普朗克长度、普朗克时间和普朗克质量是物理学中与量子引力相关的基本单位,它们的定义基于自然常数(如光速、引力常数和普朗克常数)的组合。以下是通俗简明的推导逻辑:
结合引力效应(史瓦西半径公式 $R_s = frac{2Gm}{c^2}$)和量子效应(康普顿波长 $lambda = frac{h}{mc}$)。
当史瓦西半径与康普顿波长相等时,即 $R_s sim lambda$,此时粒子的量子效应和引力效应达到平衡。
联立方程消去质量 $m$,得到普朗克长度公式:$$L_p = sqrt{frac{Ghbar}{c^3}} approx 1.6 times 10^{-35} text{米}$$其中 $G$ 是引力常数,$hbar$ 是约化普朗克常数,$c$ 是光速。

测不准原理:粒子的位置不确定性 $Delta x$ 与动量不确定性 $Delta p$ 满足 $Delta x cdot Delta p sim hbar$。质量越大,动量不确定性越小,作用半径($Delta x sim frac{hbar}{mc}$)越小。
史瓦西半径:质量为 $m$ 的物体的史瓦西半径为 $R_s = frac{2Gm}{c^2}$。
临界条件:当测不准原理的作用半径等于史瓦西半径时,即 $frac{hbar}{mc} sim frac{2Gm}{c^2}$,解得普朗克质量:$$M_p = sqrt{frac{hbar c}{G}} approx 2.2 times 10^{-8} text{千克}$$
物理意义:
若粒子质量 $m < M_p$,测不准原理的作用半径 > 史瓦西半径,粒子表现为量子粒子。
若粒子质量 $m > M_p$,测不准原理的作用半径 < 史瓦西半径,粒子会坍缩为黑洞。
