Fysikaaliset perusvakiot

Fysikaaliset perusvakiot ovat vakioita, jotka sisältyvät yhtälöihin, jotka kuvaavat luonnon peruslakeja ja aineen ominaisuuksia [1] . Fysikaaliset perusvakiot esiintyvät havaittujen ilmiöiden teoreettisissa malleissa universaalien kertoimien muodossa vastaavissa matemaattisissa lausekkeissa.

Yleiskatsaus

Fysiikassa sanaa "vakio" käytetään kahdessa merkityksessä:

tietyn suuren numeerinen arvo ei riipu lainkaan ulkoisista parametreista eikä muutu ajan myötä,
tietyn suuren numeerisen arvon muutos on merkityksetön käsiteltävän ongelman kannalta.

Esimerkiksi heliosentrinen vakio, joka on yhtä suuri kuin gravitaatiovakion ja Auringon massan tulo , pienenee johtuen Auringon massan vähenemisestä, mikä johtuu sen energian emission ja auringon emission tuuli . Koska Auringon massan suhteellinen väheneminen on kuitenkin noin 10 −14 , niin useimmissa taivaanmekaniikan ongelmissa heliosentristä vakiota voidaan pitää vakiona tyydyttävällä tarkkuudella. Myös korkeaenergisessä fysiikassa hienorakennevakio , joka kuvaa sähkömagneettisen vuorovaikutuksen voimakkuutta , kasvaa siirretyn liikemäärän kasvaessa (lyhyillä etäisyyksillä), mutta sen muutos on merkityksetön monille tavallisille ilmiöille, esim. , spektroskopiaa varten.

Fysikaaliset vakiot on jaettu kahteen pääryhmään - dimensiovakioihin ja dimensiottisiin vakioihin. Mittavakioiden numeeriset arvot riippuvat mittayksiköiden valinnasta. Dimensiottomien vakioiden numeeriset arvot eivät riipu yksikköjärjestelmistä ja ne on määritettävä puhtaasti matemaattisesti yhtenäisen teorian puitteissa. Dimensiofysikaalisista vakioista tulee erottaa vakiot, jotka eivät muodosta dimensioimattomia yhdistelmiä keskenään, niiden enimmäismäärä on yhtä suuri kuin perusmittayksiköiden lukumäärä - nämä ovat itse fyysisiä perusvakioita ( valon nopeus , Planck ' s vakio jne.). Kaikki muut ulottuvuuden fyysiset vakiot pelkistetään dimensiottomien vakioiden ja perusulotteisten vakioiden yhdistelmiksi. Perusvakioiden näkökulmasta fyysisen maailmankuvan kehitys on siirtymistä fysiikasta ilman perusvakioita (klassinen fysiikka) perusvakioiden fysiikkaan (moderni fysiikka). Samaan aikaan klassinen fysiikka säilyttää merkityksensä modernin fysiikan rajoittavana tapauksena, kun tutkittavien ilmiöiden ominaisparametrit ovat kaukana perusvakioista.

Valon nopeus ilmestyi klassiseen fysiikkaan 1600-luvulla, mutta silloin sillä ei ollut perustavaa laatua olevaa roolia. Valon nopeus saavutti perustavanlaatuisen aseman J. K. Maxwellin elektrodynamiikan ja A. Einsteinin (1905) erityisen suhteellisuusteorian luomisen jälkeen. Kvanttimekaniikan luomisen (1926) jälkeen Planckin vakio h , jonka M. Planck esitteli vuonna 1901 lämpösäteilyn lain mittakertoimena, sai perustavanlaatuisen aseman . Useat tiedemiehet viittaavat perusvakioihin myös gravitaatiovakioon G , Boltzmannin vakioon k , alkuainevaraukseen e (tai hienorakennevakioon α ) ja kosmologiseen vakioon Λ . Fysikaaliset perusvakiot ovat fyysisten suureiden luonnollisia asteikkoja, joihin siirtyminen mittayksiköiksi on luonnollisen (Planckin) yksikköjärjestelmän rakentamisen taustalla . Historiallisesta perinteestä johtuen perusvakioihin sisältyy myös joitain muita tiettyihin kappaleisiin liittyviä fyysisiä vakioita (esimerkiksi alkuainehiukkasten massat ), mutta nämä vakiot on nykyaikaisten käsitteiden mukaan johdettava jollakin vielä tuntemattomalla tavalla perustavanlaatuisempi massan (energian) asteikko, ns. tyhjiökeskiarvo Higgsin kenttä .

CODATA Working Group on Fundamental Constants julkaisee säännöllisesti [2] kansainvälisesti hyväksytyn arvojoukon fyysisille perusvakioille ja kertoimille niiden muuntamiseksi .

Fyysiset perusvakiot

Tässä ja alla ovat CODATAn vuonna 2018 suosittelemat arvot.

Arvo	Symboli	Merkitys	Merkintä.
valon nopeus tyhjiössä	$\c$	299 792 458 m s −1 = 2,99792458⋅10 8 m s −1	tarkalleen
gravitaatiovakio	$\G$	6,674 30(15)⋅10 −11 m 3 kg −1 s −2
Planckin vakio (toiminnan peruskvantti)	$\h$	6 626 070 15⋅10 −34 J s	tarkalleen
Diracin vakio (vähennetty Planckin vakio )	$\hbar=h/2\pi$	1 054 571 817… ⋅10 −34 J s
alkeislataus	$\ e$	1,602 176 634⋅10 -19 C	tarkalleen
Boltzmannin vakio	$\k$	1,380 649⋅10 −23 J K −1	tarkalleen

Planckin suureet (vakioiden c, G, h, k ulottuvuusyhdistelmät )

Nimi	Symboli	Merkitys
Planck-massa	$m_{p}=(\hbar c/G)^{{1/2}}$	2,176 434(24)⋅10 −8 kg [3]
lankun pituus	$l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{{1/2}}$	1,616 255(18)⋅10 −35 m [4] [5]
planck aika	$t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{{1/2}}$	5,391 247(60)⋅10 −44 s [6]
Planckin lämpötila	$T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{{1/2}}$	1 416 784(16) ⋅10 32 K [7]

Vakiot, jotka yhdistävät erilaisia yksikköjärjestelmiä ja muuntokertoimia

Nimi	Symboli	Merkitys	Merkintä.
hieno rakenne vakio	$\alpha =e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c$ ( SI - järjestelmä )	7.297 352 5693(11)⋅10 −3
hieno rakenne vakio	$\alpha^{-1}$	137 035 999 084 (21)
sähköinen vakio	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8.854 187 8128(13) ⋅10 −12 f m −1
atomimassayksikkö	$\m_{u}$ = 1 a. syödä.	1 660 539 066 60(50)⋅10 −27 kg
	1 a. syödä.	1,492 418 085 60(45)⋅10 −10 J = 931,494 102 42(28)⋅10 6 Ev = 931,494 102 42(28) MeV [8]
Avogadron vakio	${\näyttötyyli \ N_{A}}$	6,022 140 76⋅10 23 mol −1 [9]	tarkalleen
1 elektroni voltti	eV	1,602 176 634⋅10 −19 J = 1,602 176 634⋅10 −12 erg	tarkalleen
1 kalori (kansainvälinen)	1 cal	4.1868 J	tarkalleen
litran tunnelmaa	1 l atm	101.325 J
	2,30259 RT [10]	5,706 kJ mol −1 (298 K:ssa)
	1 kJ mol -1	83,593 cm −1 [11]

Sähkömagneettiset vakiot

Seuraavat vakiot olivat tarkkoja ennen vuosien 2018–2019 SI-perusyksikön määritelmän muutoksia , mutta niistä on tullut kokeellisesti määritettyjä suureita näiden muutosten seurauksena.

Nimi	Symboli	Merkitys	Merkintä.
magneettivakio [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 (SI-perusyksiköiden kautta: kg m s −2 A −2 )	aiemmin täsmälleen H/m $4\pi \kertaa 10^{{-7}}$
tyhjiöimpedanssi [13]	$Z_{{0}}=\mu _{0}c={\frac {1}{\varepsilon _{0}c}}$	$\noin 376,73$ Ohm.
sähköinen vakio	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8.854 187 8128(13) ⋅10 −12 F m −1 (SI-perusyksiköiden kautta: kg −1 m −3 s 4 A 2 )
Coulombin vakio	$k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$	≈ 8,987 55 ⋅10 9 F −1 m (perusyksiköiden kautta: kg m 3 s −4 A −2 )

Jotkut muut fyysiset vakiot

Nimi	Symboli	Merkitys	Merkintä.
Alkuainehiukkasten massat: elektronimassa	$\minä}$	9,109 383 7015(28)⋅10 −31 kg (absoluuttinen) = 0,000548579909065(16) a. e. m. (suh.)
protonimassa _	$\m_{p}$	1,672 621 923 69(51)⋅10 −27 kg = 1,007276466621(53) a. syödä.
neutronin massa	$\m_{n}$	1,67492749804(95)⋅10 −27 kg = 1,00866491560(57) a. syödä.
M protoni plus elektroni ( vetyatomin absoluuttinen massa 1 H)	$\ m_{{p+e}}$	≈ 1,6735328⋅10 −27 kg = 1,007825 amu ( suhteellinen )
elektronin magneettinen momentti	$\mu_e$	−928.476 470 43(28)⋅10 −26 J T −1
protonien magneettinen momentti	$\mu _{p}$	1 410 606 797 36(60)⋅10 −26 J T −1
Bohrin magnetoni	$\mu _{B}=e\hbar /2m_{e}$	927.401 007 83(28)⋅10 −26 J T −1 [14]
ydinmagnetoni	$\mu _{N}$	5 050 783 7461(15)⋅10 −27 J T −1
vapaan elektronin g -tekijä	$g_{e}=2\mu _{e}/\mu _{B}$	2 002 319 304 362 56 (35)
protonien gyromagneettinen suhde	$\gamma _{p}=2\mu _{p}/\hbar$	2,675 221 8744(11)⋅10 8 s −1 T −1
Faradayn vakio	$\ F=N_{A}e$	96 485,332 12… C mol -1
yleinen kaasuvakio	$\ R=kN_{A}$	8,314 462 618… J K −1 mol −1 ≈ 0,082057 L atm K −1 mol −1
ideaalikaasun moolitilavuus (273,15 K:ssa, 101,325 kPa:ssa)	$\V_{m}$	22 413 969 54… ⋅10 −3 m³ mol −1
normaali ilmanpaine ( n.s. )	atm	101 325 Pa	tarkalleen
Bohrin säde	$a_{0}=\alpha /(4\pi R_{\infty })$	0,529 177 210 903(80)⋅10 −10 m
hartreen energiaa	$E_{h}=2R_{\infty }hc$	4 359 744 722 2071(85)⋅10 −18 J
Rydbergin vakio	$R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{e}c/2h$	10 973 731 568 160 (21) m -1
ensimmäinen säteilyvakio	$c_{1}=2\pi hc^{2}$	3 741 771 852… ⋅10 −16 W m²
toinen säteilyvakio	$c_{2}=hc/k$	1 438 776 877… ⋅10 −2 m K
Stefan-Boltzmannin vakio	$\sigma =(\pi ^{2}/60)k^{4}/\hbar ^{3}c^{2}$	5 670 374 419… ⋅10 −8 W m −2 K −4
jatkuva vika	$b=c_{2}/4.965114231...$	2 897 771 955… ⋅10 −3 m K
vapaan pudotuksen standardikiihtyvyys maan pinnalla (keskiarvo)	$g_{n}$	9,806 65 m s −2	tarkalleen
Veden kolmoispisteen lämpötila	$T_{0}$	273,16 K

Katso myös

Tähtitieteelliset vakiot

Muistiinpanot

↑ Fyysiset perusvakiot Arkistokopio päivätty 22. maaliskuuta 2012 Wayback Machinessa // Physical Encyclopedia, vol. 5. M .: Great Russian Encyclopedia, 1998, s. 381-383.
↑ 1 2 CODATA Fysikaalisten perusvakioiden kansainvälisesti suositellut arvot . Haettu 19. toukokuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 2. kesäkuuta 2008. (määrätön)
↑ Planck-massa (linkki ei saatavilla) . physics.nist.gov. Haettu 28. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 14. kesäkuuta 2015. (määrätön)
↑ NIST , " Planckin pituus Arkistoitu 22. marraskuuta 2018 Wayback Machinessa " , NIST:n julkaisu , Arkistoitu 13. elokuuta 2001 Wayback Machinen CODATA - vakioissa
↑ Fyysiset perusvakiot – täydellinen luettelo . Haettu 19. toukokuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 8. joulukuuta 2013. (määrätön)
↑ Planck-aika (downlink) . physics.nist.gov. Haettu 28. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 14. kesäkuuta 2015. (määrätön)
↑ Planck-lämpötila (downlink) . physics.nist.gov. Haettu 28. kesäkuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 14. kesäkuuta 2015. (määrätön)
↑ suhteesta E = mc 2
↑ Avogadro-vakio Arkistoitu 8. lokakuuta 2013 Wayback Machinessa - CODATA Fyysisten perusvakioiden kansainvälisesti suositellut arvot
↑ suhteesta, joka määrittää vapaan energian riippuvuuden pitoisuudesta (osapaine): 2,30259 on siirtymämoduuli (logaritmit) $G=G^{\circ }+RT~{\mathrm {ln}}\left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\oikea)$
↑ suhteesta , jossa ilmaistaan käänteis senttimetreinä cm −1 $E=hv=hc{\bar {v}}$ ${\bar {v}}$
↑ CODATA Arvo: Tyhjiön läpäisevyys . Käyttöpäivä: 7. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 4. maaliskuuta 2016. (määrätön)
↑ CODATA-arvo: Tyhjiön ominaisimpedanssi (downlink) . Käyttöpäivä: 7. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 4. maaliskuuta 2016. (määrätön)
↑ Bohr magneton . physics.nist.gov. Arkistoitu alkuperäisestä 16. elokuuta 2022. (määrätön)

Linkit

Fyysiset perusvakiot – täydellinen luettelo .
Cohen ER, Crowe CM, Dumond JWM Fysiikan perusvakiot. NY, L., 1957, 287 s.
Barrow JD Luonnon vakiot: Alfasta omegaan. Lontoo: Jonathan Cape, 2002. NY: Pantheon, 2003, 353 s.
Wilczek F. Perusvakiot // arXiv:0708.4361v1 (pdf), sama: Frank Wilczekin verkkosivusto .
Okun L.B. Fysiikan perusvakiot // UFN, 161 (9) s. 177-194 (1991) (pdf).
Karshenboim S.G. Fysikaaliset perusvakiot: rooli fysiikassa ja metrologiassa sekä suositellut arvot // UFN, 175, nro 3, s. 271-298 (2005) (pdf).
Rubakov V.A. Perusvakioiden hierarkiat (kohtiin 16, 17 ja 27 V. L. Ginzburgin luettelosta) // UFN, 177, nro 4, s. 407-414 (2007) (pdf).
Fritzsch H. Fysikaaliset perusvakiot // UFN, 179, nro 4, s. 383-392 (2009) (pdf).
Tomilin K.A. Fyysiset perusvakiot historiallisissa ja metodologisissa näkökohdissa. Moskova: Fizmatlit, 2006, 368 s. (djvu)
Spiridonov O.P. Fysikaaliset perusvakiot. M.: Korkeakoulu, 1991, 238 s.
Sagitov M.U. Gravitaatiovakio ja Maan massa. M.: Nauka, 1969, 188 s.
Kvanttimetrologia ja perusvakiot. M.: Mir, 1981, 368 s.