Участник:Ignat99/Фундаментальные физические постоянные

Фундамента́льные физи́ческие постоя́нные — постоянные, входящие в уравнения, описывающие фундаментальные законы природы и свойства материи.^[1] Фундаментальные физические постоянные возникают в теоретических моделях наблюдаемых явлений в виде универсальных коэффициентов в соответствующих математических выражениях.

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, в небесной механике гелиоцентрическая постоянная считается постоянной, хотя она уменьшается с уменьшением массы Солнца, однако это изменение несущественно для космических полётов. 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 константы, 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 констант эволюция физической картины мира это переход от физики без фундаментальных констант (классическая физика) к физике с фундаментальными константами (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 h, введенная М. Планком в 1899 г. как размерный коэффициент в законе теплового излучения. К фундаментальным постоянным также ряд учёных относит гравитационную постоянную G, постоянную Больцмана k, элементарный заряд e (или постоянную тонкой структуры $\alpha$ ) и космологическую константу $\Lambda$ . 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 называемый вакуумного среднего поля Хиггса.

Фундаментальные физические постоянные^[2][править | править код]

Величина	Символ	Значение	Прим.
скорость света в вакууме	$\ c$	299 792 458 м·с⁻¹	точно
гравитационная постоянная	$\ G$	6,673 84(80)⋅10⁻¹¹ м³·кг⁻¹·с⁻²	a
постоянная Планка (элементарный квант действия)	$\ h$	6,626 069 57(29)⋅10⁻³⁴ Дж·с	a
постоянная Дирака (приведённая постоянная Планка)	$\hbar =h/2\pi$	1,054 571 726(47)⋅10⁻³⁴ Дж·с	a
элементарный заряд	$\ e$	1,602 176 565(35)⋅10⁻¹⁹ Кл	a
постоянная Больцмана	$\ k$	1,380 6488(13)⋅10⁻²³ Дж·К⁻¹	a

Электромагнитные постоянные[править | править код]

Название	Символ	Значение	Прим.
магнитная постоянная	$\mu _{0}=1/(\varepsilon _{0}c^{2})$	$1,25663706\times 10^{-6}$ Гн/м $=1,25663706\times \ 10^{-6}$ Н/А²	a
волновое сопротивление вакуума	$Z_{0}=\mu _{0}c={\frac {1}{\varepsilon _{0}c}}$	$119.9169832\;\pi \ \Omega$ точно, или $\approx 376.730\ 313\ 461\ 77\ldots \Omega$ .	точно
электрическая постоянная	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8,854 187 817 620… ⋅10⁻¹² Ф·м⁻¹	точно
постоянная Кулона	$k={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$	8.987 551 787... × 109 N·m²·C⁻²	точно

Планковские величины (размерные комбинации постоянных c, G, h, k)[править | править код]

Название	Символ	Значение	Прим.
планковская масса	$m_{p}=(\hbar c/G)^{1/2}$	2,176 44(11)⋅10⁻⁸ кг	a
планковская длина	$l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{1/2}$	1,616 252(81)⋅10⁻³⁵ м	a
планковское время	$t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{1/2}$	5,391 24(27)⋅10⁻⁴⁴ с	a
планковская температура	$T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{1/2}$	1.416785(71) ⋅10³² K	a

Постоянные, связывающие разные системы единиц[править | править код]

Название	Символ	Значение	Прим.
постоянная тонкой структуры	$\alpha =e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c$ (система СИ)	7,297 352 5376(50)⋅10⁻³	a
постоянная тонкой структуры	$\alpha ^{-1}$	137,035 999 679(94)	a
электрическая постоянная	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8,854 187 817 620… ⋅10⁻¹² Ф·м⁻¹	точно
атомная единица массы	$\ m_{u}$ = 1 а. е. м.	1,660 538 782(83)⋅10⁻²⁷ кг	a
число Авогадро	$\ L,N_{A}$	6,022 141 29(27)⋅10²³ моль⁻¹^[3]	a

Некоторые другие физические постоянные[править | править код]

Название	Символ	Значение	Прим.
масса электрона	$\ m_{e}$	9,109 382 15(45)⋅10⁻³¹ кг	a
масса протона	$\ m_{p}$	1,672 621 637(83)⋅10⁻²⁷ кг	a
масса нейтрона	$\ m_{n}$	1,674 927 211(84)⋅10⁻²⁷ кг	a
постоянная Фарадея	$\ F=N_{A}e$	96 485,3399(24) Кл·моль⁻¹	a
универсальная газовая постоянная	$\ R=kN_{A}$	8,314 472(15) Дж·К⁻¹·моль⁻¹	a
удельный молярный объём идеального газа (при 273,15 К, 101,325 кПа)	$\ V_{m}$	22,413 996(39)⋅10⁻³ м³·моль⁻¹	a
стандартное атмосферное давление	атм	101 325 Па	точно
боровский радиус	$a_{0}=\alpha /(4\pi R_{\infty })$	0,529 177 208 59(36)⋅10⁻¹⁰ м	a
энергия Хартри	$E_{h}=2R_{\infty }hc$	4,359 743 94(22)⋅10⁻¹⁸ Дж	a
постоянная Ридберга	$R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{e}c/2h$	1,097 373 156 853 9(55)⋅10⁷ м⁻¹	a
магнетон Бора	$\mu _{B}=e\hbar /2m_{e}$	927,400 915(23)⋅10⁻²⁶ Дж·Тл⁻¹	a
магнитный момент электрона	$\mu _{e}$	−928,476 377(23)⋅10⁻²⁶ Дж·Тл⁻¹	a
g-фактор свободного электрона	$g_{e}=2\mu _{e}/\mu _{B}$	2,002 319 304 362 2(15)	a
ядерный магнетон	$\mu _{N}$	5,050 783 24(13)⋅10⁻²⁷ Дж·Тл⁻¹	a
магнитный момент протона	$\mu _{p}$	1,410 606 662(37)⋅10⁻²⁶ Дж·Тл⁻¹	a
гиромагнитное отношение протона	$\gamma _{p}=2\mu _{p}/\hbar$	2,675 222 099(70)⋅10⁸ с⁻¹·Тл⁻¹	a
первая радиационная постоянная	$c_{1}=2\pi hc^{2}$	3,741 771 18(19)⋅10⁻¹⁶ Вт·м²	a
вторая радиационная постоянная	$c_{2}=hc/k$	1,438 7752(25)⋅10⁻² м·К	a
постоянная Стефана-Больцмана	$\sigma =(\pi ^{2}/60)k^{4}/\hbar ^{3}c^{2}$	5,670 400(40)⋅10⁻⁸ Вт·м⁻²·К⁻⁴	a
постоянная Вина	$b=c_{2}/4,965114231...$	2,8977685(51)⋅10⁻³м·К	а
стандартное ускорение свободного падения на поверхности Земли	$g_{n}$	9,806 65 м·с⁻²	точно
Температура тройной точки воды	$T_{0}$	273,16 K	точно