Alapvető fizikai állandók

Az alapvető fizikai állandók a természet alapvető törvényeit és az anyag tulajdonságait leíró egyenletekben szereplő állandók [1] . Az alapvető fizikai állandók a megfigyelt jelenségek elméleti modelljében univerzális együtthatók formájában jelennek meg a megfelelő matematikai kifejezésekben.

Áttekintés

Az "állandó" szót a fizikában kettős értelemben használják:

egy bizonyos mennyiség számértéke egyáltalán nem függ semmilyen külső paramétertől és nem változik az idő múlásával,
egy bizonyos mennyiség számértékének változása a vizsgált probléma szempontjából jelentéktelen.

Például a heliocentrikus állandó, amely megegyezik a gravitációs állandó és a Nap tömegének szorzatával, csökken a Nap tömegének csökkenése miatt, amely az általa kibocsátott energia és a nap emissziója miatt következik be. szél . Mivel azonban a Nap tömegének relatív csökkenése körülbelül 10-14 , ezért az égimechanika legtöbb problémája esetén a heliocentrikus állandó megfelelő pontosságú állandónak tekinthető. A nagyenergiájú fizikában is az elektromágneses kölcsönhatás intenzitását jellemző finomszerkezeti állandó növekszik az átvitt impulzus növekedésével (kis távolságokon), de változása a hétköznapi jelenségek széles körében elhanyagolható, pl. , spektroszkópiához.

A fizikai állandók két fő csoportra oszthatók - dimenziós és dimenzió nélküli állandókra. A méretállandók számértékei a mértékegységek megválasztásától függenek. A dimenzió nélküli állandók számértékei nem függnek az egységrendszerektől, és pusztán matematikailag kell meghatározni egy egységes elmélet keretein belül. A dimenziós fizikai állandók közül ki kell emelni azokat az állandókat, amelyek nem alkotnak egymással dimenzió nélküli kombinációkat, maximális számuk megegyezik az alapmértékegységek számával - ezek maguk az alapvető fizikai állandók ( fénysebesség , Planck s állandó stb.). Az összes többi dimenziós fizikai állandó dimenzió nélküli állandók és alapvető dimenziós állandók kombinációira redukálódik. Az alapvető állandók szempontjából a világ fizikai képének alakulása átmenetet jelent az alapvető állandók nélküli fizikából (klasszikus fizika) az alapvető állandókkal rendelkező fizikába (modern fizika). Ugyanakkor a klasszikus fizika megőrzi jelentőségét a modern fizika korlátozó eseteként, amikor a vizsgált jelenségek jellemző paraméterei messze vannak az alapvető állandóktól.

A fénysebesség a 17. században jelent meg a klasszikus fizikában, de akkor még nem játszott alapvető szerepet. A fénysebesség J. K. Maxwell elektrodinamikája és A. Einstein (1905) speciális relativitáselmélete után kapott alapvető státuszt. A kvantummechanika megalkotása után (1926) a Planck-konstans h , amelyet M. Planck 1901-ben vezetett be, mint a hősugárzás törvényébe tartozó dimenziós együtthatót, alapvető státuszt kapott . Számos tudós hivatkozik az alapvető állandókra a G gravitációs állandóra , a k Boltzmann-állandóra , az e elemi töltésre (vagy az α finomszerkezeti állandóra ) és a Λ kozmológiai állandóra is . Az alapvető fizikai állandók a fizikai mennyiségek természetes skálái, a rájuk, mint mértékegységekre való átmenet alapja a természetes (Planck) mértékegységrendszer felépítése . A történelmi hagyományból adódóan az alapkonstansok között szerepel néhány más fizikai állandó is, amelyek meghatározott testekhez kapcsolódnak (például elemi részecskék tömegei ), azonban ezeket a konstansokat a mai fogalmak szerint valamilyen, még ismeretlen módon kell származtatni. egy alapvetőbb tömegskála (energia), az úgynevezett vákuum-közép Higgs-mező .

A CODATA Alapállandók Munkacsoportja rendszeresen publikál [2] egy nemzetközileg elfogadott értékkészletet az alapvető fizikai állandókra és az ezek fordítására szolgáló együtthatókra .

Alapvető fizikai állandók

Itt és alább láthatók a CODATA által 2018-ban javasolt értékek.

Érték	Szimbólum	Jelentése	Jegyzet.
fénysebesség vákuumban _	$\c$	299 792 458 m s −1 = 2,99792458⋅10 8 m s −1	pontosan
gravitációs állandó	$\G$	6,674 30(15)⋅10 −11 m 3 kg −1 s −2
Planck-konstans (elemi cselekvéskvantum)	$\h$	6.626 070 15⋅10 −34 J s	pontosan
Dirac-konstans (csökkentett Planck-konstans )	$\hbar=h/2\pi$	1,054 571 817… ⋅10 −34 J s
elemi töltés	$\ e$	1,602 176 634⋅10 -19 C	pontosan
Boltzmann állandó	$\ k$	1,380 649⋅10 −23 J K −1	pontosan

Planck mennyiségek (a c, G, h, k konstansok dimenziós kombinációi )

Név	Szimbólum	Jelentése
Planck tömeg	$m_{p}=(\hbar c/G)^{{1/2}}$	2,176 434(24)⋅10 −8 kg [3]
deszka hossza	$l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{{1/2}}$	1,616 255(18)⋅10 −35 m [4] [5]
planck idő	$t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{{1/2}}$	5,391 247(60)⋅10 −44 s [6]
Planck hőmérséklet	$T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{{1/2}}$	1,416 784(16) ⋅10 32 K [7]

A különböző mértékegységrendszereket és átváltási tényezőket összekapcsoló konstansok

Név	Szimbólum	Jelentése	Jegyzet.
finom szerkezeti állandó	$\alpha =e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c$ ( SI rendszer )	7,297 352 5693(11)⋅10 −3
finom szerkezeti állandó	$\alpha^{-1}$	137.035 999 084(21)
elektromos állandó	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8.854 187 8128(13) ⋅10 −12 f m −1
atomtömeg egység	$\m_{u}$ = 1 a. eszik.	1,660 539 066 60(50)⋅10 -27 kg
	1 a. eszik.	1,492 418 085 60(45)⋅10 −10 J = 931,494 102 42(28)⋅10 6 Ev = 931,494 102 42(28) MeV [8]
Avogadro állandó	$\ N_{A}$	6,022 140 76⋅10 23 mol −1 [9]	pontosan
1 elektron volt	eV	1,602 176 634⋅10 −19 J = 1,602 176 634⋅10 −12 erg	pontosan
1 kalória (nemzetközi)	1 cal	4.1868 J	pontosan
literes légkör	1 l atm	101.325 J
	2,30259 RT [10]	5,706 kJ mol −1 (298 K-en)
	1 kJ mol −1	83,593 cm −1 [11]

Elektromágneses állandók

A következő állandók pontosak voltak a 2018–2019-es SI alapegység-definíciós változtatások előtt, de ezeknek a változtatásoknak köszönhetően kísérletileg meghatározott mennyiségekké váltak.

Név	Szimbólum	Jelentése	Jegyzet.
mágneses állandó [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 (az SI alapegységeken keresztül: kg m s −2 A −2 )	korábban pontosan H/m $4\pi \times 10^{{-7}}$
vákuum impedancia [13]	$Z_{{0}}=\mu _{0}c={\frac {1}{\varepsilon _{0}c}}$	$\kb. 376,73$ Ohm.
elektromos állandó	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8.854 187 8128(13) ⋅10 −12 F m −1 (az SI alapmértékegységein keresztül: kg −1 m −3 s 4 A 2 )
Coulomb-állandó	$k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$	≈ 8,987 55 ⋅10 9 F −1 m (alapegységeken keresztül: kg m 3 s −4 A −2 )

Néhány más fizikai állandó

Név	Szimbólum	Jelentése	Jegyzet.
Az elemi részecskék tömegei : elektrontömeg	$\nekem}$	9,109 383 7015(28)⋅10 −31 kg (abszolút érték) = 0,000548579909065(16) a. e. m. (rel.)
proton tömeg	$\m_{p}$	1,672 621 923 69(51)⋅10 −27 kg = 1,007276466621(53) a. eszik.
neutron tömege	$\m_{n}$	1,67492749804(95)⋅10 −27 kg = 1,00866491560(57) a. eszik.
M proton plusz elektron (a hidrogénatom abszolút tömege 1 H)	$\ m_{{p+e}}$	≈ 1,6735328⋅10 -27 kg = 1,007825 amu ( relatív )
az elektron mágneses momentuma	$\mu_e$	−928.476 470 43(28)⋅10 −26 J T −1
proton mágneses momentum	$\mu _{p}$	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]
magmagneton	$\mu _{N}$	5.050 783 7461(15)⋅10 −27 J T −1
egy szabad elektron g tényezője	$g_{e}=2\mu _{e}/\mu _{B}$	2,002 319 304 362 56 (35)
proton giromágneses arány	$\gamma _{p}=2\mu _{p}/\hbar$	2,675 221 8744(11)⋅10 8 s −1 T −1
Faraday állandó	$\ F=N_{A}e$	96 485,332 12… C mol −1
univerzális gázállandó	$\ R=kN_{A}$	8,314 462 618… J K −1 mol −1 ≈ 0,082057 L atm K −1 mol −1
ideális gáz moláris térfogata (273,15 K-en, 101,325 kPa)	$\V_{m}$	22.413 969 54… ⋅10 −3 m³ mol −1
normál légköri nyomás ( n.s. )	atm	101 325 Pa	pontosan
Bohr sugár	$a_{0}=\alpha /(4\pi R_{\infty })$	0,529 177 210 903(80)⋅10 −10 m
hartree energia	$E_{h}=2R_{\infty }hc$	4,359 744 722 2071(85)⋅10 −18 J
Rydberg állandó	$R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{e}c/2h$	10 973 731,568 160(21) m −1
első sugárzási állandó	$c_{1}=2\pi hc^{2}$	3,741 771 852… ⋅10 −16 W m²
második sugárzási állandó	$c_{2}=hc/k$	1,438 776 877… ⋅10 −2 m K
Stefan-Boltzmann állandó	$\sigma =(\pi ^{2}/60)k^{4}/\hbar ^{3}c^{2}$	5,670 374 419… ⋅10 −8 W m −2 K −4
állandó bűntudat	$b=c_{2}/4,965114231...$	2,897 771 955… ⋅10 −3 m K
a szabadesés szabványos gyorsulása a Föld felszínén (átlagosan)	$g_{n}$	9,806 65 m s −2	pontosan
A víz hármaspontjának hőmérséklete	$T_{0}$	273,16 K

Lásd még

Csillagászati állandók

Jegyzetek

↑ Alapvető fizikai állandók Archív másolat 2012. március 22-én a Wayback Machine -nél // Physical Encyclopedia, 5. kötet. M .: Great Russian Encyclopedia, 1998, p. 381-383.
↑ 1 2 CODATA Az alapvető fizikai állandók nemzetközileg ajánlott értékei . Letöltve: 2008. május 19. Az eredetiből archiválva : 2008. június 2. (határozatlan)
↑ Planck tömeg (nem elérhető link) . physics.nist.gov. Letöltve: 2015. június 28. Az eredetiből archiválva : 2015. június 14. (határozatlan)
↑ NIST , " Planck-hossz archiválva 2018. november 22-én a Wayback Machine -nél " , a NIST által kiadott Archivált 2001. augusztus 13 -án a Wayback Machine CODATA állandóinál
↑ Alapvető fizikai állandók – Teljes lista . Letöltve: 2008. május 19. Az eredetiből archiválva : 2013. december 8.. (határozatlan)
↑ Planck idő (downlink) . physics.nist.gov. Letöltve: 2015. június 28. Az eredetiből archiválva : 2015. június 14. (határozatlan)
↑ Planck hőmérséklet (lefelé irányuló kapcsolat) . physics.nist.gov. Letöltve: 2015. június 28. Az eredetiből archiválva : 2015. június 14. (határozatlan)
↑ az E = mc 2 összefüggésből
↑ Avogadro állandó Archivált : 2013. október 8. a Wayback Machine -nél - CODATA Az alapvető fizikai állandók nemzetközileg ajánlott értékei
↑ abból az arányból, amely meghatározza a szabad energia koncentrációtól való függőségét (parciális nyomás): 2,30259 az átmeneti modulus (logaritmus) $G=G^{\circ }+RT~{\mathrm {ln}}\left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\jobb)$
↑ az arányból , ahol cm −1 reciprok centiméterben van kifejezve $E=hv=hc{\bar {v}}$ ${\bár {v}}$
↑ CODATA Érték: Vákuumáteresztő képesség . Hozzáférés időpontja: 2014. július 7. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4. (határozatlan)
↑ CODATA érték: A vákuum jellemző impedanciája (lefelé irányuló kapcsolat) . Hozzáférés időpontja: 2014. július 7. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4. (határozatlan)
↑ Bohr magneton . physics.nist.gov. Archiválva az eredetiből 2022. augusztus 16-án. (határozatlan)

Linkek

Alapvető fizikai állandók – Teljes lista .
Cohen ER, Crowe CM, Dumond JWM A fizika alapvető állandói. NY, L., 1957, 287 p.
Barrow JD A természet állandói: Alfától az Omegáig. London: Jonathan Cape, 2002. NY: Pantheon, 2003, 353. o.
Wilczek F. Fundamental Constants // arXiv:0708.4361v1 (pdf), ugyanaz: Frank Wilczek webhelye .
Okun L. B. A fizika alapvető állandói // UFN, 161 (9) 177-194. oldal (1991) (pdf).
Karshenboim S. G. Alapvető fizikai állandók: szerep a fizikában és a metrológiában és ajánlott értékek // UFN, 175, 3. sz., 271-298. (2005) (pdf).
Rubakov V.A. Az alapvető állandók hierarchiái (V. L. Ginzburg listájának 16., 17. és 27. pontjához) // UFN, 177, 4. sz., 407-414. (2007) (pdf).
Fritzsch H. Alapvető fizikai állandók // UFN, 179, 4. sz., 383-392. (2009) (pdf).
Tomilin K.A. Alapvető fizikai állandók történeti és módszertani vonatkozásban. Moszkva: Fizmatlit, 2006, 368 p. (djvu)
Spiridonov O.P. Alapvető fizikai állandók. M.: Felsőiskola, 1991, 238 p.
Sagitov M.U. A gravitációs állandó és a Föld tömege. M.: Nauka, 1969, 188 p.
Kvantummetrológia és alapvető állandók. M.: Mir, 1981, 368 p.