Grundläggande fysiska konstanter

Grundläggande fysikaliska konstanter är konstanter som ingår i ekvationerna som beskriver de grundläggande naturlagarna och materiens egenskaper [1] . Grundläggande fysiska konstanter förekommer i teoretiska modeller av observerade fenomen i form av universella koefficienter i motsvarande matematiska uttryck.

Översikt

Ordet "konstant" i fysiken används i dubbel betydelse:

det numeriska värdet av en viss kvantitet beror inte på några externa parametrar alls och ändras inte med tiden,
en förändring av det numeriska värdet av en viss kvantitet är obetydlig för det aktuella problemet.

Till exempel minskar den heliocentriska konstanten, lika med produkten av gravitationskonstanten och solens massa , på grund av en minskning av solens massa, vilket uppstår på grund av utsläppet av energi från den och solens utsläpp. vind . Men eftersom den relativa minskningen av solens massa är cirka 10 −14 , kan den heliocentriska konstanten för de flesta problem inom himlamekaniken betraktas som en konstant med tillfredsställande noggrannhet. Även inom högenergifysik växer den fina strukturkonstanten , som kännetecknar intensiteten av den elektromagnetiska interaktionen , med tillväxten av det överförda momentumet (på korta avstånd), men dess förändring är obetydlig för ett brett spektrum av vanliga fenomen, till exempel , för spektroskopi.

Fysiska konstanter är uppdelade i två huvudgrupper - dimensionella och dimensionslösa konstanter. De numeriska värdena för dimensionskonstanterna beror på valet av måttenheter. De numeriska värdena för de dimensionslösa konstanterna beror inte på enhetssystemen och måste bestämmas rent matematiskt inom ramen för en enhetlig teori. Bland de dimensionella fysikaliska konstanterna bör man peka ut konstanter som inte bildar dimensionslösa kombinationer med varandra, deras maximala antal är lika med antalet grundläggande måttenheter - dessa är själva de fundamentala fysikaliska konstanterna ( ljusets hastighet , Planck ' s konstant, etc.). Alla andra dimensionella fysiska konstanter reduceras till kombinationer av dimensionslösa konstanter och fundamentala dimensionskonstanter. Ur grundläggande konstanters synvinkel är utvecklingen av den fysiska bilden av världen en övergång från fysik utan fundamentala konstanter (klassisk fysik) till fysik med fundamentala konstanter (modern fysik). Samtidigt behåller den klassiska fysiken sin betydelse som den moderna fysikens begränsningsfall, när de karakteristiska parametrarna för de fenomen som studeras är långt ifrån de grundläggande konstanterna.

Ljushastigheten dök upp i klassisk fysik på 1600-talet, men då spelade den ingen grundläggande roll. Ljushastigheten fick en grundläggande status efter skapandet av elektrodynamiken av J.K. Maxwell och den speciella relativitetsteorin av A. Einstein (1905). Efter skapandet av kvantmekaniken (1926) fick Plancks konstant h , som introducerades av M. Planck 1901 som en dimensionskoefficient i lagen om termisk strålning, en grundläggande status . Ett antal forskare hänvisar också till de fundamentala konstanterna gravitationskonstanten G , Boltzmannkonstanten k , elementarladdningen e (eller finstrukturkonstanten α ) och den kosmologiska konstanten Λ . Grundläggande fysiska konstanter är de naturliga skalorna för fysiska storheter, övergången till dem som måttenheter ligger till grund för konstruktionen av det naturliga (Planck) enhetssystemet . På grund av den historiska traditionen inkluderar de fundamentala konstanterna även några andra fysiska konstanter associerade med specifika kroppar (till exempel massorna av elementarpartiklar ), men dessa konstanter måste, enligt moderna begrepp, härledas på något ännu okänt sätt från en mer fundamental massskala (energi), det så kallade vakuummedel Higgs-fältet .

En internationellt accepterad uppsättning värden för grundläggande fysiska konstanter och koefficienter för deras översättning publiceras regelbundet [2] av CODATA Working Group on Fundamental Constants.

Grundläggande fysiska konstanter

Här och nedan är de värden som rekommenderas av CODATA under 2018.

Värde	Symbol	Menande	Notera.
ljusets hastighet i vakuum	$\c$	299 792 458 m s −1 = 2,99792458⋅10 8 m s −1	exakt
gravitationskonstant	$\G$	6,674 30(15)⋅10 −11 m 3 kg −1 s −2
Plancks konstant (elementärt verkningskvantum)	$\h$	6,626 070 15⋅10 −34 J s	exakt
Diracs konstant (reducerad Plancks konstant )	$\hbar=h/2\pi$	1,054 571 817… ⋅10 −34 J s
elementär laddning	$\ e$	1,602 176 634⋅10 −19 C	exakt
Boltzmanns konstant	$\k$	1.380 649⋅10 −23 J K −1	exakt

Planck-storheter (dimensionella kombinationer av konstanterna c, G, h, k )

namn	Symbol	Menande
Planck massa	$m_{p}=(\hbar c/G)^{{1/2}}$	2,176 434(24)⋅10 −8 kg [3]
plancklängd	$l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{{1/2}}$	1,616 255(18)⋅10 −35 m [4] [5]
planck tid	$t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{{1/2}}$	5,391 247(60)⋅10 −44 s [6]
Planck temperatur	$T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{{1/2}}$	1.416 784(16) ⋅10 32 K [7]

Konstanter som länkar samman olika system av enheter och omvandlingsfaktorer

namn	Symbol	Menande	Notera.
fin struktur konstant	$\alpha =e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c$ ( SI-system )	7.297 352 5693(11)⋅10 −3
fin struktur konstant	$\alpha^{-1}$	137.035 999 084(21)
elektrisk konstant	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8.854 187 8128(13) ⋅10 −12 f m −1
atommassaenhet	$\m_{u}$ = 1 a. äta.	1,660 539 066 60(50)⋅10 −27 kg
	1 a. äta.	1,492 418 085 60(45)⋅10 −10 J = 931,494 102 42(28)⋅10 6 Ev = 931,494 102 42(28) MeV [8]
Avogadros konstant	$\ N_{A}$	6,022 140 76⋅10 23 mol −1 [9]	exakt
1 elektronvolt	eV	1,602 176 634⋅10 −19 J = 1,602 176 634⋅10 −12 erg	exakt
1 kalori (internationellt)	1 kal	4.1868 J	exakt
liter atmosfär	1 l atm	101.325 J
	2,30259 RT [10]	5,706 kJ mol −1 (vid 298 K)
	1 kJ mol −1	83,593 cm −1 [11]

Elektromagnetiska konstanter

Följande konstanter var korrekta före ändringarna av SI-basenhetsdefinitionen 2018–2019 , men har blivit experimentellt bestämda kvantiteter som ett resultat av dessa ändringar.

namn	Symbol	Menande	Notera.
magnetisk konstant [12]	$\mu _{0}=1/(\varepsilon _{0}c^{2})$	1,256 637 062 12(19) ⋅10 -6 H m −1 = 1,256 637 062 12(19) ⋅10 -6 N A −2 (via bas SI-enheter: kg m s −2 A −2 )	tidigare exakt H/m $4\pi \times 10^{{-7}}$
vakuumimpedans [13]	$Z_{{0}}=\mu _{0}c={\frac {1}{\varepsilon _{0}c}}$	$\approx 376.73$ Ohm.
elektrisk konstant	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8.854 187 8128(13) ⋅10 −12 F m −1 (via bas SI-enheter: kg −1 m −3 s 4 A 2 )
Coulombs konstant	$k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$	≈ 8,987 55 ⋅10 9 F −1 m (via basenheter: kg m 3 s −4 A −2 )

Några andra fysiska konstanter

namn	Symbol	Menande	Notera.
Massor av elementarpartiklar: elektronmassa	$\mig}$	9,109 383 7015(28)⋅10 −31 kg (absolut) = 0,000548579909065(16) a. e. m. (rel.)
protonmassa _	$\m_{p}$	1,672 621 923 69(51)⋅10 −27 kg = 1,007276466621(53) a. äta.
neutronmassa _	$\m_{n}$	1,67492749804(95)⋅10 −27 kg = 1,00866491560(57) a. äta.
M proton plus elektron (absolut massa av enväteatom 1 H)	$\ m_{{p+e}}$	≈ 1,6735328⋅10 −27 kg = 1,007825 amu ( relativ )
magnetiskt moment för en elektron	$\mu_e$	−928.476 470 43(28)⋅10 −26 J T −1
protonmagnetiskt moment	$\mu _{p}$	1,410 606 797 36(60)⋅10 −26 J T −1
Bohr magneton	$\mu _{B}=e\hbar /2m_{e}$	927.401 007 83(28)⋅10 −26 J T −1 [14]
kärnmagneton	$\mu _{N}$	5,050 783 7461(15)⋅10 −27 J T −1
g- faktor för en fri elektron	$g_{e}=2\mu _{e}/\mu _{B}$	2,002 319 304 362 56(35)
protongyromagnetiskt förhållande	$\gamma _{p}=2\mu _{p}/\hbar$	2,675 221 8744(11)⋅10 8 s −1 T −1
Faraday konstant	$\ F=N_{A}e$	96 485,332 12… C mol -1
universell gaskonstant	$\ R=kN_{A}$	8,314 462 618… J K −1 mol −1 ≈ 0,082057 L atm K −1 mol −1
molarvolymen av en idealgas (vid 273,15 K, 101,325 kPa)	$\V_{m}$	22.413 969 54… ⋅10 −3 m³ mol −1
standardatmosfärstryck ( n.s. )	atm	101 325 Pa	exakt
Bohr radie	$a_{0}=\alpha /(4\pi R_{\infty })$	0,529 177 210 903(80)⋅10 −10 m
hartree energi	$E_{h}=2R_{\infty }hc$	4,359 744 722 2071(85)⋅10 −18 J
Rydberg konstant	$R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{e}c/2h$	10 973 731.568 160(21) m −1
första strålningskonstanten	$c_{1}=2\pi hc^{2}$	3 741 771 852… ⋅10 −16 W m²
andra strålningskonstant	$c_{2}=hc/k$	1,438 776 877… ⋅10 −2 m K
Stefan-Boltzmann konstant	$\sigma =(\pi ^{2}/60)k^{4}/\hbar ^{3}c^{2}$	5,670 374 419… ⋅10 −8 W m −2 K −4
konstant fel	$b=c_{2}/4.965114231...$	2 897 771 955… ⋅10 −3 m K
standardacceleration av fritt fall på jordens yta (genomsnitt)	$g_{n}$	9.806 65 m s −2	exakt
Temperaturen på vattnets trippelpunkt	$T_{0}$	273,16 K

Se även

Astronomiska konstanter

Anteckningar

↑ Grundläggande fysiska konstanter Arkivexemplar daterad 22 mars 2012 på Wayback Machine // Physical Encyclopedia, vol. 5. M .: Great Russian Encyclopedia, 1998, sid. 381-383.
↑ 1 2 CODATA Internationellt rekommenderade värden för de grundläggande fysiska konstanterna . Hämtad 19 maj 2008. Arkiverad från originalet 2 juni 2008. (obestämd)
↑ Planck massa (ej tillgänglig länk) . physics.nist.gov. Hämtad 28 juni 2015. Arkiverad från originalet 14 juni 2015. (obestämd)
↑ NIST , " Planck length Archived 22 November 2018 at the Wayback Machine " , NIST:s publicerade Arkiverad 13 augusti 2001 på Wayback Machine CODATA konstanter
↑ Grundläggande fysiska konstanter - komplett notering . Hämtad 19 maj 2008. Arkiverad från originalet 8 december 2013. (obestämd)
↑ Plancktid (nedlänk) . physics.nist.gov. Hämtad 28 juni 2015. Arkiverad från originalet 14 juni 2015. (obestämd)
↑ Planck temperatur (nedlänk) . physics.nist.gov. Hämtad 28 juni 2015. Arkiverad från originalet 14 juni 2015. (obestämd)
↑ från relationen E = mc 2
↑ Avogadro konstant Arkiverad 8 oktober 2013 på Wayback Machine - CODATA Internationellt rekommenderade värden för de grundläggande fysiska konstanterna
↑ från förhållandet som bestämmer den fria energins beroende av koncentration (partialtryck): 2,30259 är övergångsmodulen (logaritmer) $G=G^{\circ }+RT~{\mathrm {ln}}\left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\right)$
↑ från förhållandet , där uttryckt i reciproka centimeter cm −1 $E=hv=hc{\bar {v}}$ ${\bar {v}}$
↑ CODATA Värde: Vakuumpermeabilitet . Tillträdesdatum: 7 juli 2014. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
↑ CODATA Värde: Karakteristisk impedans för vakuum (nedlänk) . Tillträdesdatum: 7 juli 2014. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
↑ Bohr magneton . physics.nist.gov. Arkiverad från originalet den 16 augusti 2022. (obestämd)

Länkar

Grundläggande fysiska konstanter - komplett notering .
Cohen ER, Crowe CM, Dumond JWM Fysikens grundläggande konstanter. NY, L., 1957, 287 sid.
Barrow JD Naturens konstanter: från alfa till omega. London: Jonathan Cape, 2002. NY: Pantheon, 2003, 353 sid.
Wilczek F. Fundamental Constants // arXiv:0708.4361v1 (pdf), samma: Frank Wilczek webbplats .
Okun L.B. Fysikens fundamentala konstanter // UFN, 161 (9) s. 177-194 (1991) (pdf).
Karshenboim S.G. Grundläggande fysiska konstanter: roll i fysik och metrologi och rekommenderade värden // UFN, 175, nr 3, s. 271-298 (2005) (pdf).
Rubakov V.A. Hierarkier av fundamentala konstanter (till punkterna 16, 17 och 27 från listan över V. L. Ginzburg) // UFN, 177, nr 4, s. 407-414 (2007) (pdf).
Fritzsch H. Grundläggande fysikaliska konstanter // UFN, 179, nr 4, s. 383-392 (2009) (pdf).
Tomilin K.A. Grundläggande fysiska konstanter i historiska och metodologiska aspekter. Moskva: Fizmatlit, 2006, 368 s. (djvu)
Spiridonov O.P. Grundläggande fysiska konstanter. M.: Högre skola, 1991, 238 sid.
Sagitov M.U. Gravitationskonstanten och jordens massa. M.: Nauka, 1969, 188 sid.
Kvantmetrologi och fundamentala konstanter. M.: Mir, 1981, 368 sid.