Tiempo de Planck

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El tiempo de Planck o cronón (término acuñado en 1926 por Robert Lévi) es una unidad de tiempo, considerada como el intervalo temporal más pequeño que puede ser medido.[1]​ Se denota mediante el símbolo tP. En cosmología, el tiempo de Planck representa el instante de tiempo más pequeño en el que las leyes de la física podrían ser utilizadas para estudiar la naturaleza y evolución del Universo. Se determina como combinación de otras constantes físicas en la forma siguiente:

Símbolo Nombre Valor Unidad
Tiempo de Planck 5.39106(32)E-44 s
Constante de Planck reducida 1.054571817E-34 J s
Constante de gravitación universal 6.674E-11 N m2 / kg2
Velocidad de la luz en el vacío 299792458 m / s

Los números entre paréntesis muestran la desviación estándar.

Historia y definición[editar]

El concepto de unidades naturales fue introducido en 1874, cuando George Johnstone Stoney, observando que la carga eléctrica está cuantizada, derivó unidades de longitud, tiempo y masa, ahora llamadas unidades Stoney en su honor. Stoney eligió sus unidades para que G, c, y la carga del electrón e fueran numéricamente iguales a 1.[2]​ En 1899, un año antes de la llegada de la teoría cuántica, Max Planck introdujo lo que más tarde se conocería como la constante de Planck. [3][4]​ Al final del artículo, propuso las unidades básicas que más tarde fueron nombradas en su honor. Las unidades de Planck se basan en el cuanto de acción, ahora conocido habitualmente como la constante de Planck, que apareció en la aproximación de Wien para la radiación del cuerpo negro. Planck subrayó la universalidad del nuevo sistema de unidades, escribiendo:

... die Möglichkeit gegeben ist, Einheiten für Länge, Masse, Zeit und Temperatur aufzustellen, welche, unabhängig von speciellen Körpern oder Substanzen, ihre Bedeutung für alle Zeiten und für alle, auch außerirdische und außermenschliche Culturen notwendig behalten behalten und welche daher als "natürliche Maßeinheiten" bezeichnet werden können.

... es posible establecer unidades para la longitud, la masa, el tiempo y la temperatura, que son independientes de cuerpos o sustancias especiales, conservando necesariamente su significado para todos los tiempos y para todas las civilizaciones, incluidas las extraterrestres y las no humanas, que pueden denominarse "unidades de medida naturales".

Planck consideró únicamente las unidades basadas en las constantes universales , , , y para llegar a las unidades naturales de longitud, tiempo, masa, y temperatura. [4]​ Sus definiciones difieren de las modernas en un factor de , porque las definiciones modernas utilizan en lugar de .[3][4]

Tabla 1: Valores modernos para la elección original de Planck de cantidades
Nombre Dimensión Expresión Valor (SI unidades)
Longitud Planck longitud (L) 1.616255(18)×10−35 m
Masa de Planck masa (M) 2.176434(24)×10−8 kg
Tiempo de Planck tiempo (T) 5.391247(60)×10−44 s
Temperatura de Planck temperatura (Θ) 1.416784(16)×1032 K

A diferencia de lo que ocurre con el Sistema Internacional de Unidades, no existe una entidad oficial que establezca una definición de sistema de unidades Planck. Algunos autores definen como unidades base de Planck las de masa, longitud y tiempo, considerando redundante una unidad adicional para la temperatura.( Por ejemplo, tanto Frank Wilczek como Barton Zwiebach lo hacen,[5][6]: 54 , al igual que el libro de texto Gravitation. [7]: 1215 ) Otras tabulaciones añaden, además de una unidad para la temperatura, una unidad para la carga eléctrica, de modo que la permitividad del vacío también se normaliza a 1.[8][9]​ Algunas de estas tabulaciones también sustituyen la masa por la energía al hacerlo.[10]​ Dependiendo de la elección del autor, esta unidad de carga viene dada por

o

La carga de Planck, y otras unidades electromagnéticas que se pueden definir tales como la resistencia y el flujo magnético, son más difíciles de interpretar que las unidades originales de Planck y son usadas con menos frecuentemente.[11]

En unidades SI, los valores de c, h, e y kB son exactos y los valores de ε0 y G en unidades SI respectivamente tienen incertidumbres relativas de 1.5×10−10 y 2.2×10−5. Por lo tanto, las incertidumbres en los valores SI de las unidades de Planck se derivan casi por completo de la incertidumbre en el valor SI de G.

Características[editar]

El tiempo de Planck representa el tiempo que tarda un fotón viajando a la velocidad de la luz en atravesar una distancia igual a la longitud de Planck. Desde la perspectiva de la mecánica cuántica, se ha considerado tradicionalmente que el tiempo de Planck representa la unidad mínima que podría medirse en principio; es decir, que no sería posible medir ni discernir ninguna diferencia entre el universo en un instante específico de tiempo y en cualquier instante separado por menos de 1 tiempo de Planck. No obstante, las imágenes de campo profundo tomadas por el telescopio espacial Hubble en 2003 han arrojado dudas sobre esta teoría. La predicción era que las imágenes de objetos situados a muy largas distancias deberían ser borrosas. Esto se debería a que la estructura discontinua del espacio-tiempo a la escala de Planck distorsionaría la trayectoria de los fotones, del mismo modo que la atmósfera terrestre distorsiona las imágenes de los objetos situados fuera de ella. No obstante, dichas imágenes son más nítidas de lo esperado, lo que ha sido interpretado como una indicación de que el tiempo de Planck no es el intervalo más corto del universo.[12][13]

La edad estimada del universo (4,3 × 1017 s) es aproximadamente 8,1 × 1060 tiempos de Planck. En el tiempo de Planck, la luz en el vacío recorre aproximadamente 1,62 ×10-35 m.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. «Planck Time». COSMOS - The SAO Encyclopedia of Astronomy › P (en inglés). Consultado el 16 de octubre de 2011. 
  2. Barrow, J. D. (1 de marzo de 1983). «Unidades naturales antes de Planck». Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 24: 24. Bibcode:24B 1983QJRAS..24... 24B. ISSN 0035-8738. Archivado desde el original el 20 January 2022. Consultado el 16 April 2022. 
  3. a b Planck, Max (1899). «Über irreversible Strahlungsvorgänge». Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin (en alemán) 5: 440-480. Archivado desde el original el 17 November 2020. Consultado el 23 de mayo de 2020.  pp. 478-80 contienen la primera aparición de las unidades base de Planck, y de la constante de Planck, que Planck denotó por b. a y f en este trabajo corresponden a la k y G en este artículo.
  4. a b c Tomilin, K. A. (1999). Sistemas Naturales de Unidades. Por el Centenario del Sistema Planck. Actas del XXII Taller de Física de Altas Energías y Teoría de Campos. pp. 287-296. Archivado desde el original el 12 de diciembre de 2020. Consultado el 31 de diciembre de 2019. 
  5. Wilczek, Frank (2005). «Sobre las unidades absolutas, I: Opciones». En American Institute of Physics, ed. Physics Today 58 (10): 12-13. Bibcode:2005PhT....58j..12W. doi:10.1063/1.2138392. 
  6. Zwiebach, Barton (2004). Un primer curso de teoría de cuerdas. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-83143-7. OCLC 58568857. 
  7. Error en la cita: Etiqueta <ref> no válida; no se ha definido el contenido de las referencias llamadas Gravitation
  8. Pavšic, Matej (2001). El panorama de la física teórica: A Global View. Fundamental Theories of Physics 119. Dordrecht: Kluwer Academic. pp. 347-352. ISBN 978-0-7923-7006-2. arXiv:gr-qc/0610061. doi:10.1007/0-306-47136-1. Archivado desde el original el 5 September 2021. Consultado el 31 December 2019. 
  9. Deza, Michel Marie; Deza, Elena (2016). Enciclopedia de las distancias. Springer. p. 602. ISBN 978-3662528433. Archivado desde el original el 6 de marzo de 2021. Consultado el 9 de septiembre de 2020. 
  10. Zeidler, Eberhard (2006). Teoría cuántica de campos I: Fundamentos en matemáticas y física.. Springer. p. 953. ISBN 978-3540347620. Archivado desde el original el 19 de junio de 2020. Consultado el 31 de mayo de 2020. 
  11. Elert, Glenn. «Blackbody Radiation». The Physics Hypertextbook. Archivado desde el original el 3 March 2021. Consultado el 22 de febrero de 2021. 
  12. Lieu, Richard; Hillman, Lloyd W. (10 de marzo de 2003). «The Phase Coherence of Light from Extragalactic Sources: Direct Evidence against First-Order Planck-Scale Fluctuations in Time and Space». The Astrophysical Journal 585: L77–L80. doi:10.1086/374350. Consultado el 30 de mayo de 2008. 
  13. Ng, Y. Jack; Christiansen, W. A.; van Dam H. (10 de julio de 2003). «Probing Planck-Scale Physics with Extragalactic Sources?». The Astrophysical Journal Letters (The American Astronomical Society) 591: L87–L89. doi:10.1086/377121. Consultado el 30 de mayo de 2008. 

Enlaces externos[editar]