Как найти const в физике

Как найти const в физике

Физическая константа

Физическая константа

Фундамента́льная физи́ческая постоя́нная (вар.: конста́нта) — физическая величина, характеризующая не отдельные тела, а физические свойства нашего мира в целом. Фундаментальные физические постоянные возникают при математическом описании окружающего мира с помощью теоретической физики. Часто сюда же относят и некоторые другие физические постоянные, так или иначе связанные с конкретными телами.

Слово «постоянная» подразумевает, что численное значение этой величины не меняется со временем. В реальности это может быть и не так (например, в последние годы появились свидетельства в пользу того, что постоянная тонкой структуры меняется в ходе эволюции Вселенной). Однако даже если эти величины и меняются со временем, то крайне медленно, и сколько-нибудь заметные изменения стоит ожидать лишь на масштабах порядка возраста Вселенной.

Стоит различать размерные и безразмерные физические постоянные. Численное значение размерной величины зависит от выбора единиц измерения. Численное же значение безразмерных постоянных более фундаментально, так как оно не зависит от системы единиц.

Содержание

  • 1 Фундаментальные физические постоянные
  • 2 Размерные комбинации фундаментальных постоянных
  • 3 Постоянные, связывающие разные системы единиц
  • 4 Некоторые другие физические постоянные
  • 5 Примечания
  • 6 Ссылки

Фундаментальные физические постоянные

Величина Символ Значение Прим.
скорость света в вакууме c 299 792 458 м·с−1 точно
характеристическое сопротивление вакуума Z0 = μ0c 376,730 313 46177… Ω точно
гравитационная постоянная G 6,674 28(67)×10−11 м3·кг−1·с−2 a[1]
постоянная Планка (элементарный квант действия) h 6,626 068 96(33)×10−34 Дж·с a
постоянная Дирака (или приведенная постоянная Планка) hbar = h/2pi 1,054 571 628(53)×10−34 Дж·с a
элементарный заряд e 1,602 176 487(40)×10−19 Кл a
магнитная постоянная (по старой терминологии, магнитная проницаемость вакуума) μ0 4pi times 10^{-7} Н·А−2 точно
1,256 637 061 4359… ×10−6 Н·А−2 точно
постоянная Вина b 2,89782×10-3К·м а

Размерные комбинации фундаментальных постоянных

Название Символ Значение Прим.
планковская масса m_p = (hbar c / G)^{1/2} 2,176 44(11)×10−8 кг a
планковская длина l_p = (hbar G / c^3)^{1/2} 1,616 252(81)×10−35 м a
планковское время t_p = (hbar G /c^5)^{1/2} 5,391 24(27)×10−44 с a

Постоянные, связывающие разные системы единиц

Название Символ Значение Прим.
постоянная тонкой структуры alpha = e^2 / hbar c 7,297 352 5376(50)×10−3 a
α – 1 137,035 999 679(94) a
электрическая постоянная (по старой терминологии, диэлектрическая проницаемость вакуума) varepsilon_0 = 1/(mu_0 c^2) 8,854 187 817 620… ×10−12 Ф·м−1 точно
атомная единица массы mu = 1 а. е. м. 1,660 538 782(83)×10−27 кг a
постоянная Больцмана k 1,380 6504(24)×10−23 Дж·К−1 a

Некоторые другие физические постоянные

Название Символ Значение Прим.
масса электрона me 9,109 382 15(45)×10−31 кг a
масса протона mp 1,672 621 637(83)×10−27 кг a
масса нейтрона mn 1,674 927 211(84)×10−27 кг a
число Авогадро L, NA 6,022 141 79(30)×1023 моль−1 a
постоянная Фарадея F = NAe 96 485,3399(24) Кл·моль−1 a
газовая постоянная R = kNA 8,314 472(15) Дж·К−1·моль−1 a
удельный молярный объём идеального газа (при 273,15 К, 101,325 кПа)   22,413 996(39)×10−3 м³·моль−1 a
стандартное атмосферное давление atm 101 325 Па (точно) a
боровский радиус a_0 = alpha/(4 pi R_infin) 0,529 177 208 59(36)×10−10 м a
энергия Хартри E_h = 2 R_infin h c 4,359 743 94(22)×10−18 Дж a
постоянная Ридберга R_infin = alpha^2 m_e c / 2h 109 677,585 685 27(73) см−1 a
магнетон Бора mu_B = ehbar / 2m_e 927,400 915(23)×10−26 Дж·Тл−1 a
магнитный момент электрона μe −928,476 377(23)×10-26 Дж·Тл−1 a
g-фактор свободного электрона ge = 2μe / μB 2,002 319 304 3622(15) a
ядерный магнетон μN 5,050 783 24(13)×10-27 Дж·Тл−1 a
магнитный момент протона μp 1,410 606 662(37)×10-26 Дж·Тл−1 a
гиромагнитное отношение протона γp = 2μp / μN 2,675 222 099(70)×108 с−1·Тл−1 a
постоянная Стефана-Больцмана sigma = (pi^2/60) k^4/hbar^3 c^2 5,670 400(40)×10−8 Вт·м−2·К−4 a
первая радиационная постоянная c1 = 2πhc2 3,741 771 18(19)×10−16 Вт·м² a
вторая радиационная постоянная c2 1,438 7752(25)×10−2 м·К a
стандартное ускорение свободного падения на поверхности Земли gn 9,806 65 м·с−2 a

Примечания

  1. ↑ CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants

Ссылки

  • Fundamental Physical Constants – Complete Listing (англ.).

Wikimedia Foundation.
2010.

Полезное

Смотреть что такое “Физическая константа” в других словарях:

  • физическая константа — fizikinė konstanta statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Pastovus dydis, įeinantis į kurio nors fizikos dėsnio matematinę išraišką. atitikmenys: angl. physical constant vok. physikalische Konstante, f rus. физическая… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • Константа — Константа: Постоянная Математическая Физическая Константа (в программировании) Константа диссоциации кислоты Константа равновесия Константа скорости реакции Константа (Остаться в живых) См. также Констанция Констанций Константин Констант… …   Википедия

  • Фундаментальная физическая константа — Фундаментальная физическая постоянная (вар.: константа)  физическая величина, характеризующая не отдельные тела, а физические свойства нашего мира в целом. Фундаментальные физические постоянные возникают при математическом описании окружающего… …   Википедия

  • Константа диссоциации — Константа диссоциации  вид константы равновесия, которая показывает склонность большого объекта диссоциировать (разделяться) обратимым образом на маленькие объекты, как например когда комплекс распадается на составляющие молекулы, или когда… …   Википедия

  • КОНСТАНТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ — (константа связи) (от лат. constans постоянный) в квантовой теории поля (КТП) параметр, определяющий силу (интенсивность) взаимодействия частиц или полей. В общем виде К. в. задаётся как значение вершинной части (вершины) при определ. значениях… …   Физическая энциклопедия

  • Константа автопротолиза — Константа автопротолиза  физическая величина, характеризующая способность протонного растворителя к диссоциации. Обозначается KS. Является произведением концентраций иона лиония и иона лиата. Так, например, для растворителя, который… …   Википедия

  • Константа равновесия — У этого термина существуют и другие значения, см. Константа. Для улучшения этой статьи желательно?: Проверить достоверность указанной в статье информации …   Википедия

  • ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ — раздел химии, в котором изучаются химические свойства веществ на основе физических свойств составляющих их атомов и молекул. Современная физическая химия широкая междисциплинарная область, граничащая с различными разделами физики, биофизики и… …   Энциклопедия Кольера

  • Константа диссоциации кислоты — У этого термина существуют и другие значения, см. Константа. Константа диссоциации кислоты (Ka)  константа равновесия реакции диссоциации кислоты на ион водорода и анион кислотного остатка. Для многоосновных кислот, диссоциация которых… …   Википедия

  • Действие (физическая величина) — У этого термина существуют и другие значения, см. Действие (физика). Действие Размерность L2MT−1 Действие в физике  скалярная физическая величина, являющаяс …   Википедия

Источник

Обновлено: 18.05.2023

Фундаментальная физическая постоянная (константа) — физическая величина, характеризующая не отдельные тела, а физические свойства нашего мира в целом. Численные значения физических постоянных или их комбинаций находят на основе экспериментальных измерений и выражают в единицах какой-либо системы единиц.
Стоит различать размерные и безразмерные физические постоянные. Численное значение размерной величины зависит от выбора единиц измерения. Численное же значение безразмерных постоянных более фундаментально, так как оно не зависит от системы единиц.

КОНСТАНТА (постоянная) , в математике и других науках – величина или коэффициент, не подвергающийся изменению. Константа может быть универсальной, как число (отношение окружности круга к его диаметру) , или конкретной, как коэффициенты, введенные в алгебраическое уравнение; константой может также быть определенный физический параметр вещества

Постоянная величина или Константа. Этими величинами являются, например, иррациональные числа “пи”,”е”.Они играют важную роль в математике и в целом.

Фундамента́льная физи́ческая постоя́нная (вар.: конста́нта) — физическая величина, характеризующая не отдельные тела, а физические свойства нашего мира в целом. Фундаментальные физические постоянные возникают при математическом описании окружающего мира с помощью теоретической физики. Часто сюда же относят и некоторые другие физические постоянные, так или иначе связанные с конкретными телами.

Стоит различать размерные и безразмерные физические постоянные. Численное значение размерной величины зависит от выбора единиц измерения. Численное же значение безразмерных постоянных более фундаментально, так как оно не зависит от системы единиц.

Содержание

Фундаментальные физические постоянные

Размерные комбинации фундаментальных постоянных

Постоянные, связывающие разные системы единиц

Некоторые другие физические постоянные

Примечания

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое “Физическая константа” в других словарях:

физическая константа — fizikinė konstanta statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Pastovus dydis, įeinantis į kurio nors fizikos dėsnio matematinę išraišką. atitikmenys: angl. physical constant vok. physikalische Konstante, f rus. физическая… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Фундаментальная физическая константа — Фундаментальная физическая постоянная (вар.: константа) физическая величина, характеризующая не отдельные тела, а физические свойства нашего мира в целом. Фундаментальные физические постоянные возникают при математическом описании окружающего… … Википедия

Константа — Константа: Постоянная Математическая Физическая Константа (в программировании) Константа диссоциации кислоты Константа равновесия Константа скорости реакции Константа (Остаться в живых) См. также Констанция Констанций Константин Констант… … Википедия

Константа диссоциации — Константа диссоциации вид константы равновесия, которая показывает склонность большого объекта диссоциировать (разделяться) обратимым образом на маленькие объекты, как например когда комплекс распадается на составляющие молекулы, или когда… … Википедия

КОНСТАНТА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ — (константа связи) (от лат. constans постоянный) в квантовой теории поля (КТП) параметр, определяющий силу (интенсивность) взаимодействия частиц или полей. В общем виде К. в. задаётся как значение вершинной части (вершины) при определ. значениях… … Физическая энциклопедия

Константа автопротолиза — Константа автопротолиза физическая величина, характеризующая способность протонного растворителя к диссоциации. Обозначается KS. Является произведением концентраций иона лиония и иона лиата. Так, например, для растворителя, который… … Википедия

Константа равновесия — У этого термина существуют и другие значения, см. Константа. Для улучшения этой статьи желательно?: Проверить достоверность указанной в статье информации … Википедия

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ — раздел химии, в котором изучаются химические свойства веществ на основе физических свойств составляющих их атомов и молекул. Современная физическая химия широкая междисциплинарная область, граничащая с различными разделами физики, биофизики и… … Энциклопедия Кольера

Константа диссоциации кислоты — У этого термина существуют и другие значения, см. Константа. Константа диссоциации кислоты (Ka) константа равновесия реакции диссоциации кислоты на ион водорода и анион кислотного остатка. Для многоосновных кислот, диссоциация которых… … Википедия

Действие (физическая величина) — У этого термина существуют и другие значения, см. Действие (физика). Действие Размерность L2MT−1 Действие в физике скалярная физическая величина, являющаяс … Википедия

Изопроцессы идеального газа – процессы, при которых один из параметров остаётся неизменным.

1. Изохорический процесс. Закон Шарля. V = const.

Изохорическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном объёме V. Поведение газа при этом изохорическом процессе подчиняется закону Шарля:

При постоянном объёме и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, отношение давления газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: P/Т = const.

График изохорического процесса на РV-диаграмме называется изохорой. Полезно знать график изохорического процесса на РТ– и VT-диаграммах (рис. 1.6). Уравнение изохоры:

Рис. 1.6

Если температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изохорического процесса записывается в виде

где Р0 – давление при 0 °С, α – температурный коэффициент давления газа равный 1/273 град -1 . График такой зависимости на Рt-диаграмме имеет вид, показанный на рисунке 1.7.

Рис. 1.7

Изобарическим процессом называется процесс, протекающий при постоянном давлении Р. Поведение газа при изобарическом процессе подчиняется закону Гей-Люссака:

При постоянном давлении и неизменных значениях массы и газа и его молярной массы, отношение объёма газа к его абсолютной температуре остаётся постоянным: V/T = const.

График изобарического процесса на VT-диаграмме называется изобарой. Полезно знать графики изобарического процесса на РV– и РT-диаграммах (рис. 1.8).

Рис. 1.8

Если температура газа выражена в градусах Цельсия, то уравнение изобарического процесса записывается в виде

где α =1/273 град -1 – температурный коэффициент объёмного расширения. График такой зависимости на Vt диаграмме имеет вид, показанный на рисунке 1.9.

Рис. 1.9

Изотермическим процессом называется процесс, протекающий при постоянной температуре Т.

Поведение идеального газа при изотермическом процессе подчиняется закону Бойля – Мариотта:

При постоянной температуре и неизменных значениях массы газа и его молярной массы, произведение объёма газа на его давление остаётся постоянным: PV = const.

График изотермического процесса на РV-диаграмме называется изотермой. Полезно знать графики изотермического процесса на VT– и РT-диаграммах (рис. 1.10).

Рис. 1.10

Адиабатический процесс – термодинамический процесс, происходящий без теплообмена с окружающей средой.

5. Политропический процесс. Процесс, при котором теплоёмкость газа остаётся постоянной. Политропический процесс – общий случай всех перечисленных выше процессов.

6. Закон Авогадро. При одинаковых давлениях и одинаковых температурах, в равных объёмах различных идеальных газов содержится одинаковое число молекул. В одном моле различных веществ содержится NA=6,02·10 23 молекул (число Авогадро).

7. Закон Дальтона. Давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений Р, входящих в неё газов:

Парциальное давление Pn – давление, которое оказывал бы данный газ, если бы он один занимал весь объем.

При , давление смеси газов:

В соответствии с законами Бойля – Мариотта (1.4.5) и Гей-Люссака (1.4.3) можно сделать заключение, что для данной массы газа

Читайте также:

      

  • Окончательное закрепощение крестьян после смуты кратко

    •   

  • Расскажи где дети могут получать знания и умения до школы по обществознанию 5 класс кратко

    •   

  • Евразийцы об особенностях российского цивилизационного феномена кратко

    •   

  • Суши значение слова кратко

    •   

  • Либерально демократические режимы 1929 1933 кратко

Источник



Профи

(551),
закрыт



12 лет назад

NaTaLёk

Ученик

(177)


12 лет назад

КОНСТАНТА (постоянная) , в математике и других науках – величина или коэффициент, не подвергающийся изменению. Константа может быть универсальной, как число (отношение окружности круга к его диаметру) , или конкретной, как коэффициенты, введенные в алгебраическое уравнение; константой может также быть определенный физический параметр вещества

RONNIE

Мыслитель

(5624)


12 лет назад

Постоянная величина или Константа. Этими величинами являются, например, иррациональные числа “пи”,”е”.Они играют важную роль в математике и в целом.

Источник

У этого термина существуют и другие значения, см. Константа.

Постоя́нная, или конста́нта (лат. constans, родительный падеж constantis — постоянный, неизменный) — постоянная величина (скалярная или векторная[K 1]) в математике, физике, химии[1][2][3][4][5]. Чтобы показать постоянство величины C, обычно пишут

C=operatorname {const}.

Термин «константа», как правило, употребляют для обозначения постоянных, имеющих определённое числовое значение[1], не зависящее от решаемой задачи. Таковы, например, число π, постоянная Эйлера, число Авогадро, постоянная Планка и др. Иногда константой именуют физическую величину, сохраняющую неизменное значение в конкретных ситуациях или процессах[6][7][8], то есть в рамках решаемой задачи. В этом случае неизменность величины X символически записывают так:

{displaystyle X=mathrm {idem} }

(лат. idem — тот же самый, один и тот же). Наоборот, непостоянство величины Y символически записывают так[9]:

{displaystyle Y=mathrm {var} }.

Константная функция[править | править код]

Константа может использоваться для определения постоянной функции, результат которой не зависит от значения аргумента и всегда дает одно и то же значение[10].
Постоянная функция одной переменной, например {displaystyle f(x)=5}. На графике (в декартовой системе координат, на плоскости) константная функция имеет вид прямой, параллельной оси абсцисс. Такая функция всегда принимает одно и то же значение (в данном случае 5), потому что ее аргумент не появляется в выражении, определяющем функцию.

Если f постоянная функция такая, как {displaystyle f(x)=72} для каждого x тогда

{displaystyle {begin{aligned}f'(x)&=0\int f(x),dx&=72x+cend{aligned}}}

Константы в математическом анализе[править | править код]

В исчислении константы обрабатываются по-разному в зависимости от операции. Например, производная постоянной функции равна нулю. Это связано с тем, что производная измеряет скорость изменения функции по отношению к переменной, а поскольку константы по определению не изменяются, их производная, следовательно, равна нулю.

И наоборот, при интегрировании постоянной функции постоянная умножается на переменную интегрирования. Во время оценки предела константа остается такой же, как была до и после оценки.

Интегрирование функции одной переменной часто включает постоянную интегрирования. Это возникает из-за того, что интегральный оператор является обратным от дифференциального оператора, а это означает, что цель интеграции восстановить исходную функцию, прежде чем дифференциации. Дифференциал постоянной функции равен нулю, как отмечалось выше, а дифференциальный оператор является линейным оператором, поэтому функции, которые отличаются только постоянным членом, имеют одинаковую производную. Чтобы признать это, к неопределенному интегралу добавляется постоянная интегрирования, так как это гарантирует включение всех возможных решений. Константа интегрирования обозначается как «С» и представляет собой константу с фиксированным, но неопределенным значением.

Примеры[править | править код]

Длина окружности диаметра 1 равна π.

  • Окружность Аполлония: отношение расстояний до двух заданных точек;
  • Гипербола: разность расстояний до двух заданных точек (e > 1);
  • Эллипс: сумма расстояний до двух заданных точек (e < 1);
  • Парабола: e = 1;
  • Окружность: e = 0;
  • Лемниската: произведение расстояний от каждой точки до n заданных точек;
  • число π (пи): постоянная, представляющая отношение длины окружности к её диаметру, приблизительно равную 3,141592653589793238462643[11].

Для идеального газа, макроскопические свойства которого описывают переменными P (давление), V (объём), T (абсолютная температура), числовым параметром n (количество газа в молях) и константой R (универсальная газовая постоянная) имеем:

  • изобарный процесс[12]
{displaystyle P=idem} ;
  • изохорный процесс[13]
{displaystyle V=idem} ;
  • изотермический процесс[12]
{displaystyle T=idem} ;
  • объединённый газовый закон[14]
{displaystyle {frac {Pcdot V}{T}}=mathrm {idem} };
  • уравнением Клапейрона[15]
{displaystyle {frac {Pcdot V}{ncdot T}}=R=mathrm {const} }.

См. также[править | править код]

  • Инвариант (математика)
  • Инвариант (физика)
  • Математическая константа
  • Фундаментальные физические постоянные
  • Константа в программировании
  • Кривая постоянной ширины

Комментарии[править | править код]

  1. ↑ Ускорение свободного падения — векторная постоянная.

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 Константа (БРЭ), 2010.
  2. ↑ Константа (Большой энциклопедический словарь), 1993.
  3. ↑ Мантуров О. В. и др., Математика в понятиях, определениях и терминах, ч. 1, 1978, с. 250.
  4. ↑ Константа (БСЭ), 1973.
  5. ↑ [https://web.archive.org/web/20201128022921/https://megabook.ru/article/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%B0 Архивная копия от 28 ноября 2020 на Wayback Machine Константа // Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия]
  6. ↑ Рипс С. М., Основы термодинамики и теплотехники, 1967, с. 21.
  7. ↑ Белоконь Н. И., Термодинамика, 1954, с. 39.
  8. ↑ Литвин А. М., Техническая термодинамика, 1947, с. 27.
  9. ↑ Панов, 2007, § 12, уравнение 3.8.
  10. ↑ Algebra – Miscellaneous Functions. tutorial.math.lamar.edu. Дата обращения: 27 февраля 2019. Архивировано 28 февраля 2019 года.
  11. ↑ Arndt, Jörg; Haenel, Christoph. Pi – Unleashed (неопр.). — Springer, 2001. — С. 240. — ISBN 978-3540665724.
  12. ↑ 1 2 Александров Н. Е. и др., Основы теории тепловых процессов и машин, ч. 1, 2015, с. 174.
  13. ↑ Александров Н. Е. и др., Основы теории тепловых процессов и машин, ч. 1, 2015, с. 126.
  14. ↑ Жуковский В. С., Техническая термодинамика, 1940, с. 251.
  15. ↑ Александров Н. Е. и др., Основы теории тепловых процессов и машин, ч. 1, 2015, с. 197.

Литература[править | править код]

  • Александров Н. Е., Богданов А. И., Костин К. И. и др. Основы теории тепловых процессов и машин. Часть I / Под ред. Н. И. Прокопенко. — 5-е изд. (электронное). — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015. — 561 с. — ISBN 978-5-9963-2612-9.
  • Белоконь Н. И. Термодинамика. — М.: Госэнергоиздат, 1954. — 416 с.
  • Жуковский В. С. Техническая термодинамика. — 2-е изд., перераб. — М.: Гостехиздат, 1940. — 336 с.
  • Константа // Большая российская энциклопедия. — Большая Российская энциклопедия, 2010. — Т. 15. — С. 82.
  • Константа // Большой энциклопедический словарь. — Советская энциклопедия, 1993. — № страницы =621.
  • Константа // Большая советская энциклопедия. — Советская энциклопедия, 1973. — Т. 13. — С. 44.
  • Литвин А. М. Техническая термодинамика. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Госэнергоиздат, 1947. — 388 с.
  • Мантуров О. В., Солнцев Ю. К., Соркин Ю. И., Федин Н. Г. Математика в понятиях, определениях и терминах. Часть I / Под ред. Л. В. Сабинина. — М.: Просвещение, 1978. — 320 с. — (Библиотека учителя математики).
  • Панов В. К. Физические основы теплотехники. Ч. I: Термодинамика. — Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2007. — 208 с. — ISBN 978-5-328-00166-3.
  • Рипс С. М. Основы термодинамики и теплотехники. — М.: Высшая школа, 1967. — 344 с.
Источник

Универсальная и неизменная физическая величина

A физическая константа, иногда фундаментальная физическая постоянная или универсальная константа – это физическая величина, которая обычно считается универсальной по природе и имеет постоянную значение во времени. Это контрастирует с математической константой , которая имеет фиксированное числовое значение, но не включает напрямую никаких физических измерений.

В науке существует множество физических констант, некоторые из наиболее широко признанных – это скорость света в вакууме c, гравитационная постоянная G, Постоянная Планка h, электрическая постоянная ε0и элементарный заряд e. Физические константы могут принимать многие размерные формы: скорость света означает максимальную скорость для любого объекта, а его размер равен длине, деленной на время ; в то время как постоянная тонкой структуры α, которая характеризует силу электромагнитного взаимодействия, безразмерна.

Термин фундаментальная физическая постоянная иногда используется для обозначения универсального но размерные физические константы, такие как упомянутые выше. Однако все чаще физики используют фундаментальную физическую постоянную только для безразмерных физических констант, таких как постоянная тонкой структуры α.

Физическую константу, как обсуждается здесь, не следует путать с другими величинами, называемыми «константами», которые считаются постоянными в данном контексте, но не являются фундаментальными, такими как «постоянная времени “характеристика данной системы или константы материала (например, постоянная Маделунга, удельное электрическое сопротивление и теплоемкость ).

С мая 2019 года все базовые единицы СИ были определены в терминах физических констант. В результате пять констант: скорость света в вакууме, c; постоянная Планка, ч; элементарный заряд, э; константа Авогадро, N A ; и постоянная Больцмана, k B, имеют точные числовые значения, когда они выражены в единицах СИ. Первые три из этих констант являются фундаментальными константами, тогда как N A и k B имеют только технический характер: они не описывают никаких свойств вселенной, а вместо этого только дают коэффициент пропорциональности для определения единиц, используемых с большим количеством объектов атомарного масштаба.

Содержание

  • 1 Выбор единиц
    • 1.1 Натуральные единицы
  • 2 Количество фундаментальных констант
  • 3 Тесты на независимость от времени
  • 4 Точно настроенная вселенная
  • 5 Таблица физических констант
  • 6 См. Также
  • 7 Ссылки
  • 8 Внешние ссылки

Выбор единиц

В то время как физическая величина, обозначенная физической константой, не зависит от единицы системы, используемой для выражения количества, числовые значения размерных физических констант действительно зависят от выбора системы единиц. Термин «физическая постоянная» относится к физической величине, а не к числовому значению в любой данной системе единиц. Например, скорость света определяется как имеющая числовое значение 299792458 при выражении в единицах СИ метров в секунду и как имеющее числовое значение 1 при выражении в натуральные единицы Планковская длина за планковское время. Хотя ее числовое значение может быть определено по желанию путем выбора единиц, скорость света сама по себе является единственной физической константой.

Любое соотношение между физическими константами одинаковых размеров приводит к безразмерной физической постоянной, например, отношение масс протона к электрону. Любая связь между физическими величинами может быть выражена как связь между безразмерными отношениями с помощью процесса, известного как обезразмеривание.

Термин «фундаментальная физическая константа» зарезервирован для физических величин, которые, согласно текущему уровню знаний, являются рассматривается как неизменный и не вытекающий из более фундаментальных принципов. Яркими примерами являются скорость света c и гравитационная постоянная G.

постоянная тонкой структуры α является наиболее известной безразмерной фундаментальной физической постоянной. Это значение элементарного заряда в квадрате, выраженное в единицах Планка. Это значение стало стандартным примером при обсуждении выводимости или невозможности вывода физических констант. Введенный Арнольдом Зоммерфельдом, его значение, определенное в то время, соответствовало 1/137. Это побудило Артура Эддингтона (1929) создать аргумент, почему его значение может быть точно 1/137, что связано с числом Эддингтона, его оценкой количества протонов во Вселенной.. К 1940-м годам стало ясно, что значение постоянной тонкой структуры значительно отклоняется от точного значения 1/137, опровергая аргумент Эддингтона.

С развитием квантовой химии в Однако в 20 веке огромное количество необъяснимых ранее безразмерных физических констант было успешно вычислено на основе теории. В свете этого некоторые физики-теоретики все еще надеются на дальнейший прогресс в объяснении значений других безразмерных физических констант.

Известно, что Вселенная была бы совсем другой, если бы эти константы принимали значения, значительно отличающиеся от тех, которые мы наблюдаем. Например, изменения значения постоянной тонкой структуры на несколько процентов будет достаточно, чтобы исключить такие звезды, как наше Солнце. Это вызвало попытки антропных объяснений значений некоторых безразмерных фундаментальных физических констант.

Натуральные единицы

Можно комбинировать размерные универсальные физические константы для определения фиксированных величин любого желаемого измерения, и это свойство использовалось для построения различных систем естественных единиц измерения. В зависимости от выбора и расположения используемых констант полученные натуральные единицы могут быть удобны для области исследования. Например, единицы Планка, построенные из c, G, ħ, и kB дают единицы измерения удобного размера для использования в исследованиях квантовой гравитации и атомных единиц Хартри, построенные из ħ, me, e и 4πε0, дают удобные единицы в атомной физике. Выбор используемых констант приводит к широкому изменению величин.

Количество фундаментальных констант

Количество фундаментальных физических констант зависит от физической теории, принятой в качестве «фундаментальной». В настоящее время это теория общей теории относительности для гравитации и Стандартная модель для электромагнитных, слабых и сильных ядерных взаимодействий и полей материи. Вместе эти теории составляют 19 независимых фундаментальных констант. Однако не существует единого «правильного» способа их перечисления, поскольку это вопрос произвольного выбора, какие величины считать «основными», а какие – «производными». Узан (2011) перечисляет 22 «неизвестных константы» в фундаментальных теориях, которые приводят к 19 «неизвестным безразмерным параметрам», а именно:

  • гравитационная постоянная G,
  • скорость света c,
  • постоянная Планка h,
  • 9 связи Юкавы для кварков и лептонов (что эквивалентно заданию массы покоя этих элементарных частиц ),
  • 2 параметров потенциала поля Хиггса,
  • 4 параметра для матрицы смешения кварков,
  • 3 константы связи для калибровочных групп SU (3) × SU (2) × U (1) (или, что эквивалентно, две константы связи и угол Вайнберга ),
  • фаза для вакуума КХД.

Число 19 независимых фундаментальных физических константы могут быть изменены в рамках возможных расширений Стандартной модели, в частности, путем введения массы нейтрино (что эквивалентно семи дополнительным константам, т. е. 3 связи Юкавы и 4 лептонного смешения параметры).

Открытие y изменения любой из этих констант было бы эквивалентно открытию «новой физики “.

. Вопрос о том, какие константы являются« фундаментальными », не является ни прямым, ни бессмысленным, это вопрос интерпретации рассматриваемой физической теории как фундаментальный; как указано Леви-Леблон 1977 г., не все физические константы имеют одинаковое значение, причем некоторые имеют более глубокую роль, чем другие. Леви-Леблон 1977 предложил схемы классификации трех типов констант:

  • A: физические свойства отдельных объектов
  • B: характеристика класса физических явлений
  • C: универсальные константы

Одна и та же физическая константа может переходить из одной категории в другую по мере углубления понимания ее роли; в частности, это произошло с скоростью света, которая была константой класса A (характеристика света ), когда она была впервые измерена, но стала константой класса B (характеристика электромагнитные явления ) с развитием классического электромагнетизма и, наконец, константа класса C с открытием специальной теории относительности.

Тесты на независимость от времени

Автор По определению, фундаментальные физические константы подлежат измерению, так что их постоянство (независимо от времени и положения выполнения измерения) обязательно является экспериментальным результатом и подлежит проверке.

Поль Дирак в 1937 году предположил, что физические константы, такие как гравитационная постоянная или постоянная тонкой структуры, могут изменяться со временем пропорционально возраст вселенной. Эксперименты, в принципе, могут установить только верхнюю границу относительного изменения за год. Для постоянной тонкой структуры эта верхняя граница сравнительно низкая, примерно 10 в год (по состоянию на 2008 г.).

Гравитационную постоянную гораздо труднее измерить с точностью, и противоречивые измерения в 2000-х гг. вдохновил спорные предположения о периодическом изменении его стоимости в статье 2015 года. Однако, хотя его значение неизвестно с большой точностью, возможность наблюдения сверхновых типа Ia, которые произошли в далеком прошлом Вселенной, в сочетании с предположением, что физика, вовлеченная в эти события, является универсальной, позволяет верхняя граница менее 10 в год для гравитационной постоянной за последние девять миллиардов лет.

Аналогично, верхняя граница изменения отношения масс протона к электрону была помещен в 10 в течение 7 миллиардов лет (или 10 в год) в исследовании 2012 года, основанном на наблюдении метанола в далекой галактике.

Проблематично обсуждать предложенное скорость изменения (или ее отсутствия) отдельно взятой одномерной физической постоянной. Причина этого в том, что выбор единиц измерения произвольный, поэтому вопрос о том, претерпевает ли константа изменение, является артефактом выбора (и определения) единиц.

Например, в SI единиц, скорость света получила определенное значение в 1983 году. Таким образом, до 1983 года имело смысл экспериментально измерить скорость света в единицах СИ, но сейчас это не так. Аналогичным образом, начиная с мая 2019 года, постоянная Планка имеет определенное значение, так что все базовые единицы СИ теперь определены в терминах фундаментальных физических констант. С этим изменением, международный прототип килограмма удаляется как последний физический объект, используемый в определении любой единицы СИ.

В тестах на неизменность физических констант изучаются безразмерные величины, то есть отношения между величинами одинаковых размеров, чтобы избежать этой проблемы. Изменения физических констант не имеют смысла, если они приводят к неразличимой с точки зрения наблюдений Вселенной. Например, «изменение» скорости света c было бы бессмысленным, если бы сопровождалось соответствующим изменением элементарного заряда e, так что отношение e / (4πε 0 ħc) (постоянная тонкой структуры) осталась неизменной.

Тонко настроенная вселенная

Некоторые физики исследовали идею о том, что если безразмерные физические константы имеют достаточно разные значения, наши Вселенная будет настолько радикально отличаться от других, что разумная жизнь, вероятно, не возникнет, и поэтому наша Вселенная кажется тонко настроенной для разумной жизни. Однако фазовое пространство возможных констант и их значений неизвестно, поэтому любые выводы, сделанные на основе таких аргументов, не подтверждаются. Антропный принцип устанавливает логический трюизм : факт нашего существования в качестве разумных существ, которые могут измерять физические константы, требует, чтобы эти константы были такими, чтобы существа, подобные нам, могли существовать. Существует множество интерпретаций значений констант, включая интерпретацию божественного творца (кажущаяся точная настройка фактическая и преднамеренная), или то, что наша вселенная – одна из многих в мультивселенной (например, интерпретация многих миров из квантовой механики ) или даже так, если информация является врожденным свойством вселенной и логически неотделима от сознание, вселенная без способности к сознательным существам существовать не может.

Было обнаружено, что фундаментальные константы и количества природы точно настроены на такой чрезвычайно узкий диапазон, что, если бы это было не так, происхождение и эволюция сознательной жизни во Вселенной не допускается.

Таблица физических констант

В таблице ниже перечислены некоторые часто используемые константы и их рекомендуемые значения CODATA. Более подробный список см. В Список физических констант.

Количество Символ Значение Относительная. стандартная. неопределенность
элементарный заряд e { displaystyle e}e 1,602176634 × 10 C 0
Ньютоновская постоянная гравитации G { displaystyle G}G 6,67430 (15) × 10 м⋅кг⋅с 2,2 × 10
постоянная Планка h { displaystyle h}h 6,62607015 × 10 Дж / с 0
скорость света в вакууме c { displaystyle c}c 299792458 м ⋅s 0
электрическая диэлектрическая проницаемость вакуума ε 0 = 1 / μ 0 c 2 { displaystyle varepsilon _ {0} = 1 / mu _ {0} c ^ {2}}{ displaystyle varepsilon _ {0} = 1 / mu _ {0} c ^ {2}} 8.8541878128 (13) × 10 Ф · м 1,5 · 10
магнитная проницаемость вакуума μ 0 { displaystyle mu _ {0}} mu_0 1,25663706212 (19) × 10 N⋅A 1,5 × 10
масса электрона me { displaystyle m _ { mathrm {e}}}{ displaystyle m _ { mathrm {e}}} 9,1093837015 (28) × 10 кг 3,0 × 10
постоянная тонкой структуры α = e 2/2 ε 0 hc { displaystyle alpha = e ^ {2} / 2 varepsilon _ {0} hc}{ displaystyle альфа = е ^ {2} / 2 varepsilon _ {0} hc} 7.2973525693 (11) × 10 1,5 × 10
постоянная Джозефсона KJ = 2 e / h { displaystyle K _ { mathrm {J}} = 2e / h}{ displaystyle K _ { mathrm {J}} = 2e / h} 483597.8484… × 10 Гц⋅V 0
постоянная Ридберга R ∞ = α 2 mec / 2 час { displaystyle R _ { infty} = alpha ^ {2} m _ { mathrm {e}} c / 2h}{ displaystyle R _ { infty} = alpha ^ {2} m _ { mathrm {e}} c / 2h} 10973731.568160 (21) m 1,9 × 10
фон Константа Клитцинга RK = h / e 2 { displaystyle R _ { mathrm {K}} = h / e ^ {2}}{ displaystyle R _ { mathrm {K}} = h / e ^ {2}} 25812.80745… Ω 0

См. Также

  • Список общих обозначения физики

Список литературы

  • Мор, Питер Дж.; Тейлор, Барри Н.; Ньюэлл, Дэвид Б. (2008). «CODATA Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант: 2006 г.» (PDF). Обзоры современной физики. 80(2): 633–730. arXiv : 0801.0028. Bibcode : 2008RvMP… 80..633M. doi : 10.1103 / RevModPhys.80.633. Архивировано из оригинального (PDF) 01.10.2017.
  • Барроу, Джон Д. (2002), Константы природы; От альфы к омеге – числа, закодирующие самые глубокие тайны Вселенной, Pantheon Books, ISBN 978-0-375-42221-8 .

Внешние ссылки

Wikimedia У Commons есть материалы по теме Физические константы .
  • Шестьдесят символов, Ноттингемский университет
  • ИЮПАК – Золотая книга
Источник

Добавить комментарий