Lihat sumber Satuan Planck

{{short description|Seperangkat satuan pengukuran yang didefiniskan hanya menggunakan konstanta fisika universal yang diusulkan oleh Max Planck}}
Dalam [[fisika partikel]] dan [[kosmologi fisik]], '''satuan Planck''' adalah seperangkat [[satuan]] pengukuran yang didefinisikan hanya menggunakan lima [[konstanta fisika]] universal dan didefinisikan sedemikian rupa sehingga kelima konstanta tersebut bernilai 1 jika diekspresikan menggunakan satuan-satuan ini. Satuan-satuan ini diusulkan pada tahun 1899 oleh fisikawan [[Max Planck]].

Satuan Planck juga terkadang disebut [[satuan natural]] karena definisinya berasal dari [[alam]] dan bukan benda buatan manusia; sebenarnya satuan Planck merupakan salah satu dari sekian banyak satuan natural. Satuan Planck tidak didasarkan pada sifat objek atau [[partikel]] tertentu, melainkan hanya didasarkan pada sifat [[vakum|ruang bebas]]. Satuan ini menjadi relevan dalam penelitian teori pemersatu seperti [[gravitasi kuantum]].

Istilah '''skala Planck''' mengacu pada besar ruang, waktu, massa, dan besaran lainnya, di mana prediksi [[Model Standar]], [[teori medan kuantum]], dan [[relativitas umum]] tidak lagi cocok, dan [[gravitasi kuantum|efek kuantum gravitasi]] diperkirakan akan mendominasi. Dalam skala Planck, model yang sekarang diperkirakan tidak akan bisa digunakan sebagai panduan yang tepat, dan fisikawan belum punya [[model ilmiah]] untuk menjelaskan perilaku dunia fisik dalam skala tersebut. Contohnya adalah kondisi dunia 10<sup>−43</sup> detik setelah [[Big Bang]], kira-kira 13,8 miliar tahun yang lalu.

Kelima konstanta universal yang satuan Planck, secara definisi, normalisasikan sehingga nilainya 1:
* [[laju cahaya]] dalam ruang hampa, ''c'',
* [[konstanta gravitasi]], ''G'',
* [[konstanta Planck]] yang dikurangi, ''ħ'',
* [[konstanta Boltzmann]], ''k''<sub>B</sub>
* [[konstanta Coulomb]], ''k''<sub>e</sub> = {{sfrac|4{{pi}}''ε''<sub>0</sub>}}
Masing-masing konstanta tersebut bisa diasosiasikan dengan sebuah teori atau konsep fundamental fisika: ''c'' dengan [[relativitas khusus]], ''G'' dengan [[relativitas umum]], ''ħ'' dengan [[mekanika kuantum]], ''k''<sub>B</sub> dengan [[termodinamika]], dan ''ε''<sub>0</sub> dengan [[elektromagnetisme]].

== Definisi ==
{| class="wikitable" style="margin:1em auto 1em auto; background:#fff;"
|+Tabel 1: Konstanta fisika universal yang dinormalisasikan dengan satuan Planck
! Konstanta
! Simbol
! Dimensi dalam [[Sistem Kuantitas Internasional|kuantitas SI]]
! Nilai (satuan [[Sistem Satuan Internasional|SI]])
|-
| {{nowrap|[[Laju cahaya]] dalam ruang hampa}}
| ''c''
| L T{{i sup|−1}}
| {{physconst|c}}<br /> ''(eksak berdasarkan definisi)''
|-
| [[Konstanta gravitasi]]
| ''G''
| L<sup>3</sup> M<sup>−1</sup> T{{i sup|−2}}
| {{physconst|G}}
|-
| {{nowrap|[[Konstanta Planck]] yang dikurangi}}
| ''ħ'' = {{sfrac|''h''|2{{pi}}}}<br /> di mana ''h'' adalah konstanta Planck
| L<sup>2</sup> M T{{i sup|−1}}
| {{physconst|hbar}}<br /> ''(didefinisikan persis {{sfrac|{{physconst|h|ref=no}}|2π}})''
|-
| [[Konstanta Boltzmann]]
| ''k''<sub>B</sub>
| L<sup>2</sup> M T{{i sup|−2}} Θ<sup>−1</sup>
| {{physconst|k}}<br /> ''(eksak berdasarkan definisi)''
|-
| [[Konstanta Coulomb]]
| ''k''<sub>e</sub> = {{sfrac|4{{pi}}''ε''<sub>0</sub>}}<br /> di mana ''ε''<sub>0</sub> adalah [[permitivitas vakum]]
| {{nowrap|L<sup>3</sup> M T{{i sup|−2}} Q<sup>−2</sup>}}
| {{val|8.9875517923|(14)|e=9|u=kg⋅m<sup>3</sup>⋅s<sup>−4</sup>⋅A<sup>−2</sup>}}<ref name=ke>Derived from ''k''<sub>e</sub> = 1/(4''πε''<sub>0</sub>) – {{cite web |url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?ep0 |title=2018 CODATA Value: vacuum electric permittivity |month= |date=20 May 2019 |work=The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty |publisher=[[National Institute of Standards and Technology|NIST]] |accessdate=2019-05-20}}</ref><br />
|-
|}
'''Keterangan''': L = [[panjang]], M = [[massa]], T = [[waktu]], Q = [[muatan listrik]], Θ = [[suhu]].

Salah satu sifat satuan Planck adalah untuk mendapatkan nilai dari salah satu konstanta fisika di atas, tinggal ganti [[Dimensi (kuantitas fisika)|dimensi]] konstanta dengan satuan Planck yang sesuai. Contohnya, [[konstanta gravitasi]] (''G'') memiliki dimensi L<sup>3</sup> M<sup>−1</sup> T{{i sup|−2}}. dengan menggantikan setiap dimensi dengan satuan Planck yang sesuai akan didapatkan nilai (1 ''l''<sub>P</sub>)<sup>3</sup> &times; (1 ''m''<sub>P</sub>)<sup>−1</sup> &times; (1 ''t''<sub>P</sub>)<sup>−2</sup> = (1.616255&times;10<sup>−35</sup> [[meter|m]])<sup>3</sup> &times; (2.176435&times;10<sup>−8</sup> [[kilogram|kg]])<sup>−1</sup> &times; (5.391247&times;10<sup>−44</sup> [[detik|s]])<sup>−2</sup> = 6.674...&times;10<sup>−11</sup> m<sup>3</sup> kg<sup>−1</sup> s<sup>−2</sup> (yang merupakan nilai ''G'').

Untuk menentukan, dalam satuan SI atau sistem lainnya, nilai kuantitatif dari lima satuan pokok Planck, kelima persamaan berikut harus dipenuhi:
: <math> l_\text{P} = c \ t_\text{P} </math>
: <math> F_\text{P} = \frac{m_\text{P} l_\text{P}}{t_\text{P}^2} = G \ \frac{m_\text{P}^2}{l_\text{P}^2} </math>
: <math> E_\text{P} = \frac{m_\text{P} l_\text{P}^2}{t_\text{P}^2} = \hbar \ \frac{1}{t_\text{P}} </math>
: <math> E_\text{P} = \frac{m_\text{P} l_\text{P}^2}{t_\text{P}^2} = k_\text{B} \ T_\text{P}.</math>
: <math> F_\text{P} = \frac{m_\text{P} l_\text{P}}{t_\text{P}^2} = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0} \ \frac{q_\text{P}^2}{l_\text{P}^2} </math>

Menyelesaikan kelima persamaan di atas akan menghasilkan seperangkat nilai unik untuk kelima satuan pokok Planck:

{| class="wikitable" style="margin:1em auto 1em auto; background:#fff;"
|+Table 2: Satuan pokok Planck
|-
! Nama
! Dimensi
! Ekspresi
! Nilai (satuan [[International System of Units|SI]])
|- style="text-align:left;"
| [[Panjang Planck]]
| [[Panjang]] (L)
| <math>l_\text{P} = \sqrt{\frac{\hbar G}{c^3}}</math>
| {{physconst|lP}}
|-
| [[Massa Planck]]
| [[Massa]] (M)
| <math>m_\text{P} = \sqrt{\frac{\hbar c}{G}}</math>
| {{physconst|mP}}
|-
| [[Waktu Planck]]
| [[Waktu]] (T)
| <math>t_\text{P} = \sqrt{\frac{\hbar G}{c^5}}</math>
| {{physconst|tP}}
|-
| [[Suhu Planck]]
| [[Suhu]] (Θ)
| <math>T_\text{P} = \sqrt{\frac{\hbar c^5}{G k_\text{B}^2}}</math>
| {{physconst|TP}}
|-
| [[Muatan Planck]]
| [[Muatan listrik]] (Q)
| <math>q_\text{P} = \sqrt{\frac{\hbar c}{k_\text{e}}} = \sqrt{4 \pi \varepsilon_0 \hbar c} = \sqrt{\frac{4 \pi \hbar}{\mu_0 c}} = \frac{e}{\sqrt{\alpha}}</math>
| {{val|1.875545956|(41)|e=-18|ul=C}}{{physconst|eps0|ref=only}}{{physconst|hbar|ref=only}}{{physconst|c|ref=only}}
|-
|}

Tabel 2 secara jelas mendefinisikan satuan Planck dalam konstanta fundamental. Akan tetapi, relatif terhadap satuan pengukuran lainnya seperti [[International System of Units|SI]], nilai satuan Planck hanya bisa diperkirakan. Ini dikarenakan ketidakpastian nilai konstanta gravitasi ''G'' dan ''ε''<sub>0</sub> dalam satuan SI. Nilai ''c'', ''h'', ''e'' dan ''k''<sub>B</sub> dalam satuan SI bersifat eksak karena detik, meter, kilogram dan kelvin didefinisikan berdasarkan konstanta-konstanta tersebut, dan tidak menyebabkan ketidakpastian nilai satuan Planck apabila diekspresikan menggunakan satuan SI. Permitivitas vakum ''ε''<sub>0</sub> memiliki ketidakpastian relatif {{physconst|eps0|runc=yes|after=.}} Nilai numerik ''G'' telah ditentukan secara eksperimen dengan ketidakpastian relatif {{physconst|G|runc=yes|after=.}} ''G'' muncul di definisi setiap satuan Planck kecuali muatan di Tabel 2 dan 3. Sehingga ketidakpastian nilai dari ekuivalen SI dari satuan Planck di Tabel 2 dan 3 diturunkan hampir seluruhnya dari nilai ''G''.

== Satuan turunan ==
Dalam sistem pengukuran apapun, satuan dari banyak [[besaran fisika]] bisa diturunkan dari satuan-satuan pokok. Tabel 3 berisi sampel dari [[Satuan turunan SI|satuan turunan]] Planck, beberapa yang memang jarang digunakan. Sebagaimana dengan satuan pokok, penggunaan satuan turunan berikut biasanya hanya digunakan dalam [[Fisika teori|fisika teoretis]] karena kebanyakan dari mereka nilainya terlalu besar atau terlalu kecil untuk penggunaan praktis dan terdapat ketidakpastian yang besar dalam nilainya.

{| class="wikitable" style="margin:1em auto 1em auto; background:#fff;"
|+ Tabel 3: Satuan turunan dari satuan Planck
|-
! Satuan turunan
! Ekspresi
! Perkiraan nilai dalam satuan [[SI]]
|- style="text-align:left;"
| [[luas]] (L<sup>2</sup>)
| <math> l_\text{P}^2 = \frac{\hbar G}{c^3}</math>
| {{val|2.6121|e=-70|ul=m2}}
|- style="text-align:left;"
| [[volume]] (L<sup>3</sup>)
| <math> l_\text{P}^3 = \left( \frac{\hbar G}{c^3} \right)^{\frac{3}{2}} = \sqrt{\frac{(\hbar G)^3}{c^9}}</math>
| {{val|4.2217|e=-105|ul=m3}}
|-
| [[momentum]] (LMT<sup>−1</sup>)
| <math>m_\text{P} c = \frac{\hbar}{l_\text{P}} = \sqrt{\frac{\hbar c^3}{G}} </math>
| {{val|6.5249|u=[[Newton detik|kg⋅m/s]]}}
|-
| [[energi]] (L<sup>2</sup>MT<sup>−2</sup>)
| <math>E_\text{P} = m_\text{P} c^2 = \frac{\hbar}{t_\text{P}} = \sqrt{\frac{\hbar c^5}{G}} </math>
| {{val|1.9561|e=9|ul=J}}
|-
| [[gaya]] (LMT<sup>−2</sup>)
| <math>F_\text{P} = \frac{E_\text{P}}{l_\text{P}} = \frac{\hbar}{l_\text{P} t_\text{P}} = \frac{c^4}{G} </math>
| {{val|1.2103|e=44|ul=N}}
|-
| [[massa jenis]] (L<sup>−3</sup>M)
| <math>\rho_\text{P} = \frac{m_\text{P}}{l_\text{P}^3} = \frac{\hbar t_\text{P}}{l_\text{P}^5} = \frac{c^5}{\hbar G^2} </math>
| {{val|5.1550|e=96|ul=kg/m3}}
|-
| [[percepatan]] (LT<sup>−2</sup>)
| <math> a_\text{P} = \frac{c}{t_\text{P}} = \sqrt{\frac{c^7}{\hbar G}}</math>
| {{val|5.5608|e=51|ul=m/s2}}
|-
| [[frekuensi]] (T<sup>−1</sup>)
| <math> f_p = \frac{c}{l_\text{P}} = \sqrt{\frac{c^5}{\hbar G}} </math>
| {{val|1.8549|e=43|ul=Hz}}
|}

== Sejarah ==
Konsep [[satuan natural]] diperkenalkal pada tahun 1881, ketika [[George Johnstone Stoney]], memerhatikan bahwa muatan listrik dikuantisasikan, menurunkan satuan panjang, waktu, dan massa, yang sekarang dinamakan [[satuan Stoney]] atas namanya, dengan menormalisasikan ''G'', ''c'', dan [[muatan elementer|muatan elektron]], ''e'', menjadi bernilai 1.

Pada tahun 1899 (setahun sebelum munculnya teori kuantum), [[Max Planck]] memperkenalkan apa yang kemudian dikenal sebagai konstanta Planck.<ref name="planck-1899">Planck (1899), p. 479.</ref><ref name="TOM"/> Pada akhir makalahnya, Planck mengusulkan, sebagai konsekuensi dari penemuannya, satuan-satuan pokok yang kemudian dinamakan atas dirinya. Satuan Planck didasarkan pada kuantum tindakan, sekarang dikenal sebagai [[konstanta Planck]]. Planck memanggil konstanta tersebut ''b'' dalam makalahnya, tetapi ''h'' (atau ''ħ'') sekarang lebih banyak digunakan. Akan tetapi, pada saat itu konstant tersebut merupakan bagian dari hukum radiasi Wien, yang Planck pikir benar. Planck menggarisbawahi keuniversalan dari sistem satuan barunya, ia pun menulis:
{{bq|''... die Möglichkeit gegebenist, 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 und welche daher als »natürliche Maßeinheiten« bezeichnet werden können''.<br />
... adalah mungkin untuk membuat satuan untuk panjang, massa, waktu dan suhu, yang tidak bergantung pada badan atau zat istimewa, mempertahankan makna mereka untuk sepanjang masa dan bagi seluruh peradaban, termasuk yang dari luar angkasa dan bukan manusia, yang bisa disebut sebagai "satuan ukur alami".}}

Planck hanya mempertimbangkan satuan-satuan yang berdasarkan konstanta universal ''G'', ''ħ'', ''c'', dan ''k''<sub>B</sub> untuk mencapai satuan natural untuk [[panjang]], [[waktu]], [[massa]], dan [[suhu]].<ref name="TOM" /> Makalah Planck juga memberikan nilai numerik untuk satuan pokok tersebut yang mendekati nilai modernnya.

Satuan pokok yang diusulkan oleh Planck pada tahun 1899 berbeda dengan faktor <math>\sqrt{2 \pi}</math> dari satuan Planck yang digunakan sekarang.<ref name="planck-1899" /><ref name="TOM" /> Ini dikarenakan penggunaan [[konstanta Planck]] yang dikurangi (<math>\hbar</math>) dalam satuan modern, yang tidak muncul dalam usulan yang asli.

{| class="wikitable mw-collapsible mw-collapsed" style="margin:1em auto 1em auto; min-width: 50%;"
|+Table 4: Satuan Planck yang asli
! Nama
! Dimensi
! Expresi
! Nilai dalam satuan [[Sistem Satuan Internasional|SI]]
! Nilai dalam satuan Planck modern
|-
| Panjang Planck yang asli
| [[Panjang]] (L)
| <math> \sqrt{\frac{h G}{c^3}} </math>
| {{val|4.05135|e=-35|u=m}}
| <math>\sqrt{2 \pi} \times l_\text{P}</math>
|-
| Massa Planck yang asli
| [[Massa]] (M)
| <math> \sqrt{\frac{h c}{G}} </math>
| {{val|5.45551|e=-8|u=kg}}
| <math>\sqrt{2 \pi} \times m_\text{P}</math>
|-
| Waktu Planck yang asli
| [[Waktu]] (T)
| <math> \sqrt{\frac{h G}{c^5}} </math>
| {{val|1.35138|e=-43|u=s}}
| <math>\sqrt{2 \pi} \times t_\text{P}</math>
|-
| Suhu Planck yang asli
| [[Suhu]] (Θ)
| <math>  \sqrt{\frac{h c^5}{G k_\text{B}}} </math>
| {{val|3.55135|e=32|u=K}}
| <math>\sqrt{2 \pi} \times T_\text{P}</math>
|}

Planck tidak menggunakan satuan elektromagnetik. Akan tetapi, dalam rangka menetapkan semua konstanta menjadi 1 sebagaimana yang dilakukan sistem yang asli, komunitas ilmiah secara perlahan juga mulai menetapkan nilai [[konstanta Coulomb]] menjadi 1 dan memasukkan muatan listrik ke dalam satuan pokok Planck.<ref name="Pavsic2001"/><ref name="Zeidler2006"/><ref name="DezaDeza2016"/><ref name="NewellMohrTaylor2016"/><ref name="Gray1988"/><ref name="MakelaRepo1998"/><ref name="Suhendro2007"/><ref name="physics_hypertextbook"/> Mengatur nilai konstanta Coulomb menjadi 1 menghasilkan nilai muatan yang identik dengan satuan muatan digunakan dalam [[Satuan natural#Satuan kromodinamika kuantum (QCD)|satuan QCD]]. Namun, bergantung pada fokusnya, fisikawan yang lain mengambil pendekatan yang lebih minimalis dan menyebutkan satuan Planck hanya terdiri dari panjang, massa dan waktu.<ref name="Wilczek2005"/>

== Lihat pula ==
* [[Analisis dimensi]]
* [[Energi titik nol]]
* [[Partikel Planck]]

== Catatan kaki ==
{{NoteFoot}}

== Referensi ==
=== Kutipan ===
{{Reflist|30em|refs=
<ref name="DezaDeza2016">{{cite book
| last1 = Deza
| first1 = Michel Marie
| last2 = Deza
| first2 = Elena
| date = 2016
| title = Encyclopedia of Distances
| url = https://books.google.co.uk/books?id=q_7FBAAAQBAJ&pg=PA602&lpg=PA602
| publisher = [[Springer Science+Business Media|Springer]]
| page = 602
| isbn = 978-3662528433
}}</ref>
<ref name="physics_hypertextbook">{{cite web
| url = https://physics.info/planck/#mechanics
| title = Blackbody Radiation
| last = Elert
| first = Glenn
| website = The Physics Hypertextbook
}}</ref>
<ref name="Gray1988">{{cite book
| last = Gray
| first = Reginald Irvan
| date = 1988
| title = Unified Physics
| url = https://books.google.co.uk/books?id=pTykkOIbmakC&pg=SA3-PA39
| publisher = [[Naval Surface Warfare Center]]
| location = [[Dahlgren, Virginia]]
| page = 3-39
| lccn = 88602336
}}</ref>
<ref name="MakelaRepo1998">{{cite journal
| last1 = Makela
| first1 = Jarmo
| last2 = Repo
| first2 = Pasi
| date = 1998
| title = A Quantum Mechanical Model of the Reissner-Nordstrom Black Hole
| url = https://arxiv.org/abs/gr-qc/9708029
| journal = [[Physical Review|Physical Review D]]
| volume = 57
| pages = 4899-4916
| doi = 10.1103/PhysRevD.57.4899
| arxiv = gr-qc/9708029
}}</ref>
<ref name="NewellMohrTaylor2016">{{cite
| last1 = Newell
| first1 = D. B.
| last2 = Mohr
| first2 = P. J.
| last3 = Taylor
| first3 = B. N.
| date = 12 May 2016
| title = The New International System of Units: The Role of the Committee on Data for Science and Technology (CODATA)
| url = https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=908747
| doi = 10.1080/19315775.2011.11721576
| publisher = [[National Institute of Standards and Technology]]
}}</ref>
<ref name="Pavsic2001">{{cite book
| last = Pavšic
| first = Matej
| title = The Landscape of Theoretical Physics: A Global View
| volume = 119
| year = 2001
| publisher = Kluwer Academic
| location = Dordrecht
| isbn = 978-0-7923-7006-2
| pages = 347–352
| url = https://www.springer.com/gp/book/9781402003516#otherversion=9780792370062
| series = Fundamental Theories of Physics 
|  doi = 10.1007/0-306-47136-1 
| arxiv = gr-qc/0610061
}}</ref>
<ref name="Suhendro2007">{{cite journal
| last = Suhendro
| first = Indranu
| date = October 2007
| title = A New Conformal Theory of Semi-Classical Quantum General Relativity
| url = http://www.ptep-online.com/complete/PiP-2007-04.pdf
| journal = [[Progress in Physics]]
| volume = 4
| issue = 2007
| pages = 96-103
}}</ref>
<ref name="TOM">{{cite conference
| last = Tomilin
| first = K. A.
| date = 1999
| title = Natural Systems of Units. To the Centenary Anniversary of the Planck System
| url = http://old.ihst.ru/personal/tomilin/papers/tomil.pdf
| conference = Proceedings Of The XXII Workshop On High Energy Physics And Field Theory
| conference-url = https://inspirehep.net/literature/1766318
| pages = 287-296
| access-date = 2020-07-02
| archive-date = 2020-12-12
| archive-url = https://web.archive.org/web/20201212041222/http://old.ihst.ru/personal/tomilin/papers/tomil.pdf
| dead-url = yes
}}</ref>
<ref name="Wilczek2005">{{cite journal
| last = Wilczek
| first = Frank
| date = 2005
| title = On Absolute Units, I: Choices
| url = http://ctpweb.lns.mit.edu/physics_today/phystoday/Abs_limits388.pdf
| journal = [[Physics Today]]
| volume = 58
| issue = 10
| pages = 12-13
| doi = 10.1063/1.2138392
| publisher = [[American Institute of Physics]]
}}</ref>
<ref name="Zeidler2006">{{cite book
| last = Zeidler
| first = Eberhard
| date = 2006
| title = Quantum Field Theory I: Basics in Mathematics and Physics
| url = https://cds.cern.ch/record/988238/files/978-3-540-34764-4_BookBackMatter.pdf
| publisher = [[Springer Science+Business Media|Springer]]
| page = 953
| isbn = 978-3540347620
}}</ref>
}}

{{Sistem pengukuran}}
{{Portal bar|Fisika}}

[[Kategori:Satuan Planck| ]]