Русская Википедия:Фундаментальные физические постоянные

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Шаблон:Другие значения термина Фундамента́льные физи́ческие постоя́нные (физические постоянные, физические константы, фундаментальные постоянные, мировые постоянные) — постоянные величины, входящие в уравнения, описывающие физические законы природы и свойства материи[1]. Фундаментальные физические постоянные возникают в теоретических моделях наблюдаемых явлений в виде универсальных коэффициентов в соответствующих математических выражениях.

Обзор

Слово «постоянная» в физике употребляется в двояком смысле:

  • численное значение некоторой величины вообще не зависит от каких-либо внешних параметров и не меняется со временем,
  • изменение численного значения некоторой величины несущественно для рассматриваемой задачи.

Например, гелиоцентрическая постоянная, равная произведению гравитационной постоянной на массу Солнца, уменьшается из-за уменьшения массы Солнца, происходящего вследствие излучения им энергии и испускания солнечного ветра. Однако, поскольку относительное уменьшение массы Солнца составляет величину порядка 10−14, то для большинства задач небесной механики гелиоцентрическая постоянная с удовлетворительной точностью может рассматриваться как постоянная. Также в физике высоких энергий постоянная тонкой структуры, характеризующая интенсивность электромагнитного взаимодействия, растёт с ростом переданного импульса (на малых расстояниях), однако её изменение несущественно для широкого круга обычных явлений, например, для спектроскопии.

Физические постоянные делятся на две основные группы — размерные и безразмерные постоянные. Численные значения размерных постоянных зависят от выбора единиц измерения. Численные значения безразмерных постоянных не зависят от систем единиц и должны определяться чисто математически в рамках единой теории. Среди размерных физических постоянных следует выделять постоянные, которые не образуют между собой безразмерных комбинаций, их максимальное число равно числу основных единиц измерения — это и есть собственно фундаментальные физические постоянные (скорость света, постоянная Планка и др.). Все остальные размерные физические постоянные сводятся к комбинациям безразмерных постоянных и фундаментальных размерных постоянных. С точки зрения фундаментальных постоянных, эволюция физической картины мира — это переход от физики без фундаментальных постоянных (классическая физика) к физике с фундаментальными постоянными (современная физика). Классическая физика при этом сохраняет своё значение как предельный случай современной физики, когда характерные параметры исследуемых явлений далеки от фундаментальных постоянных.

Скорость света появилась ещё в классической физике в XVII в., но тогда она не играла фундаментальной роли. Фундаментальный статус скорость света приобрела после создания электродинамики Дж. К. Максвеллом и специальной теории относительности А. Эйнштейном (1905). После создания квантовой механики (1926) фундаментальный статус приобрела постоянная Планка Шаблон:Math, введённая М. Планком в 1901 г. как размерный коэффициент в законе теплового излучения. К фундаментальным постоянным также ряд учёных относит гравитационную постоянную Шаблон:Math, постоянную Больцмана Шаблон:Math, элементарный заряд Шаблон:Math (или постоянную тонкой структуры Шаблон:Math) и космологическую постоянную Шаблон:Math. Фундаментальные физические постоянные являются естественными масштабами физических величин, переход к ним в качестве единиц измерения лежит в основе построения естественной (планковской) системы единиц. К фундаментальным постоянным в силу исторической традиции также относят и некоторые другие физические постоянные, связанные с конкретными телами (например, массы элементарных частиц), однако эти постоянные должны, согласно современным представлениям, каким-то пока неизвестным образом выводиться из более фундаментального масштаба массы (энергии), так называемого вакуумного среднего поля Хиггса.

Международно принятый набор значений фундаментальных физических постоянных и коэффициентов для их перевода регулярно издаётся[2] Рабочей группой CODATA по фундаментальным постоянным.

Фундаментальные физические постоянные

Шаблон:Основной источник Здесь и далее приведены значения, рекомендованные CODATA в 2018 году.

Величина Символ Значение Прим.
скорость света в вакууме <math>\ c</math> 299 792 458 м·с−1
= 2,99792458Шаблон:E м·сШаблон:Sup 		точно
гравитационная постоянная <math>\ G</math> 6,674 30(15)Шаблон:E м3·кг−1·с−2
постоянная Планка (элементарный квант действия) <math>\ h</math> 6,626 070 15Шаблон:E Дж·с точно
постоянная Дирака (приведённая постоянная Планка) <math>\hbar = h/2\pi</math> 1,054 571 817… Шаблон:E Дж·с
элементарный заряд <math>\ e</math> 1,602 176 634Шаблон:E Кл точно
постоянная Больцмана <math>\ k</math> 1,380 649Шаблон:E Дж·К−1 точно

Планковские величины (размерные комбинации постоянных c, G, h, k)

Шаблон:Main

Название Символ Значение
планковская масса <math>m_p = (\hbar c / G)^{1/2}</math> 2,176 434(24)Шаблон:E кг[3]
планковская длина <math>l_p = (\hbar G / c^3)^{1/2}</math> 1,616 255(18)Шаблон:E м[4][5]
планковское время <math>t_p = (\hbar G /c^5)^{1/2}</math> 5,391 247(60)Шаблон:E с[6]
планковская температура <math>T_p = \frac{1}{k} (\hbar c^5 / G)^{1/2}</math> 1,416 784(16) Шаблон:E К[7]

Постоянные, связывающие разные системы единиц, и переводные множители

Название Символ Значение Прим.
постоянная тонкой структуры <math>\alpha = e^2 /4 \pi \varepsilon_0 \hbar c</math> (система СИ) 7,297 352 5693(11)Шаблон:E
<math>\alpha^{-1}</math> 137,035 999 084(21)
электрическая постоянная <math>\varepsilon_0 = 1/(\mu_0 c^2)</math> 8,854 187 8128(13) Шаблон:E Ф·м−1
атомная единица массы <math>\ m_u</math> = 1 а. е. м. 1,660 539 066 60(50)Шаблон:E кг
1 а. е. м. 1,492 418 085 60(45)Шаблон:E Дж
= 931,494 102 42(28)Шаблон:E Эв
= 931,494 102 42(28) МэВ[8]
постоянная Авогадро <math>\ N_A</math> 6,022 140 76Шаблон:E мольШаблон:Sup[9] точно
1 электронвольт эВ 1,602 176 634Шаблон:E Дж
= 1,602 176 634Шаблон:E эрг 		точно
1 калория (международная) 1 кал 4,1868 Дж точно
литр·атмосфера 1 л·атм 101,325 Дж
2,30259 RT[10] 5,706 кДж·мольШаблон:Sup (при 298 К)
1 кДж·мольШаблон:Sup 83,593 смШаблон:Sup[11]

Электромагнитные постоянные

Нижеследующие константы были точными до изменений определений основных единиц СИ 2018—2019 годов, но стали экспериментально определяемыми величинами в результате этих изменений.

Название Символ Значение Прим.
магнитная постоянная[12] <math>\mu_0 = 1/(\varepsilon_0 c^2)</math> 1,256 637 062 12(19) Шаблон:E Гн·м−1 = 1,256 637 062 12(19) Шаблон:E Н·А−2 (через основные единицы СИ: кг·м·с−2·А−2) ранее точно <math>4 \pi \times 10^{-7} </math> Гн/м
волновое сопротивление вакуума[13] <math>Z_{0} = \mu_0 c = \frac{1}{\varepsilon_0 c} </math> <math>\approx 376.73</math> Ом.
электрическая постоянная <math>\varepsilon_0 = 1/(\mu_0 c^2)</math> 8,854 187 8128(13) Шаблон:E Ф·м−1 (через основные единицы СИ: кг−1·м−3·с4·А2)
постоянная Кулона <math>k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}</math> ≈ 8,987 55 Шаблон:E Ф−1·м (через основные единицы: кг·м3·с−4·А−2)

Некоторые другие физические постоянные

Название Символ Значение Прим.
Массы элементарных частиц:
масса электрона 		<math>\ m_e</math> 9,109 383 7015(28)Шаблон:E кг (абсол.)
= 0,000548579909065(16) а. е. м. (относит.)
масса протона <math>\ m_p</math> 1,672 621 923 69(51)Шаблон:E кг
= 1,007276466621(53) а. е. м.
масса нейтрона <math>\ m_n</math> 1,674 927 498 04(95)Шаблон:E кг
= 1,008 664 915 60(57) а. е. м.
Шаблон:Abbr протон плюс электрон (абсолютная масса атома водорода [[Протий|Шаблон:SupH]]) <math>\ m_{p+e}</math> ≈ 1,673 5328Шаблон:E кг
= 1,007825 а.е.м. (относит.)
магнитный момент электрона <math>\mu_e</math> −928,476 470 43(28)Шаблон:E Дж·Тл−1
магнитный момент протона <math>\mu_p</math> 1,410 606 797 36(60)Шаблон:E Дж·Тл−1
магнетон Бора <math>\mu_B = e\hbar / 2m_e</math> 927,401 007 83(28)Шаблон:E Дж·Тл−1[14]
ядерный магнетон <math>\mu_N</math> 5,050 783 7461(15)Шаблон:E Дж·Тл−1
g-фактор свободного электрона <math>g_e=2 \mu_e/\mu_B</math> 2,002 319 304 362 56(35)
гиромагнитное отношение протона <math>\gamma_p = 2\mu_p/\hbar</math> 2,675 221 8744(11)Шаблон:E с−1·Тл−1
постоянная Фарадея <math>\ F = N_A e</math> 96 485,332 12… Кл·моль−1
универсальная газовая постоянная <math>\ R = k N_A</math> 8,314 462 618… Дж·К−1·моль−1
≈ 0,082057 л·атм·КШаблон:Sup·мольШаблон:Sup
молярный объём идеального газа (при 273,15 К, 101,325 кПа) <math>\ V_m</math> 22,413 969 54… Шаблон:E м³·моль−1
стандартное атмосферное давление (н.у.) атм 101 325 Па точно
боровский радиус <math>a_0 = \alpha/(4 \pi R_\infin)</math> 0,529 177 210 903(80)Шаблон:E м
энергия Хартри <math>E_h = 2 R_\infin h c</math> 4,359 744 722 2071(85)Шаблон:E Дж
постоянная Ридберга <math>R_\infin = \alpha^2 m_e c / 2h</math> 10 973 731,568 160(21) м−1
первая радиационная постоянная <math>c_1 = 2\pi h c^2</math> 3,741 771 852… Шаблон:E Вт·м²
вторая радиационная постоянная <math>c_2=hc/k</math> 1,438 776 877… Шаблон:E м·К
постоянная Стефана-Больцмана <math>\sigma = (\pi^2/60) k^4/\hbar^3 c^2</math> 5,670 374 419… Шаблон:E Вт·м−2·К−4
постоянная Вина <math>b = c_2/4,965114231...</math> 2,897 771 955… Шаблон:Eм·К
стандартное ускорение свободного падения на поверхности Земли (усреднённое) <math>g_n</math> 9,806 65 м·с−2
Температура тройной точки воды <math>T_0</math> 273,16 K

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Ссылки

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ Фундаментальные физические константы Шаблон:Wayback // Физическая энциклопедия, т. 5. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, с. 381—383.
  2. ↑ Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок values не указан текст
  3. ↑ Шаблон:Cite web
  4. ↑ NIST, «Planck length Шаблон:Wayback»Шаблон:Ref-en, NIST’s published Шаблон:Wayback CODATA constants
  5. ↑ Шаблон:Cite web
  6. ↑ Шаблон:Cite web
  7. ↑ Шаблон:Cite web
  8. ↑ из соотношения E = mcШаблон:Sup
  9. ↑ Avogadro constant Шаблон:Wayback — CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants
  10. ↑ из отношения, определяющего зависимость свободной энергии от концентрации (парциального давления): <math>G = G^\circ + RT ~ \mathrm{ln} \left ( \frac{p}{\displaystyle{p^\circ}} \right )</math>
    2,30259 — модуль перехода (логарифмы)
  11. ↑ из соотношения <math>E = hv = hc\bar{v}</math>, где <math>\bar{v}</math> выражено в обратных сантиметрах смШаблон:Sup
  12. ↑ Шаблон:Cite web
  13. ↑ Шаблон:Cite web
  14. ↑ Шаблон:Cite web
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Фундаментальные_физические_постоянные&oldid=11214056