Ֆիզիկական հաստատուններ

Ֆիզիկական հաստատուններ, ֆիզիկական մեծություններ, որոնք ընդհանուր առմամբ ունիվերսալ են բնության մեջ և հաստատուն են ժամանակի ընթացքում։ Դրանք կարող են կապ ունենալ մաթեմատիկական հաստատունների հետ, որոնք ֆիքսում են հաշվման արժեքները, բայց չեն կարող ամբողջովին ներառել ֆիզիկական չափումները։

Գիտության մեջ կան մի քանի ֆիզիկական հաստատուններ։ Նրանցից ոմանք լայնորեն ճանաչված են՝ լույսի արագությունը վակուումում (c), գրավիտացիոն հաստատունը (G), Պլանկի հաստատունը (h), էլեկտրական հաստատունը (ε₀) և տարրական էլեկտրական լիցքը (e)։ Ֆիզիկական հաստատունները ներառում են որոշակի չափողական իմաստային ձևեր. լույսի արագությունը ստանում է իր մեծագույն արժեքը տիեզերքում և դառնում է չափելի՝ և չափվում ժամանակի միջոցով, նրա արագությունը հավասար է էլեկտրամագնիսական ալիքի արագությանը։

Չափելի և չափազուրկ ֆիզիկական հաստատուններ

Ֆիզիկական որոշակի մեծություններ չափվում են որոշ ֆիզիկական հաստատուններով, որոնց հաշվելի արժեքները կախված չեն օգտագործվող համակարգի փոփոխությունից, սակայն կախված են օգտագործվող միավորների համակարգից։ Հետևաբար, այդ հաշվելի արժեքները (ինչպիսիք են 299 792 458 լույսի արագության հաստատունի համար (c) չափվում է «մեկ մետր մեկ վայրկյանում» միավորով) ֆիզիկայի այդ տեսության մեջ կանխատեսումներ չեն ընդունվում։

Քանի որ նրանց միավորները չեղարկվում են, միանման գործակիցներով ֆիզիկական հաստատունները կախված չեն միավորների համակարգից, այսպիսով նրանք մաքուր չափվող միավորներ են, որոնք ցույց են տալիս, որ ֆիզիկայի ապագա տեսությունը հեշտությամբ կարող է կանխատեսվել։ Բացի այդ, ֆիզիկայի բոլոր հավասարումները նկարագրող օրենքները կարող են բացահայտվել առանց ֆիզիկական չափող հաստատունների։ Այդ գործընթացը հայտնի է որպես «անչափելի», սակայն չափելի հաստատունները պահպանվում են։ Այսպիսով, տեսաբան ֆիզիկոսները այս չափողական արժեքները հակված են համարելու ֆիզիկայի հիմնարար հաստատուններ։

Սակայն, սահմանային հիմնարար ֆիզիկայի արժեքները նույնպես օգտագործվում են այլ ոլորտներում։ Օրինակի համար, «Ստանդարտների և տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտ»-ը օգտագործում է ժամանակը՝ այնպիսի տիեզերական ֆիզիկական արժեքների հաստատուն լինելը ապացուցելու համար, ինչպիսիք են լույսի արագությունը (c) և գրավիտացիոն հաստատունը (G)։

Նուրբ կառուցվածքի հաստատունը հավանաբար ամենահայտնի հաստատունն է հիմնարար ֆիզիկայի չափողական հաստատուններից։ Մի քանի փորձեր արձանագրել են դրա արժեքը (ներկայումս չափված՝ մոտավորապես 1/137,035999) տեսականորեն, բայց առայժմ լիովին համոզվել չի հաջողվել։ Գտել են նաև զանգվածի հիմնարար մասնիկների հարաբերությունները (ինչպիսիք են m_p/m_e, մոտավորապես 1836,152672)։ 20-րդ դարում քվանտային քիմիայի զարգացման հետ, սակայն, հսկայական թվով նախկինում անբացատրելի չափողական ֆիզիկական հաստատուններ հաջողությամբ հաշվարկվել են տեսականորեն։ Այսպիսով, շատ տեսաբաններ դեռ հույս ունեն, որ կշարունակվի այլ ֆիզիկական չափելի հաստատունների բացահայտումը։

Այս ամենը ցույց է տալիս, որ տիեզերքը կարող է լինել շատ տարբեր, երբ այդ հաստատունները ստանում են արժեքներ, զգալիորեն տարբերվում են նրանից՝ ինչ մենք տեսնում ենք։ Օրինակ, նուրբ կառուցվածքի հաստատունի արժեքի չնչին փոփոխությունը կարող է բավականացնել այնպիսի աստղեր վերացնելու համար, ինչպիսին մեր Արեգակն է։

Տիեզերական հաստատունների աղյուսակ

Քանակ	Նշանակում	Արժեք	Հարաբերական բազային անորոշություն
Լույսի արագությունը վակուումում	c	299 792 458 մ·վ⁻¹	Սահմանված
Գրավիտացիոն հաստատուն	G	6,67384(80)×10⁻¹¹ մ³·կգ⁻¹·վ⁻²	1,2 × 10⁻⁴
Պլանկի հաստատուն	h	6,626 069 57(29) × 10⁻³⁴ Ջ·վ	4,4 × 10⁻⁸
Պլանկի կրճատված հաստատուն	h/2π	1,054 571 726(47) × 10⁻³⁴ Ջ·վ	4,4 × 10⁻⁸

Էլեկտրամագնիսական հաստատունների աղյուսակ

Քանակ	Նշանակում	Արժեք	Հարաբերական բազային անորոշություն
Մագնիսական հաստատուն	μ₀	4π × 10⁻⁷ Ն·Ա⁻² = 1,256 637 061... × 10⁻⁶ Ն·Ա⁻²	սահմանված
Էլեկտրական հաստատուն	ε₀	8,854 187 817... × 10⁻¹² Ֆ·մ⁻¹	սահմանված
Վակուումային դիմադրություն	Z₀	376,730 313 461... Ω	սահմանված
Կուլոնի հաստատուն	k_e	8,987 551 787... × 109 Ն·մ²·Կ⁻²	սահմանված
Տարրական լիցք	ε	1,602 176 565(35) × 10⁻¹⁹ Կ	2,2 × 10⁻⁸
Բորի մագնետոն	μ_Β=eħ/2m_e	9,274 009 68(20) × 10⁻²⁴ Ջ·Տլ⁻¹	2,2 × 10⁻⁸
Քվանտային կոնդուկտանս	G⁰=2e²/h	7,748 091 7346(25) × 10⁻⁵ Ս	3,2 × 10⁻¹⁰
Հակադարձ քվանտային կոնդուկտանս	G₀⁻¹=h/2e²	12 906,403 7217(42) Ω	3,2 × 10⁻¹⁰
Ջոզեֆսոնի հաստատուն	K_J=2e/h	4,835 978 70(11) × 1014 Հց·Վ⁻¹	2,2 × 10⁻⁸
Մագնիսական քվանտային հոսք	φ₀=h/2e	2,067 833 758(46) × 10⁻¹⁵ Վբ	2,2 × 10⁻⁸
Միջուկային մագնետոն	μ_N=eħ/2m_p	5,050 783 53(11) × 10⁻²⁷ Ջ·Տլ⁻¹	2,2 × 10⁻⁸
Ֆոն Կլիտցինգի հաստատուն	R_K=h/e²	25 812,807 4434(84) Ω	3,2 × 10⁻¹⁰

Ֆիզիկական հիմնական հաստատունները

Մեծությունը	Նշան	Նշանակությունը	Օրինակ
Լույսի արագությունը վակուումում	$\ c$	299 792 458 մ•ս⁻¹ = 2,99792458×10⁸ մ•ս⁻¹	հաստատ
Գրավիտացիոն հաստատուն	$\ G$	6,674 08(31)×10⁻¹¹ մ³•կգ⁻¹•ս⁻²	a
Պլանկի հաստատուն (տարրական քվանտի գործողություն)	$\ h$	6,626 070 040(81)×10⁻³⁴ Ջ•ս	a
Դիրակի հաստաուն (ներկայի Պլանկի հաստատուն)	$\hbar =h/2\pi$	1,054 571 800(13)×10⁻³⁴ Ջ•ս	a
Տարրական էլեկտրական լիցք	$\ e$	1,602 176 6208(98)×10⁻¹⁹ Կլ = 4,803 204 673(29)×10⁻¹⁰	a
Բոլցմանի հաստատուն	$\ k$	1,380 648 52(79)×10⁻²³ Ջ•Կ⁻¹	a

Պլանկի մեծություններ

Անվանում	Նշան	Նշանակություն	Օրինակ
Պլանկի զանգված	$m_{p}=(\hbar c/G)^{1/2}$	2,176 470(51)×10⁻⁸ կգ^[1]	a
Պլանկի երկարություն	$l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{1/2}$	1,616 229(38)×10⁻³⁵ մ^[2], Fundamental Physical Constants — Complete Listing^[3]	a
Պլանկի ժամանակ	$t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{1/2}$	5,391 16(13)×10⁻⁴⁴ ս^[4]	a
Պլանկի ջերմաստիճան	$T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{1/2}$	1,416 808(33) ×10³² Կ^[5]	a

Միավորների տարբեր համակարգերը կապող հաստատուններ

Անվանում	Նշան	Նշանակություն	Օրինակ
նուրբ կառուցվածքի հաստատուն	$\alpha =e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c$	7,297 352 5664(17)×10⁻³	a
նուրբ կառուցվածքի հաստատուն	$\alpha ^{-1}$	137,035 999 139(31)	a
էլեկտրական հաստատուն	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8,854 187 817 620… ×10⁻¹² Ֆ•մ⁻¹	հաստատ
զանգվածի ատոմական միավոր	$\ m_{u}$ = 1 զ. ա. մ.^[6]	1,660 539 040(20)×10⁻²⁷ կգ = (6,022 140 857(74)×10²³)⁻¹ գ, կամ գ•(զ.ա.մ.)⁻¹	a
	1 զ.ա.մ.	1,492 418 062(18)×10⁻¹⁰ Ջ = 931,494 0954(57)×10⁶ Էվ = 931,494 0954(57) ՄէՎ^[7]
Ավոգադրոյի հաստատուն	$\ L,N_{A}$	6,022 140 857(74)×10²³ մոլ⁻¹^[8]	a
1 էլեկտրոն-վոլտ	էՎ	1,602 176 6208(98)×10⁻¹⁹ Ջ = 1,602 176 6208(98)×10⁻¹²
1 կալորիա	1 կալ	4,1868 Ջ	հաստատ
լիտր	1 լ•զամ	101,325 Ջ
	2,30259 RT^[9]	5,706 կՋ•մոլ⁻¹
	1 կՋ•մոլ⁻¹	83,593 սմ⁻¹^[10]

Որոշ այլ ֆիզիզկական հաստատուններ

Անվանում	Նշան	Նշանակություն	Օրինակ
Տարրական մասնիկների զանգված՝ Էլեկտրոնի զանգված	$\ m_{e}$	9,109 383 56(11)×10⁻³¹ կգ (абсол.) = 0,0005485799090(16) զ.ա.մ	a
պրոտոնի զանգված	$\ m_{p}$	1,672 621 898(21)×10⁻²⁷ кг = 1,007276466879(91) զ.ա.մ	a
նեյտրոնի զանգված	$\ m_{n}$	1,674 927 471(21)×10⁻²⁷ кг = 1,008 664 915 88(49) զ.ա.մ.	a
М պրոտոն գումարած էլեկտրոն	$\ m_{p+e}$	= 1,673 532 836(57)×10⁻²⁷ кг = 1,007 825(04719) զ.ա.մ.
էլեկտրոնի մագնիսական մոմենտ	$\mu _{e}$	−928,476 4620(57)×10⁻²⁶ Ջ•Տլ⁻¹	a
պրոտոնի մագնիսական մոմենտ	$\mu _{p}$	1,410 606 7873(97)×10⁻²⁶ Ջ•Տլ⁻¹	a
Բորի մագնետոն	$\mu _{B}=e\hbar /2m_{e}$	927,400 9994(57)×10⁻²⁶ Ջ•Տլ⁻¹^[11]	a
միջուկային մագնետոն	$\mu _{N}$	5,050 783 699(31)×10⁻²⁷ Ջ•Տլ⁻¹	a
գ-ֆակտոր ազատ էլէկրոնի	$g_{e}=2\mu _{e}/\mu _{B}$	2,002 319 304 361 82(52)	a
պրոտոնի գիոմագնիսական հարաբերությունները	$\gamma _{p}=2\mu _{p}/\hbar$	2,675 221 900(18)×10⁸ ս⁻¹•Տլ⁻¹	a
Ֆարադեյի հաստատուն	$\ F=N_{A}e$	96 485,332 89(59) Կլ•մոլ⁻¹	a
գազային հաստատուն	$\ R=kN_{A}$	8,314 4598(48) Ջ•Կ⁻¹•моль⁻¹ = 0,082057 լ•զամ•Կ⁻¹•մոլ⁻¹	a
իդեալական գազի մոլային ծավալ (մինչ 273,15 Կ, 101,325 կՊա)	$\ V_{m}$	22,413 962(13)×10⁻³ մ³•մոլ⁻¹	a
կայուն մթնոլորտային ճնշում (Ն.պ)	զ.ա.մ	101 325 Պա	հաստատ
Բորովսկիի շառավիղը	$a_{0}=\alpha /(4\pi R_{\infty })$	0,529 177 210 67(12)×10⁻¹⁰ մ	a
Հարթրիի էներգիա	$E_{h}=2R_{\infty }hc$	4,359 744 650(54)×10⁻¹⁸ Ջ	a
Ռիդբերգի հաստատուն	$R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{e}c/2h$	10 973 731,568 508(65) մ⁻¹	a
առաջին ռադիացիոն հաստատունը	$c_{1}=2\pi hc^{2}$	3,741 771 790(46)×10⁻¹⁶ Վտ•մ²	a
երկրորդ ռադիացիոն հաստատունը	$c_{2}=hc/k$	1,438 777 36(83)×10⁻² մ•Կ	a
Ստեֆան-Բոլցմանի հաստատուն	$\sigma =(\pi ^{2}/60)k^{4}/\hbar ^{3}c^{2}$	5,670 367(13)×10⁻⁸ Վտ•մ⁻²•Կ⁻⁴	a
Վինի հաստատուն	$b=c_{2}/4,965114231...$	2,897 7729(17)×10⁻³մ•Կ	а
ազատ անկման արագացումը հողի մակերեսին	$g_{n}$	9,806 65 մ•ս⁻²	հաստատ
Ջրի եռման ջերմաստիճանը	$T_{0}$	273,16 Կ	հաստատ

Ծանոթագրություններ

↑ Planck mass. physics.nist.gov. Проверено 28 июня 2015. Архивировано 22 мая 2013 года.
↑ «Planck length» (англ.), NIST’s published CODATA constants
↑ Fundamental Physical Constants — Complete Listing
↑ Planck time. physics.nist.gov. Проверено 28 июня 2015. Архивировано 22 мая 2013 года.
↑ Planck temperature. physics.nist.gov. Проверено 28 июня 2015. Архивировано 22 мая 2013 года
↑ Читается: грамм(ов) на 1 атомную единицу массы
↑ из соотношения E = mc2
↑ Avogadro constant — CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants
↑ из отношения, определяющего зависимость свободной энергии от концентрации (парциального давления): {\displaystyle G=G^{\circ }+RT~\mathrm {ln} \left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\right)} G=G^{\circ }+RT~{\mathrm {ln}}\left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\right) 2,30259 — модуль перехода (логарифмы)
↑ из соотношения {\displaystyle E=hv=hc{\bar {v}}} E=hv=hc{\bar {v}}, где {\displaystyle {\bar {v}}} {\bar {v}} выражено в обратных сантиметрах см−1
↑ Bohr magneton. physics.nist.gov. Проверено 17 января 2015. Архивировано 22 мая 2013 года.

Արտաքին հղումներ

Fundamental Physical Constants — Complete Listing (անգլ.).
Cohen E.R., Crowe C.M., Dumond J.W.M. Fundamental constants of physics. N.Y., L., 1957, 287 p.
Barrow J.D. The Constants of Nature: From Alpha to Omega. London: Jonathan Cape, 2002. N.Y.: Pantheon, 2003, 353 p.
Wilczek F. Fundamental Constants // arXiv:0708.4361v1 (pdf), то же: Frank Wilczek web site.
Окунь Л. Б. Фундаментальные константы физики // УФН, 161 (9) с.177-194 (1991) (pdf).
Каршенбойм С. Г. Фундаментальные физические константы: роль в физике и метрологии и рекомендованные значения // УФН, 175, № 3, с.271-298 (2005) (pdf).
Рубаков В. А. Иерархии фундаментальных констант (к пунктам 16, 17 и 27 из списка В. Л. Гинзбурга) // УФН, 177, № 4, c.407-414 (2007) (pdf).
Фритцш Х. Фундаментальные физические постоянные // УФН, 179, № 4, с.383-392 (2009) (pdf).
Томилин К. А. Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах. Արխիվացված 2014-07-14 Wayback Machine М.: Физматлит, 2006, 368 с. (djvu)
Спиридонов О. П. Фундаментальные физические постоянные. М.: Высшая школа, 1991, 238 с.
Сагитов М. У. Постоянная тяготения и масса Земли. М.: Наука, 1969, 188 с.
Квантовая метрология и фундаментальные константы. М.: Мир, 1981, 368 с.

[1] Planck mass. physics.nist.gov. Проверено 28 июня 2015. Архивировано 22 мая 2013 года.

[2] «Planck length» (англ.), NIST’s published CODATA constants

[3] Fundamental Physical Constants — Complete Listing

[4] Planck time. physics.nist.gov. Проверено 28 июня 2015. Архивировано 22 мая 2013 года.

[5] Planck temperature. physics.nist.gov. Проверено 28 июня 2015. Архивировано 22 мая 2013 года

[6] Читается: грамм(ов) на 1 атомную единицу массы

[7] из соотношения E = mc2

[8] Avogadro constant — CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants

[9] из отношения, определяющего зависимость свободной энергии от концентрации (парциального давления): {\displaystyle G=G^{\circ }+RT~\mathrm {ln} \left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\right)} G=G^{\circ }+RT~{\mathrm {ln}}\left({\frac {p}{\displaystyle {p^{\circ }}}}\right) 2,30259 — модуль перехода (логарифмы)

[10] из соотношения {\displaystyle E=hv=hc{\bar {v}}} E=hv=hc{\bar {v}}, где {\displaystyle {\bar {v}}} {\bar {v}} выражено в обратных сантиметрах см−1

[11] Bohr magneton. physics.nist.gov. Проверено 17 января 2015. Архивировано 22 мая 2013 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]