Constante fizice fundamentale

Constantele fizice fundamentale sunt constante incluse în ecuațiile care descriu legile fundamentale ale naturii și proprietățile materiei [1] . Constantele fizice fundamentale apar în modelele teoretice ale fenomenelor observate sub formă de coeficienți universali în expresiile matematice corespunzătoare.

Prezentare generală

Cuvântul „constant” în fizică este folosit într-un dublu sens:

valoarea numerică a unei anumite cantități nu depinde deloc de niciun parametru extern și nu se modifică în timp,
o modificare a valorii numerice a unei anumite marimi este nesemnificativa pentru problema luata in considerare.

De exemplu, constanta heliocentrică, egală cu produsul dintre constanta gravitațională și masa Soarelui , scade din cauza unei scăderi a masei Soarelui, care are loc datorită emisiei de energie de către acesta și a emisiei solare . vânt . Cu toate acestea, deoarece scăderea relativă a masei Soarelui este de aproximativ 10 -14 , atunci pentru majoritatea problemelor de mecanică cerească constanta heliocentrică poate fi considerată o constantă cu o precizie satisfăcătoare. De asemenea, în fizica energiei înalte , constanta structurii fine , care caracterizează intensitatea interacțiunii electromagnetice , crește odată cu creșterea impulsului transferat (la distanțe scurte), dar modificarea sa este nesemnificativă pentru o gamă largă de fenomene obișnuite, de exemplu , pentru spectroscopie.

Constantele fizice sunt împărțite în două grupe principale - constante dimensionale și adimensionale. Valorile numerice ale constantelor dimensionale depind de alegerea unităților de măsură. Valorile numerice ale constantelor adimensionale nu depind de sistemele de unități și trebuie determinate pur matematic în cadrul unei teorii unificate. Dintre constantele fizice dimensionale, ar trebui să evidențiem constantele care nu formează combinații adimensionale între ele, numărul lor maxim este egal cu numărul de unități de măsură de bază - acestea sunt constantele fizice fundamentale în sine ( viteza luminii , Planck " s constantă etc.). Toate celelalte constante fizice dimensionale sunt reduse la combinații de constante adimensionale și constante dimensionale fundamentale. Din punctul de vedere al constantelor fundamentale, evoluția tabloului fizic al lumii este o trecere de la fizica fără constante fundamentale (fizica clasică) la fizica cu constante fundamentale (fizica modernă). În același timp, fizica clasică își păstrează semnificația ca caz limitativ al fizicii moderne, când parametrii caracteristici ai fenomenelor studiate sunt departe de constantele fundamentale.

Viteza luminii a apărut în fizica clasică în secolul al XVII-lea, dar atunci nu a jucat un rol fundamental. Viteza luminii a căpătat un statut fundamental după crearea electrodinamicii de către J.K.Maxwell și a teoriei relativității speciale de A. Einstein (1905). După crearea mecanicii cuantice (1926), constanta lui Planck h , introdusă de M. Planck în 1901 ca coeficient dimensional în legea radiației termice, a căpătat un statut fundamental . O serie de oameni de știință se referă și la constantele fundamentale constanta gravitațională G , constanta Boltzmann k , sarcina elementară e (sau constanta de structură fină α ) și constanta cosmologică Λ . Constantele fizice fundamentale sunt scările naturale ale mărimilor fizice, trecerea la ele ca unități de măsură stă la baza construcției sistemului natural (Planck) de unități . Datorită tradiției istorice, constantele fundamentale includ și alte constante fizice asociate cu corpuri specifice (de exemplu, masele de particule elementare ), cu toate acestea, aceste constante, conform conceptelor moderne, trebuie derivate într-un mod încă necunoscut din o scară mai fundamentală de masă (energie), așa-numitul câmp Higgs mediu în vid .

Un set de valori acceptat la nivel internațional pentru constantele fizice fundamentale și coeficienții pentru traducerea acestora este publicat în mod regulat [2] de către Grupul de lucru CODATA privind constantele fundamentale.

Constante fizice fundamentale

Iată și mai jos valorile recomandate de CODATA în 2018.

Valoare	Simbol	Sens	Notă.
viteza luminii în vid	$\c$	299 792 458 m s −1 = 2,99792458⋅10 8 m s −1	exact
constantă gravitațională	$\G$	6.674 30(15)⋅10 −11 m 3 kg −1 s −2
constanta lui Planck (cuantumul elementar de acțiune)	$\h$	6.626 070 15⋅10 −34 J s	exact
constanta lui Dirac (constanta lui Planck redusă )	$\hbar=h/2\pi$	1,054 571 817… ⋅10 −34 J s
sarcina elementara	$\ e$	1.602 176 634⋅10 −19 C	exact
constanta lui Boltzmann	$\ k$	1.380 649⋅10 −23 J K −1	exact

Mărimi Planck (combinații dimensionale ale constantelor c, G, h, k )

Nume	Simbol	Sens
masa Planck	$m_{p}=(\hbar c/G)^{{1/2}}$	2.176 434(24)⋅10 −8 kg [3]
lungime planck	$l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{{1/2}}$	1.616 255(18)⋅10 −35 m [4] [5]
timpul planck	$t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{{1/2}}$	5,391 247(60)⋅10 −44 s [6]
Temperatura Planck	$T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{{1/2}}$	1.416 784(16) ⋅10 32 K [7]

Constante care leagă diferite sisteme de unități și factori de conversie

Nume	Simbol	Sens	Notă.
constantă de structură fină	$\alpha =e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c$ ( sistemul SI )	7.297 352 5693(11)⋅10 −3
constantă de structură fină	$\alpha^{-1}$	137.035 999 084(21)
constantă electrică	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8,854 187 8128(13) ⋅10 −12 f m −1
unitate de masă atomică	$\m_{u}$ = 1 a. mânca.	1.660 539 066 60(50)⋅10 −27 kg
	1 a. mânca.	1,492 418 085 60(45)⋅10 −10 J = 931,494 102 42(28)⋅10 6 Ev = 931,494 102 42(28) MeV [8]
constanta lui Avogadro	$\ N_{A}$	6.022 140 76⋅10 23 mol −1 [9]	exact
1 electron volt	eV	1,602 176 634⋅10 −19 J = 1,602 176 634⋅10 −12 erg	exact
1 calorie (internațional)	1 cal	4,1868 J	exact
atmosfera de litri	1 l atm	101,325 J
	2,30259 RT [10]	5,706 kJ mol -1 (la 298 K)
	1 kJ mol -1	83,593 cm −1 [11]

Constante electromagnetice

Următoarele constante au fost precise înainte de modificările definiției unității de bază SI din 2018-2019 , dar au devenit cantități determinate experimental ca urmare a acestor modificări.

Nume	Simbol	Sens	Notă.
constantă magnetică [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 (prin unități SI de bază: kg m s −2 A −2 )	anterior exact H/m $4\pi \times 10^{{-7}}$
impedanța de vid [13]	$Z_{{0}}=\mu _{0}c={\frac {1}{\varepsilon _{0}c}}$	$\aproximativ 376,73$ Ohm.
constantă electrică	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8,854 187 8128(13) ⋅10 −12 F m −1 (prin unități SI de bază: kg −1 m −3 s 4 A 2 )
constanta lui Coulomb	$k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$	≈ 8,987 55 ⋅10 9 F −1 m (prin unități de bază: kg m 3 s −4 A −2 )

Alte constante fizice

Nume	Simbol	Sens	Notă.
Masa particulelor elementare: masa electronilor	$\pe mine}$	9,109 383 7015(28)⋅10 −31 kg (absolut) = 0,000548579909065(16) a. e. m. (rel.)
masa de protoni	$\m_{p}$	1,672 621 923 69(51)⋅10 −27 kg = 1,007276466621(53) a. mânca.
masa neutronilor	$\m_{n}$	1,67492749804(95)⋅10 −27 kg = 1,00866491560(57) a. mânca.
M proton plus electron (masa absolută a unuiatom de hidrogen 1 H)	$\ m_{{p+e}}$	≈ 1,6735328⋅10 −27 kg = 1,007825 amu ( rudă )
momentul magnetic al unui electron	$\mu_e$	−928,476 470 43(28)⋅10 −26 J T −1
moment magnetic al protonilor	$\mu _{p}$	1.410 606 797 36(60)⋅10 −26 J T −1
magneton Bohr	$\mu _{B}=e\hbar /2m_{e}$	927.401 007 83(28)⋅10 −26 J T −1 [14]
magneton nuclear	$\mu _{N}$	5,050 783 7461(15)⋅10 −27 J T −1
factorul g al unui electron liber	$g_{e}=2\mu _{e}/\mu _{B}$	2.002 319 304 362 56(35)
raportul giromagnetic al protonilor	$\gamma _{p}=2\mu _{p}/\hbar$	2,675 221 8744(11)⋅10 8 s −1 T −1
constanta Faraday	$\ F=N_{A}e$	96 485,332 12… C mol −1
constanta universală a gazului	$\ R=kN_{A}$	8,314 462 618… J K −1 mol −1 ≈ 0,082057 L atm K −1 mol −1
volumul molar al unui gaz ideal (la 273,15 K, 101,325 kPa)	$\V_{m}$	22,413 969 54… ⋅10 −3 m³ mol −1
presiunea atmosferică standard ( n.s. )	ATM	101 325 Pa	exact
raza Bohr	$a_{0}=\alpha /(4\pi R_{\infty })$	0,529 177 210 903(80)⋅10 −10 m
energia hartree	$E_{h}=2R_{\infty }hc$	4.359 744 722 2071(85)⋅10 −18 J
constanta Rydberg	$R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{e}c/2h$	10 973 731.568 160(21) m −1
prima constantă de radiație	$c_{1}=2\pi hc^{2}$	3.741 771 852… ⋅10 −16 W m²
a doua constantă de radiație	$c_{2}=hc/k$	1.438 776 877… ⋅10 −2 m K
constanta Stefan-Boltzmann	$\sigma =(\pi ^{2}/60)k^{4}/\hbar ^{3}c^{2}$	5,670 374 419… ⋅10 −8 W m −2 K −4
vinovăție constantă	$b=c_{2}/4.965114231...$	2.897 771 955… ⋅10 −3 m K
accelerația standard a căderii libere pe suprafața Pământului (medie)	$g_{n}$	9,806 65 m s −2	exact
Temperatura punctului triplu al apei	$T_{0}$	273,16 K

Vezi și

Constante astronomice

Note

↑ Constante fizice fundamentale Copie de arhivă din 22 martie 2012 la Wayback Machine // Physical Encyclopedia, vol. 5. M .: Great Russian Encyclopedia, 1998, p. 381-383.
↑ 1 2 CODATA Valori recomandate la nivel internațional ale constantelor fizice fundamentale . Consultat la 19 mai 2008. Arhivat din original pe 2 iunie 2008. (nedefinit)
↑ Masa Planck (link indisponibil) . fizica.nist.gov. Consultat la 28 iunie 2015. Arhivat din original pe 14 iunie 2015. (nedefinit)
↑ NIST , „ Lungimea Planck Arhivată la 22 noiembrie 2018 la Wayback Machine ” , publicată de NIST Arhivată la 13 august 2001 la constantele CODATA Wayback Machine
↑ Constante fizice fundamentale - Lista completă . Preluat la 19 mai 2008. Arhivat din original la 8 decembrie 2013. (nedefinit)
↑ Ora Planck (link descendent) . fizica.nist.gov. Consultat la 28 iunie 2015. Arhivat din original pe 14 iunie 2015. (nedefinit)
↑ Temperatura Planck (link descendent) . fizica.nist.gov. Consultat la 28 iunie 2015. Arhivat din original pe 14 iunie 2015. (nedefinit)
↑ din relația E = mc 2
↑ Avogadro constant Arhivat 8 octombrie 2013 la Wayback Machine - CODATA Valori recomandate la nivel internațional ale constantelor fizice fundamentale
↑ din raportul care determină dependența energiei libere de concentrație (presiune parțială): 2,30259 este modulul de tranziție (logaritmi) $G=G^{\circ }+RT~{\mathrm {ln}}\left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\right)$
↑ din raportul , unde este exprimat în centimetri reciproci cm −1 $E=hv=hc{\bar {v}}$ ${\bara {v}}$
↑ CODATA Valoare: Permeabilitatea la vid . Data accesului: 7 iulie 2014. Arhivat din original pe 4 martie 2016. (nedefinit)
↑ CODATA Valoare: impedanța caracteristică a vidului (downlink) . Data accesului: 7 iulie 2014. Arhivat din original pe 4 martie 2016. (nedefinit)
↑ Bohr magneton . fizica.nist.gov. Arhivat din original pe 16 august 2022. (nedefinit)

Link -uri

Constante fizice fundamentale - Listare completă .
Cohen ER, Crowe CM, Dumond JWM Constantele fundamentale ale fizicii. NY, L., 1957, 287 p.
Barrow JD Constanțele naturii: de la Alfa la Omega. Londra: Jonathan Cape, 2002. NY: Pantheon, 2003, 353 p.
Wilczek F. Constantes fundamentale // arXiv:0708.4361v1 (pdf), același: site-ul web Frank Wilczek .
Okun L.B. Constante fundamentale ale fizicii // UFN, 161 (9) p. 177-194 (1991) (pdf).
Karshenboim S. G. Constante fizice fundamentale: rol în fizică și metrologie și valori recomandate // UFN, 175, nr.3, pp. 271-298 (2005) (pdf).
Rubakov V.A. Ierarhii ale constantelor fundamentale (la punctele 16, 17 și 27 din lista lui V. L. Ginzburg) // UFN, 177, nr. 4, p. 407-414 (2007) (pdf).
Fritzsch H. Constante fizice fundamentale // UFN, 179, nr.4, p. 383-392 (2009) (pdf).
Tomilin K.A. Constante fizice fundamentale în aspecte istorice și metodologice. Moscova: Fizmatlit, 2006, 368 p. (djvu)
Spiridonov O.P. Constante fizice fundamentale. M.: Şcoala superioară, 1991, 238 p.
Sagitov M.U. Constanta gravitațională și masa Pământului. M.: Nauka, 1969, 188 p.
Metrologie cuantică și constante fundamentale. M.: Mir, 1981, 368 p.