Unități Stoney

Unități Stoney - în fizică , ele formează un sistem de unități numit după fizicianul irlandez George Johnston Stoney , care le-a propus pentru prima dată în 1881. Ele sunt primul exemplu istoric de unități naturale , adică unități de măsură concepute în așa fel încât anumite constante fizice fundamentale să servească drept unități fizice adimensionale .

Unități

Cantitate	Expresie	Valoarea în unități SI
Lungime (L)	$l_{\text{S}}={\sqrt {\frac {Gk_{\text{e}}e^{2}}{c^{4}}}}$	1,3807⋅10 -36 m
Greutate (M)	$m_{\text{S}}={\sqrt {\frac {k_{\text{e}}e^{2}}{G}}}$	1,8592⋅10 -9 kg
Ora (T)	$t_{\text{S}}={\sqrt {\frac {Gk_{\text{e}}e^{2}}{c^{6}}}}$	4,6054⋅10 -45 s
Sarcina electrică (Q)	$q_{\text{S}}=e\$	1,6022⋅10 -19 C

Setul de constante pe care Stoney le-a folosit ca unități de bază sunt următoarele: [1] [2]

$c$ este viteza luminii în vid,
$G$ este constanta gravitațională ,
$k_{e}=1/(4\pi \varepsilon _{0})$ este constanta Coulomb ,
$e$ este sarcina elementară .

Aceasta înseamnă că în unitățile Stoney, valorile numerice ale tuturor acestor constante sunt egale cu unu:

c=G=k_{\text{e}}=e=1.

Setul de unități de bază al lui Stoney este similar cu cel folosit în unitățile Planck , propuse de Planck în mod independent treizeci de ani mai târziu, dar Planck a normalizat constanta lui Planck în loc de sarcina elementară. [3] (În utilizarea modernă, unitățile Planck sunt înțelese ca însemnând normalizarea constantei Planck reduse în locul constantei Planck.) În unitățile Stoney, valoarea numerică a constantei Planck reduse este

\hbar ={\frac {1}{\alpha }}\aprox 137,0359991,

unde este constanta structurii fine . În fizica modernă, unitățile Planck sunt folosite mai frecvent decât unitățile Stony, în special în gravitația cuantică (inclusiv teoria corzilor ). Rareori, unitățile Planck sunt denumite unități Planck-Stoney. [3] $\alfa$

Istorie

George Stoney a fost unul dintre primii oameni de știință care au înțeles că sarcina electrică este cuantificată; din această cuantizare și alte trei constante pe care le-a considerat universale (viteza din electromagnetism și coeficienții din ecuațiile forței electrostatice și gravitaționale), el a derivat unitățile care sunt acum numite după el. [4] [5] James G. O'Hara [6] a subliniat în 1974 că estimarea lui Stoney a încărcăturii unității , 10 -20 amperi-secunde, era 1 ⁄ 16 din sarcina curentă a electronului. Motivul este că Stoney a folosit o valoare aproximativă de 1018 pentru numărul de molecule prezente într-un milimetru cub de gaz la temperatură și presiune standard . Folosind valorile moderne ale constantei Avogadro 6,02214⋅10 23 mol -1 , iar pentru volumul unei molecule gram (în condiții standard ) 22,4146⋅10 6 mm 3 , valoarea modernă este 2,687⋅10 16 în loc de 10 18 Stoney.

Unități Stoney și unități Planck

Lungimea și energia Stoney, denumite colectiv scara Stoney , nu sunt atât de departe de lungimea, energia și scara lui Planck. Scara Stoney și scara Planck sunt scale de lungime și energie pe care procesele cuantice și gravitația apar împreună. Astfel, pe aceste scale, este necesară o teorie unificată a fizicii. Singura încercare notabilă de a construi o astfel de teorie pe baza scării Stoney a fost încercarea lui G. Weyl , care a conectat unitatea gravitațională de sarcină cu lungimea Stoney [7] [8] [9] și, aparent, l-a inspirat pe Dirac a se lăsa purtat de ipoteza numerelor mari . [10] De atunci, scara Stoney a fost în mare măsură ignorată în dezvoltarea fizicii moderne, deși este încă discutată din când în când. [11] [12]

Note de subsol

↑ Principiul cosmologic antropic , de Barrow și Tipler, p291 . Preluat la 12 iulie 2022. Arhivat din original la 12 iulie 2022. (nedefinit)
↑ Astrofizică, ceasuri și constante fundamentale, de Karshenboim și Peik, p79 . Preluat la 12 iulie 2022. Arhivat din original la 12 iulie 2022. (nedefinit)
↑ 1 2 Space: in science, art and society, de Penz, Radick, Howell, p191 . Preluat la 12 iulie 2022. Arhivat din original la 12 iulie 2022. (nedefinit)
↑ Stoney G. Despre unitățile fizice ale naturii, Phil.Mag. 11 , 381–391, 1881
^ G. Johnstone Stoney , On The Physical Units of Nature Arhivat la 12 iulie 2022 la Wayback Machine , The Scientific Proceedings of the Royal Dublin Society, 3 , 51–60, 1883. Preluat 2010-11-28.
↑ JG O'Hara (1993). George Johnstone Stoney și descoperirea conceptuală a electronului, Occasional Papers in Science and Technology, Royal Dublin Society 8, 5–28.
↑ K. Tomilin, „Sistemul natural de unități”, Proc. a XX11 International Workshop on High Energy Physics and Field theory, (2000) 289.
↑ H. Weyl , „Gravitation und Elekrizitaet”, Koniglich Preussische Akademie der Wissenschaften (1918) 465–78
↑ H. Weyl , „Eine Neue Erweiterung der Relativitaetstheorie”, Annalen der Physik 59 (1919) 101–3.
↑ G. Gorelik , „Hermann Weyl and Large Numbers in Relativistic Cosmology”, Studii Einstein în Rusia, (ed. Y. Balashov și V. Vizgin), Birkhaeuser. (2002).
↑ M. Castans și J. Belinchon (1998). „Mărirea sistemului Planck de unități absolute”, preprint: physics/9811018
↑ Jean-Philippe Uzan (2011), Variante constante, gravitație și cosmologie , Living Rev. relativ. V. 14 (1): 15–16, PMID 28179829 , DOI 10.12942/lrr-2011-2