Các cách chuẩn hóa khác Hệ thống đo lường Planck

Như đã nói ở trên, hệ đo lường Planck được suy ra bằng cách "chuẩn hóa" giá trị của một số hằng số phổ quát thành 1. Cách chuẩn hóa này không phải là duy nhất hay tốt nhất. Hơn nữa, việc chọn thừa số nào để chuẩn hóa trong số các hằng số trong vật lý không rõ ràng, và giá trị của hệ đo lường Planck phụ thuộc vào sự chọn lựa này.

Hệ số 4π rất phổ biến trong vật lý lý thuyết vì diện tích bề mặt của một mặt cầu với bán kính r là 4πr2. Điều này, cùng với khái niệm của thông lượng, là cơ sở của định luật nghịch đảo bình phương, định luật Gauss, và toán tử div cho mật độ thông lượng. Ví dụ, trường hấp dẫnđiện trường tạo bởi điện tích điểm có tính đổi xứng hình cầu.[46] Ví dụ, hệ số 4πr2 xuất hiện trong mẫu số của định luật Coulomb trong đơn vị Lorentz–Heaviside, là do thông lượng của điện trường được phân phối đều khắp bầ mặt của hình cầu. Tương tự với định luật hấp dẫn của Newton. (Nếu không gian có nhiều hơn ba chiều, hệ số 4π sẽ phải được chỉnh sửa theo hình học của mặt cầu trong không gian nhiều chiều.)

Do đó một số nhà vật lý sau Planck đề xuất không chuẩn hóa G mà là 4πG (hoặc 8πG hay 16πG) thành 1. Làm thế sẽ tạo ra hệ số 1/4π (hoặc 1/8π hay 1/16π) trong phương trình của định luật vạn vật hấp dẫn, tương đồng với định luật Coulomb viết theo độ điện thẩm chân không. Khi việc này được áp dụng cho hằng số điện từ ε0, hệ đơn vị này được gọi là hệ đo lường Lorentz–Heaviside dạng hợp lý hóa. Khi áp dụng cho cả đơn vị Planck và hằng số hấp dẫn, người ta gọi đó là hệ đo lường Planck hợp lý hóa[47] và được dùng trong vật lý hạt.[48]

Nói cách khác, hệ đo lường Planck hợp lý hóa được định nghĩa sao cho c = 4 π G = ℏ = ε 0 = k B = 1 {\displaystyle c=4\pi G=\hbar =\varepsilon _{0}=k_{\text{B}}=1} .

Lực hấp dẫn

Năm 1899, định luật vạn vật hấp dẫn của Newton vẫn được coi là chính xác, khi mà thuyết tương đối rộng vẫn chưa ra đời. Do đó Planck chuẩn hóa hằng số hấp dẫn G trong định luật của Newton thành 1. Trong những lý thuyết sau đó, G hầu như luôn xuất hiện trong công thức cùng hệ số 4π hoặc một hệ số nguyên nào khác. Do đó, một số đề xuất cho rằng nên chuẩn hóa 4πG thay vì chỉ G.

Chuẩn hóa 4πG thành 1:

Chuẩn hóa 8πG = 1 sẽ loại bỏ 8πG khỏi phương trình trường Einstein, tác động Einstein–Hilbert, và phương trình Friedmann, cho lực hấp dẫn. Hệ đơn vị Planck sửa đổi sao cho 8πG = 1 được gọi là hệ đo lường Planck thu gọn, do khối lượng Planck được chia cho √8π. Ngoài ra, công thức Bekenstein–Hawking cho entropy của lỗ đen trở thành S = m2/2 = 2πA.

Chuẩn hóa 16πG = 1 sẽ loại bỏ hằng số c4/16πG khỏi tác động Einstein–Hilbert. Phương trình trường Einstein dạng sử dụng hằng số vũ trụ Λ trở thành Rμν + Λgμν = 1/2(Rgμν + Tμν).

Lực điện từ

Hệ đơn vị Planck chuẩn hóa hằng số Coulomb ke = 1/4πε0 thành 1 (giống hệ đo lường CGS). Điều này khiến cho đơn vị Planck cho trở kháng, ZP bằng Z0/4π, trong đó Z0 là trở kháng đặc trưng của chân không.Chuẩn hóa độ điện thẩm chân không ε0 thành 1:

Nhiệt độ

Planck chuẩn hóa hằng số Boltzmann kB thành 1.

Chuẩn hóa 1/2kB thành 1:

  • Loại bỏ hệ số 1/2 trong dạng không thứ nguyên của phương trình nhiệt năng trên hạt trên bậc tự do.
  • Không ảnh hưởng gì đến các đơn vị Planck cơ bản hay suy ra trong Bảng 3 và 4

Tài liệu tham khảo

WikiPedia: Hệ thống đo lường Planck http://www.phys.unsw.edu.au/einsteinlight/jw/modul... http://einsteinsintuition.com/what-is-qst/constant... http://www.ptep-online.com/complete/PiP-2007-04.pd... http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/relativ... http://adsabs.harvard.edu/abs/1938RSPSA.165..199D http://adsabs.harvard.edu/abs/1980SSRv...27..109W http://adsabs.harvard.edu/abs/1983PhRvL..51...87S http://adsabs.harvard.edu/abs/2001PhRvL..87i1301W http://adsabs.harvard.edu/abs/2001PhT....54f..12W http://adsabs.harvard.edu/abs/2002JHEP...03..023D