Что будет после Планковской длины в сторону её уменьшения?

Что вы знаете о Плаковской длине? Скорее всего, первое, что вы вспомните — меньше этой величины существовать не может. Но не кажется ли вам, что такие рассуждения очень сильно обобщают вопрос, очень сильно абстрагируются от реальности? Ведь в физике нет ничего абсолютного. И, может быть, есть что-то меньшего размера, чем длина Планка?

Да, ваши мысли верны, но прежде, чем дать прямой ответ на вопрос «а что же там», нужно изучить сопутствующую информацию. Этим мы и займёмся.

Пару слов про длину Планка

Планковская длина — это стандартная табличная величина, и вы все хорошо её знаете. Даже в школьном курсе, в самых разных табличках и задачках, вы встречаетесь с этим показателем. Чаще всего её описывают именно так — это та величина, меньше которой быть не может.

На самом деле правильно было бы говорить немного иначе. Планковская длина — это не та величина, меньше которой не существует. Это размер, меньше которого перестаёт работать наша физика. Или это тот размер, который мы при всём желании не сможем измерить. Это, согласитесь, немного разные постановки вопроса.

На самом деле меньше Планковской длины «что-то» существует, но по современным представлениям, если мы будем пытаться прорваться на уровень меньше Планковской длины, то что мы с вами сделаем? Правильно, отправимся в удивительное путешествие к центру чёрной дыры. Но откуда она тут?

Откуда идея чёрной дыры и измерений на уровне Планка?

Всё следует из физики, а лучше сказать из математики. Сама по себе Планковская длина — это тоже математический предел. Если следовать этой математике, то попытка измерить размеры, которые меньше длины Планка, потребуют огромной энергии.

Для того, чтобы любая длина была измерена, её нужно с чем-то её сопоставить. В обычной жизни мы возьмём линейку. В мире таких величин — мы будем использовать фотон. Логика измерения фотоном будет напоминать фотонные часы из мысленного эксперимента Эйнштейна или нечто, типа игры пинг-понг на ранних компьютерах. Фотон вылетает из точки А и летит в точку Б. Нам известна его скорость, известно время, остаётся пользоваться базовой физикой.

Парадокс в данном случае заключается в том, что если мы попытаемся использовать для этого фотон на квантовом уровне, то у фотона должна быть настолько высокая энергия, что само по себе его появление в пространстве будет подразумевать образование сингулярности. Это следует из логики эквивалентности энергии и массы, где фотон с огромной энергией может стать основой чёрной дыры, не по той причине, что он обладает массой, а из-за отсутствия различий на этом уровне.

Может быть, тогда просто не рассматривать фотон?

Проблема не в фотонах, а базовых свойствах нашей природы. Для того, чтобы узнать длину, измерение следует локализовать. Выбрать точки, если просто. Локализовать какое-то измерение в точке А, локализовать его в точке Б и померить разность того фактора, который мы используем для фактора измерений.

Это может быть фотон или любая другая частица, но суть-то в другом. Общая суть в том, что чем более низкий уровень нам нужно исследовать, тем больше энергии потребуется для локализации. По-другому это не работает. Поэтому любая частица, которую мы с вами попытаемся использовать для измерения, любой способ загнать что-то на такой уровень измерений, ни к чему новому не приведёт.

Этот эффект проявляется и в обычных измерениях. Вспомните проблему рассматривания атома в оптический микроскоп. Это невозможно из-за дифракционного предела. Если мы хотим взаимодействовать с этим атомом (не говорю слово «фотографировать»), то мы используем электронный микроскоп.

Переводя это наше действие на язык физики и вспоминая, что энергия системы связана с частотой используемой волны, мы по сути делаем только одно — увеличиваем энергию для получения результата. Пучки электронов обладают большей энергией, чем оптические лучи в простом микроскопе. Благодаря этому доступен новый уровень изучения. Атом можно обнаружить электронным микроскопом.

При попытке перейти на более глубокий уровень энергии нужно ещё больше. По сути это и есть продолжение предела Аббе. В первом случае мы увеличили энергию для увелечения частоты. И вне зависимости от способа исследования, каждый раз мы будем увеличивать энергию для поиска и это будет база.

В конечном итоге мы подойдём к той самой ситуации, что энергия окажется невероятно высокой и само её скопление в одной точке потенциально может раскрыть чёрную дыру. Это и будет ограничением.

Сугубо математически длина Планка так и была вычислена. Это было величиной, где радиус Шварцшильда (который определяет формирование чёрной дыры) станет равен минимальному размеру в пространстве.

Так что же, после этого размера ничего нет?

Факт того, что мы не можем что-то измерять на таких уровнях, не означает отсутствие там материи в некоторой непонятной форме. Там перестаёт работать наша физика, но не пропадает наука, которую мы пока не изучили.

Потому длина Планка — это скорее барьер для области знаний, а не для природы.

Множества представлений и гипотез описывают состояние пространства при таких размерах как квантовую пену Уиллера — набор обрывков сигнатур, точек для формирования чёрных дыр и много других неясных объектов. Есть предположение, что при таких размерах пропадает само пространство-время. Некоторые полагают, что пространство там квантуется и становится дискретным, а это отличает такое восприятие от привычного. В обычных случаях и любы практических задачах пространство для нас непрерывно.

Есть гипотезы, которые описывают такое состояние как набор новых измерений. Точка и нульмерные объекты по этой логике содержат скрытые измерения, которые просто недоступны нам в 3D. Это базовая логика теории струн.