд св. лет. Более того, излучённый ими свет некоторое время удалялся от нас, и только потом начал приближаться. См. по второй ссылке.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 29 ]  На страницу Пред.  1, 2

Модераторы: Jnrty, whiterussian, profrotter, Парджеттер, Eule_A, Pphantom, photon, Aer, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group