プランク単位系
プランク単位とは、物理的な測定単位のことです。これらの単位の体系は、マックス・プランクによって最初に開発されました。基本となる5つのプランク単位の定義は、自然界に見られる5つの物理定数のみに基づいています。これら5つの物理定数のいずれかを表現するためにプランク単位を使用する場合、値は1となります。 これにより、物理学者は物理法則に関する多くの方程式を簡略化することができます。プランクは1899年にこれらの単位を提案しました。それらの定義の起源は自然界の性質のみから来ており、人間が構築したものではないため、自然単位としても知られています。プランクの単位は、他のシステムの中で自然単位の1つのシステムに過ぎません。これらの単位は、任意に選択された原型物体や粒子の性質に基づいているのではなく、自由空間の性質のみに基づいているため、ユニークなものと考えられています。プランク単位が定義上、1に正規化される定数は
- 重力定数、G。
- 還元プランク定数、ħ.
- 真空中の光の速さ、c.
- クーロン定数 1 4 π ε 0 {\displaystyle ﾃｸｽﾄstyle {\frac {1}{4}pi varvarepepsilon _{0}}}}
(ケやケの場合もある)。 - ボルツマン定数、kB（時にはk）。
これらの定数のそれぞれは、少なくとも1つの基本的な物理理論と関連付けることができます：cは特殊相対性理論、Gは一般相対性理論とニュートンの万有引力の法則、ħは量子力学、ε0は静電学、kBは統計力学と熱力学です。プランク単位は、物理法則のいくつかの反復的な代数式を単純化するので、理論物理学にとって非常に重要です。量子重力のような統一理論の研究に特に関連しています。
プランクの単位は、物理学者によって「神の単位」と半笑い的に呼ばれることがあります。彼らは、単位系から人間中心の恣意性を排除します：一部の物理学者は、地球外の知性とのコミュニケーションは、スケールに共通の参照を行うために、そのような単位系を使用しなければならないと主張しています。歴史的な理由で（人類の歴史の中で）SIシステムの基本的な単位として存在するメートルと秒とは異なり、プランク長とプランク時間は基本的な物理的レベルで概念的にリンクしています。
自然単位は物理学者が疑問を再定義するのに役立ちます。フランク・ウィルゼックはこれを簡潔に述べています。
...我々は、質問[提起された]は、"なぜ重力は弱いのか？"ではなく、むしろ、"なぜ陽子の質量は小さいのか？"であることを見ている。自然(プランク)単位では，重力の強さは単にそれが何であるか，一次的な量であるのに対し，陽子の質量は小さな数[1/(13 quintillion)]であるからである...
-物理学の日」のページをご覧ください。
重力の強さは単純にあるものであり、電磁力の強さは単純にあるものです。電磁力は重力（質量）とは異なる物理量（電荷）で作用するので、重力と直接比較することはできません。重力が非常に弱い力であることを指摘するのは、プランク単位から見れば、リンゴとオレンジを比べるようなものです。確かに、（自由空間内で単独で）2個の陽子の間の静電反発力は、同じ2個の陽子の間の引力を大きく上回っていますが、それは陽子にかかる電荷がほぼプランク単位の電荷であるにもかかわらず、陽子の質量がプランクの質量よりもはるかに小さいからです。
質問と回答
Q:プランク単位とは何ですか?
A:プランク単位とは、マックス・プランクが自然界に存在する4つの物理定数に基づいて初めて開発した物理的な測定単位です。これら4つの物理定数のいずれかを表現するために使用される場合、その値は1になります。
Q: 4つの基本的なプランク単位は何に基づいているのですか?
A: 4つの基本プランク単位は、真空中の光速（c）、重力定数（G）、縮小プランク定数（ħ）、ボルツマン定数（kB）という自然界に存在する4つの物理定数のみをベースとしています。
Q:なぜ自然単位と呼ばれるのですか?
A:自然界に存在する性質に由来するものであり、人間が作り出したものではないからです。
Q: 自然単位は物理学者にどのように役立っていますか?
A: 自然単位は、物理法則の代数的な表現を簡略化し、疑問を解決するのに役立ちます。また、単位系から人間中心の恣意性を排除することができます。
Q: これらの定数には、それぞれ少なくとも1つの基本的な物理理論が関連付けられていますが、どのような理論ですか?
A: cは特殊相対性理論、Gは一般相対性理論とニュートンの万有引力の法則、ħは量子力学、ε0は静電気学、kBは統計力学と熱力学が関連付けられています。
Q:プランク単位が「神の単位」と半ばユーモラスに呼ばれることがあるのはなぜか?
A: 「神の単位」と呼ばれることがあるのは、単位系から人間中心の恣意性を排除するためであり、地球外知的生命体とのコミュニケーションには、このような単位系を用いなければ、共通の尺度を参照できないと主張する物理学者がいるからです。
