Základní fyzikální konstanty

Základní fyzikální konstanty jsou konstanty zahrnuté v rovnicích, které popisují základní přírodní zákony a vlastnosti hmoty [1] . Základní fyzikální konstanty se objevují v teoretických modelech pozorovaných jevů ve formě univerzálních koeficientů v odpovídajících matematických výrazech.

Přehled

Slovo „konstanta“ se ve fyzice používá ve dvojím smyslu:

číselná hodnota určité veličiny vůbec nezávisí na žádných vnějších parametrech a nemění se s časem,
změna číselné hodnoty určité veličiny je pro uvažovaný problém nevýznamná.

Například heliocentrická konstanta, rovna součinu gravitační konstanty a hmotnosti Slunce , klesá v důsledku poklesu hmotnosti Slunce, ke kterému dochází v důsledku emise energie a emise slunečního záření . vítr . Protože však relativní pokles hmotnosti Slunce je asi 10 −14 , pak pro většinu problémů nebeské mechaniky lze heliocentrickou konstantu považovat za konstantu s uspokojivou přesností. Také ve fyzice vysokých energií konstanta jemné struktury , která charakterizuje intenzitu elektromagnetické interakce , roste s růstem přenesené hybnosti (na krátké vzdálenosti), ale její změna je nevýznamná pro širokou škálu běžných jevů, např. , pro spektroskopii.

Fyzikální konstanty se dělí na dvě hlavní skupiny – rozměrové a bezrozměrné konstanty. Číselné hodnoty rozměrových konstant závisí na volbě jednotek měření. Číselné hodnoty bezrozměrných konstant nezávisí na soustavách jednotek a musí být určeny čistě matematicky v rámci jednotné teorie. Z rozměrových fyzikálních konstant je třeba vyčlenit konstanty, které mezi sebou netvoří bezrozměrné kombinace, jejich maximální počet je roven počtu základních měrných jednotek - to jsou samotné základní fyzikální konstanty ( rychlost světla , Planck ' s konstantní atd.). Všechny ostatní rozměrové fyzikální konstanty jsou redukovány na kombinace bezrozměrných konstant a základních rozměrových konstant. Z hlediska fundamentálních konstant je vývoj fyzikálního obrazu světa přechodem od fyziky bez fundamentálních konstant (klasická fyzika) k fyzice s fundamentálními konstantami (moderní fyzika). Klasická fyzika si přitom zachovává svůj význam jako limitující případ moderní fyziky, kdy charakteristické parametry zkoumaných jevů mají daleko k fundamentálním konstantám.

Rychlost světla se v klasické fyzice objevila v 17. století, tehdy ale nehrála zásadní roli. Rychlost světla získala zásadní postavení po vytvoření elektrodynamiky J. K. Maxwellem a speciální teorie relativity A. Einsteina (1905). Po vytvoření kvantové mechaniky (1926) získala Planckova konstanta h , zavedená M. Planckem v roce 1901 jako rozměrový koeficient v zákoně tepelného záření, zásadní postavení . Řada vědců také odkazuje na základní konstanty gravitační konstantu G , Boltzmannovu konstantu k , elementární náboj e (neboli konstantu jemné struktury α ) a kosmologickou konstantu Λ . Základní fyzikální konstanty jsou přirozené stupnice fyzikálních veličin, přechod k nim jako k měrným jednotkám je základem konstrukce přirozeného (Planckova) systému jednotek . Vzhledem k historické tradici mezi fundamentální konstanty patří i některé další fyzikální konstanty spojené s konkrétními tělesy (například hmotnosti elementárních částic ), tyto konstanty však podle moderního pojetí musí být nějakým dosud neznámým způsobem odvozeny od fundamentálnější měřítko hmoty (energie), tzv. vakuum znamená Higgsovo pole .

Mezinárodně uznávaný soubor hodnot pro základní fyzikální konstanty a koeficienty pro jejich překlad je pravidelně publikován [2] CODATA Working Group on Fundamental Constants.

Základní fyzikální konstanty

Zde a níže jsou hodnoty doporučené CODATA v roce 2018.

Hodnota	Symbol	Význam	Poznámka.
rychlost světla ve vakuu	$\C$	299 792 458 m s −1 = 2,99792458⋅10 8 m s −1	přesně tak
gravitační konstanta	$\G$	6,674 30(15)⋅10 −11 m 3 kg −1 s −2
Planckova konstanta (elementární kvantum akce)	$\h$	6,626 070 15⋅10 −34 J s	přesně tak
Diracova konstanta (snížená Planckova konstanta )	$\hbar=h/2\pi$	1,054 571 817… ⋅10 −34 J s
elementární náboj	$\ e$	1 602 176 634⋅10 −19 C	přesně tak
Boltzmannova konstanta	$\k$	1,380 649⋅10 −23 J K −1	přesně tak

Planckovy veličiny (rozměrné kombinace konstant c, G, h, k )

název	Symbol	Význam
Planckova hmota	$m_{p}=(\hbar c/G)^{{1/2}}$	2,176 434(24)⋅10 −8 kg [3]
délka planku	$l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{{1/2}}$	1,616 255(18)⋅10 −35 m [4] [5]
planck čas	$t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{{1/2}}$	5,391 247(60)⋅10 −44 s [6]
Planckova teplota	$T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{{1/2}}$	1,416 784(16) ⋅10 32 K [7]

Konstanty spojující různé systémy jednotek a převodních faktorů

název	Symbol	Význam	Poznámka.
jemná struktura konstantní	$\alpha =e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c$ ( systém SI )	7 297 352 5693(11)⋅10 −3
jemná struktura konstantní	$\alpha^{-1}$	137 035 999 084(21)
elektrická konstanta	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8,854 187 8128(13) ⋅10 −12 f m −1
atomová hmotnostní jednotka	$\m_{u}$ = 1 a. jíst.	1 660 539 066 60(50)⋅10 −27 kg
	1a. jíst.	1,492 418 085 60(45)⋅10 −10 J = 931,494 102 42(28)⋅10 6 Ev = 931,494 102 42(28) MeV [8]
Avogadrova konstanta	$\ N_{A}$	6,022 140 76⋅10 23 mol −1 [9]	přesně tak
1 elektronvolt	eV	1,602 176 634⋅10 −19 J = 1,602 176 634⋅10 −12 erg	přesně tak
1 kalorie (mezinárodní)	1 kal	4,1868 J	přesně tak
litrovou atmosféru	1 l atm	101,325 J
	2,30259 RT [10]	5,706 kJ mol −1 (při 298 K)
	1 kJ mol −1	83,593 cm −1 [11]

Elektromagnetické konstanty

Následující konstanty byly přesné před změnami definice základní jednotky SI v letech 2018–2019 , ale v důsledku těchto změn se staly experimentálně stanovenými veličinami.

název	Symbol	Význam	Poznámka.
magnetická konstanta [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 (přes základní jednotky SI: kg m s −2 A −2 )	dříve přesně H/m $4\pi \times 10^{{-7}}$
vakuová impedance [13]	$Z_{{0}}=\mu _{0}c={\frac {1}{\varepsilon _{0}c}}$	$\approx 376,73$ Ohm.
elektrická konstanta	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8,854 187 8128(13) ⋅10 −12 F m −1 (přes základní jednotky SI: kg −1 m −3 s 4 A 2 )
Coulombova konstanta	$k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$	≈ 8,987 55 ⋅10 9 F −1 m (přes základní jednotky: kg m 3 s −4 A −2 )

Některé další fyzikální konstanty

název	Symbol	Význam	Poznámka.
Hmotnosti elementárních částic: hmotnost elektronů	$\mě}$	9,109 383 7015(28)⋅10 −31 kg (absolutně) = 0,000548579909065(16) a. e. m. (rel.)
protonová hmotnost	$\m_{p}$	1,672 621 923 69(51)⋅10 −27 kg = 1,007276466621(53) a. jíst.
hmotnost neutronu	$\m_{n}$	1,67492749804(95)⋅10 −27 kg = 1,00866491560(57) a. jíst.
M proton plus elektron (absolutní hmotnostatomu vodíku 1 H)	$\ m_{{p+e}}$	≈ 1,6735328⋅10 −27 kg = 1,007825 amu ( relativní )
magnetický moment elektronu	$\mu_e$	−928,476 470 43(28)⋅10 −26 J T −1
protonový magnetický moment	$\mu _{p}$	1 410 606 797 36(60)⋅10 −26 J T −1
Bohrův magneton	$\mu _{B}=e\hbar /2m_{e}$	927 401 007 83(28)⋅10 −26 J T −1 [14]
jaderný magneton	$\mu _{N}$	5 050 783 7461(15)⋅10 −27 J T −1
g faktor volného elektronu	$g_{e}=2\mu _{e}/\mu _{B}$	2 002 319 304 362 56(35)
protonový gyromagnetický poměr	$\gamma _{p}=2\mu _{p}/\hbar$	2,675 221 8744(11)⋅10 8 s −1 T −1
Faradayova konstanta	$\ F=N_{A}e$	96 485,332 12… C mol −1
univerzální plynová konstanta	$\ R=kN_{A}$	8,314 462 618… J K −1 mol −1 ≈ 0,082057 L atm K −1 mol −1
molární objem ideálního plynu (při 273,15 K, 101,325 kPa)	$\V_{m}$	22,413 969 54… ⋅10 −3 m³ mol −1
standardní atmosférický tlak ( n.s. )	bankomat	101 325 Pa	přesně tak
Bohrův poloměr	$a_{0}=\alpha /(4\pi R_{\infty })$	0,529 177 210 903(80)⋅10 −10 m
hartree energie	$E_{h}=2R_{\infty }hc$	4 359 744 722 2071(85)⋅10 −18 J
Rydbergova konstanta	$R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{e}c/2h$	10 973 731 568 160(21) m −1
první radiační konstanta	$c_{1}=2\pi hc^{2}$	3 741 771 852… ⋅10 −16 W m²
druhá radiační konstanta	$c_{2}=hc/k$	1,438 776 877… ⋅10 −2 m K
Stefan-Boltzmannova konstanta	$\sigma =(\pi ^{2}/60)k^{4}/\hbar ^{3}c^{2}$	5,670 374 419… ⋅10 −8 W m −2 K −4
neustálá chyba	$b=c_{2}/4,965114231...$	2,897 771 955… ⋅10 −3 m K
standardní zrychlení volného pádu na povrchu Země (průměrné)	$g_{n}$	9,806 65 m s −2	přesně tak
Teplota trojného bodu vody	$T_{0}$	273,16 K

Viz také

Astronomické konstanty

Poznámky

↑ Základní fyzikální konstanty Archivní kopie z 22. března 2012 na Wayback Machine // Physical Encyclopedia, vol. 5. M .: Great Russian Encyclopedia, 1998, str. 381-383.
↑ 1 2 CODATA Mezinárodně doporučené hodnoty základních fyzikálních konstant . Získáno 19. května 2008. Archivováno z originálu 2. června 2008. (neurčitý)
↑ Planck mass (nedostupný odkaz) . fyzika.nist.gov. Získáno 28. června 2015. Archivováno z originálu 14. června 2015. (neurčitý)
↑ NIST , „ Délka Planck Archived 22. listopadu 2018 na Wayback Machine “ , publikováno NIST Archived 13. srpna 2001 na Wayback Machine CODATA konstanty
↑ Základní fyzikální konstanty – kompletní výpis . Získáno 19. května 2008. Archivováno z originálu 8. prosince 2013. (neurčitý)
↑ Planck time (downlink) . fyzika.nist.gov. Získáno 28. června 2015. Archivováno z originálu 14. června 2015. (neurčitý)
↑ Planckova teplota (downlink) . fyzika.nist.gov. Získáno 28. června 2015. Archivováno z originálu 14. června 2015. (neurčitý)
↑ ze vztahu E = mc 2
↑ Konstanta Avogadro Archivováno 8. října 2013 na Wayback Machine - CODATA Mezinárodně doporučené hodnoty základních fyzikálních konstant
↑ z poměru, který určuje závislost volné energie na koncentraci (parciální tlak): 2,30259 je modul přechodu (logaritmy) $G=G^{\circ }+RT~{\mathrm {ln}}\left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\right)$
↑ z poměru , kde vyjádřeno v převrácených centimetrech cm −1 $E=hv=hc{\bar {v}}$ ${\bar {v}}$
↑ CODATA Hodnota: Propustnost vakua . Datum přístupu: 7. července 2014. Archivováno z originálu 4. března 2016. (neurčitý)
↑ CODATA Hodnota: Charakteristická impedance vakua (downlink) . Datum přístupu: 7. července 2014. Archivováno z originálu 4. března 2016. (neurčitý)
↑ Bohrův magneton . fyzika.nist.gov. Archivováno z originálu 16. srpna 2022. (neurčitý)

Odkazy

Základní fyzikální konstanty – kompletní výpis .
Cohen ER, Crowe CM, Dumond JWM Základní fyzikální konstanty. NY, L., 1957, 287 s.
Barrow JD Konstanty přírody: Od alfy k omeze. Londýn: Jonathan Cape, 2002. NY: Pantheon, 2003, 353 s.
Wilczek F. Fundamental Constants // arXiv:0708.4361v1 (pdf), totéž: Frank Wilczek web site .
Okun L. B. Základní konstanty fyziky // UFN, 161 (9) s. 177-194 (1991) (pdf).
Karshenboim S.G. Základní fyzikální konstanty: role ve fyzice a metrologii a doporučené hodnoty // UFN, 175, č. 3, s. 271-298 (2005) (pdf).
Rubakov V.A. Hierarchie fundamentálních konstant (k bodům 16, 17 a 27 ze seznamu V. L. Ginzburga) // UFN, 177, č. 4, s. 407-414 (2007) (pdf).
Fritzsch H. Základní fyzikální konstanty // UFN, 179, č. 4, s. 383-392 (2009) (pdf).
Tomilin K.A. Základní fyzikální konstanty v historických a metodologických aspektech. Moskva: Fizmatlit, 2006, 368 s. (djvu)
Spiridonov O.P. Základní fyzikální konstanty. M.: Vyšší škola, 1991, 238 s.
Sagitov M.U. Gravitační konstanta a hmotnost Země. M.: Nauka, 1969, 188 s.
Kvantová metrologie a základní konstanty. M.: Mir, 1981, 368 s.