Что такое константа в физике и зачем она нужна?
В физике константа — это значение, которое не меняется в рамках определенной теории или модели. Она используется для описания фундаментальных свойств и законов природы.
Константы очень важны, потому что они позволяют установить определенные значения для физических величин, которые неизменны в различных условиях и могут быть использованы для проведения различных расчетов и измерений.
Константы в физике можно разделить на две категории:
- Фундаментальные константы:
- Скорость света в вакууме (c) — 299,792,458 м/с
- Постоянная Планка (h) — 6.62607015 × 10^(-34) Дж·с
- Элементарный заряд (e) — 1.602176634 × 10^(-19) Кл
- Гравитационная постоянная (G) — 6.67430 × 10^(-11) м^3·кг^(-1)·с^(-2)
Эмпирические (опытные) константы:
- Ускорение свободного падения (g) — около 9.8 м/с^2
- Элементарный заряд (e) — 1.602176634 × 10^(-19) Кл
- Постоянная Больцмана (k) — 1.380649 × 10^(-23) Дж/К
Фундаментальные константы являются установленными стандартами, которые используются для определения других физических величин. Они имеют строгое определение и не могут быть изменены.
Эмпирические константы могут быть измерены экспериментально и часто используются для описания определенных явлений в определенных условиях. Они могут незначительно варьировать в зависимости от экспериментальных данных и точности измерения.
Вместе физические константы образуют основу для разработки физических моделей и теорий, а также для проведения различных расчетов и предсказаний. Они позволяют создавать универсальные законы природы и обеспечивают единый язык для физических исследований во всем мире.
Использование физических констант помогает упростить и обобщить физические явления и делает физику более точной и объективной наукой. Они являются основой для развития технологий и прогресса в научных и инженерных областях.
Универсальные физические постоянные (фундаментальные константы)
Можно было бы думать, что свойства мира определяются такими универсальными постоянными, как скорость света, заряд электрона или постоянная Планка, но это не так. Если бы даже каждая из этих постоянных изменилась, но изменилась так, что численное значение «альфа» по-прежнему осталось бы равным 1/137, мир тоже остался бы прежним, и мы никогда не смогли бы опознать, что в нем что-то изменилось. Но если «альфа» изменится хотя бы на одну миллионную, свойства нашего мира станут совершенно другими — например, в нем не сможет существовать жизнь. (физик Джон Бэрроу) |
Первичные физические постоянные
Свет от квазаров на своем пути длиной в миллиарды лет проходит через межзвездные облака металлов (железа, никеля, хрома).
В 1997 при его исследовании обнаружили, что он поглотил некоторые из фотонов света квазара. Но не те, которые ожидалось.
Единственное непроверенное разумное объяснение состоит в том, что постоянная тонкой структуры, или альфа (α),
имела различное значение в то время, когда свет проходил через облака.
Но ведь альфа определяет, как свет взаимодействует с материей, и не должна меняться.
Ее значение зависит от заряда электрона, скорости света и постоянной Планка. Какая же постоянная изменилась?
Согласно Н. Косинову, проведенные исследования показали, что используемые в современной физике
фундаментальные физические константы непосредственно происходят от перечисленных ниже констант вакуума:
- hu = 7,69558071(63)·10–37 Дж·с.
- Gu = 2,56696941(21)·10–45 Н·с2.
- Ru = 29,9792458 Ом.
- tu = 0,939963701(11)·10–23 с.
- lu = 2,817940285(31)·10–15 м.
Вторичные физические постоянные
Установлено, что современные фундаментальные физические постоянные имеют вторичный статус по отношению к найденным константам
и представляют собой различные комбинации констант hu, tu, lu и чисел π и α.
Константам, входящим в hu-tu-lu-π-α-базис, определен специальный статус – как универсальные суперконстанты.
На основе универсальных суперконстант получено новое значение гравитационной постоянной Ньютона, планковских констант
и найдена универсальная формула силы .
Новые фундаментальные физические константы дают широкие возможности для установления новых физических законов
и поиска констант взаимодействия для различных физических законов.
Все фундаментальные физические постоянные:
- Основные механические константы:
- Постоянная тонкой структуры α = 0,072973506; 1/α = 137,03604.
- Гравитационная постоянная G = 6,6720·10-11 Н·м2·кг-2.
- Скорость света в вакууме с = 2,99792458·108 м·с-1.
- Постоянная Планка ħ = 6,626176·10-34 Дж·с.
- Наименьшие из известных расстояний:
- Радиус первой боровской орбиты a = 0,52917706·10-10 м.
- Классический радиус электрона re = 2,8179380·10-15 м.
- Постоянная Ридберга R∞ = 10973731,77 м-1.
- Массы и энергии стабильных частиц:
- Масса покоя электрона me = 9,109534·10-31 кг 5,4858026·10-4 а.е.м.
- Энергия покоя электрона me·c2 = 0,5110034 МэВ.
- Масса покоя протона mp = 1,6726485·10-27 кг = 1,007276470 а.е.м.
- Энергия покоя протона mp·c2 = 938,2796 МэВ.
- Масса покоя нейтрона mn = 1,6749543·10-27 кг = 1,008665012 а.е.м.
- Энергия покоя нейтрона mn·c2 = 939,5731 МэВ.
- Отношение массы протона к массе электрона mp/me = 1836,15152.
- Атомная единица массы (10-3 кг·моль-1)/NA,
а.е.м. = 1,6605655(86)·10-27 кг. -
Массы атомов в а.е.м.:
водород 1H — 1,007825036;
дейтерий 2H — 2,014101795;
гелий-4 4He — 4,002603267. - Энергетические эквиваленты:
а.е.м. = 931,5016 МэВ;
1 электронвольт = 1,6021892·10-19 Дж. -
Энергия kT (при 25 °C) — энергетические эквиваленты:
4,11·10-21 Дж;
9,83·10-22 Кал;
0,0256 эВ;
2,479 кДж/моль;
0,593 кКал/моль.
- Магнитно-электрические константы:
- Магнитная постоянная μ = 4π·10-7 Гн·м-1 = 1,25663706144·10-6 Гн·м-1.
- Электрическая постоянная ε = (μc2)-1 8,85418782·10-12 Ф·м-1.
- Заряд электрона (абс. величина) e = 1,6021892·10-19 Кл = 4,803242·10-10 уд. СГСЭ.
- Отношение заряда электрона к его массе e/me = 1,7588047·1011 Кл·кг-1.
- Магнетон Бора μБ = 9,274078·10-24 Дж·Тл-1.
- Ядерный магнетон μN = 5,050824·10-24 Дж·Тл-1.
- Магнитный момент нейтрона в ядерных магнетонах μn/μN = 1,91315.
- Магнитный момент протона в ядерных магнетонах μp/μN = 2,7928456.
- Отношение Джозефсона 2e/h = 4,835939·1014 Гц·В-1.
- Квант магнитного потока Ф = h/2e = 2,0678506·10-15 Вб.
- Аэродинамические константы:
- Постоянная Авогадро NA = 6,022045·1023 моль-1.
- Постоянная Фарадея F = NA·e = 96484,56 Кл·моль-1.
- Молярная газовая постоянная R = 8,31441 Кл·моль-1·K-1.
- Объем моля идеального газа при нормальных условиях (1 атм, T0 = 273,15 К)
Vm = 22,41383·10-3 м3·моль-1. - Постоянная Больцмана k = R/NA = 1,380662·10-23 Дж·К-1.
Литература об универсальных константах
- 1. Peter J. Mohr and Barry N. Taylor. «CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 1998»;
NIST Physics Laboratory. Constants in the category «All constants»; Reviews of Modern Physics, (2000), v. 72, No. 2. - 2. D.C. Cole and H.E. Puthoff, «Extracting Energy and Heat from the Vacuum», Phys. Rev. E, v. 48, No. 2, 1993.
- 3. Ю.И. Манин. Математика и физика. М.: «Знание», 1979.
- 4. В.Л. Гинзбург. «Какие области физики и астрофизики представляются важными и интересными». УФН, №4, т. 169, 1999.
- 5. Н.В. Косинов. «Электродинамика физического вакуума». Физический вакуум и природа, №1, 1999.
- 6. Н.В. Косинов. «Физический вакуум и гравитация». Физический вакуум и природа, №4, 2000.
- 7. Н.В. Косинов. «Законы унитронной теории физического вакуума и новые фундаментальные физические константы».
Физический вакуум и природа, №3, 2000. - 8. N. Kosinov. «Five Fundamental Constants of Vacuum, Lying in the Base of all Physical Laws, Constants and Formulas».
Physical Vacuum and Nature, №4, 2000. - 9. Н.В. Косинов. «Пять универсальных физических констант, лежащих в основе всех фундаментальных rонстант, законов и формул физики».
Шестая Международная конференция «Современные проблемы естествознания». Программа и тезисы. С-Петербург, август, 2000 г. - 10. Н.В. Косинов. «Разгадка причин поразительного сходства формул законов Кулона и всемирного тяготения Ньютона».
Шестая Международная конференция «Современные проблемы естествознания». Программа и тезисы. С-Петербург, август, 2000 г. - 11. Н.В. Косинов. «Эманация вещества вакуумом и проблема структурогенеза». Идея, №2, 1994.
- 12. Н.В. Косинов. «Энергия вакуума». Энергия будущего века, №1, 1998.
- 13. Н.В. Косинов. «Универсальные физические суперконстанты».
- 14. Н.В. Косинов. «Новая фундаментальная физическая константа, лежащая в основе постоянной Планка».
- 15. N.V. Kosinov, Z.N. Kosinova. «Tie of Gravitational Constant G and Planck Constant h».
51st International Astronautical Congress 2…6 Oct. 2000 / Rio de Janeiro, Brazil. - 16. A. Пуанкаре. Наука и гипотеза. A. Пуанкаре. О науке. М., 1983.
- 17. В.А. Фирсов. «Философско-методологический анализ проблемы единства физики в концепции калибровочных полей».
Философия науки, №1(3), 1997.
Главная
Микромир:
Фундаментальные константы |
Элементарные частицы |
Альтернативная микрофизика
Близкие по теме страницы:
Гранты |
Эвристика и авторство
На правах рекламы (см.
условия):
статьи о строительстве http://stilin.ru/ КАК ПРАВИЛЬНО БЕГАТЬ ДЛЯ ПОХУДЕНИЯ высшее или среднее образование
Алфавитный перечень страниц (Alt-Shift-): А | 0-9 | |
|
На русском языке: фундаментальные константы, универсальные физические постоянные, кванты природы, На английском языке: Fundamental constants. |
«Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005.
Автор и владелец — Игорь Константинович Гаршин
(см. резюме).
Пишите письма
().
Страница обновлена 29.09.2023
Классификация констант
Константы в физике могут быть разделены на несколько классов в зависимости от их характеристик и области применения.
-
Фундаментальные константы: это физические величины, которые являются базовыми и не зависят от других фундаментальных величин.
Примерами фундаментальных констант являются скорость света в вакууме (с) и постоянная Планка (h).
-
Естественные константы: это константы, которые связаны с электромагнитными, гравитационными и ядерными взаимодействиями.
Примерами естественных констант являются электрическая постоянная (ε₀) и гравитационная постоянная (G).
-
Космологические константы: это константы, которые связаны с космологией и строением Вселенной.
Примером космологической константы является космологическая постоянная (Λ).
-
Математические константы: это числовые значения, используемые в математических уравнениях и формулах.
Примерами математических констант являются числа π и e.
-
Экспериментальные константы: это константы, которые определяются экспериментально и используются для описания физического процесса или явления.
Примером экспериментальной константы является скорость звука в среде (v).
Примеры некоторых констант
Константа
Обозначение
Значение
Размерность
Скорость света в вакууме
c
299 792 458 м/с
м/с
Постоянная Планка
h
6.62607015 × 10-34 Дж·с
Дж·с
Гравитационная постоянная
G
6.67430 × 10-11 м3·кг-1·с-2
м3·кг-1·с-2
Число π
π
3.14159265359…
без размерности
Классификация констант помогает установить их роль и значение в физических уравнениях и теориях. Константы играют важную роль в физике, обеспечивая единообразие и точность в описании физических явлений и процессов.
Примеры констант в физике:
- Скорость света в вакууме — константа, обозначаемая символом c. Ее значение равно приблизительно 299,792,458 метров в секунду.
- Постоянная Планка — символ h. Ее значение составляет около 6.62607015 × 10^-34 Дж · с.
- Элементарный заряд — обозначается символом e. Его значение равно примерно 1.602176634 × 10^-19 Кл.
- Гравитационная постоянная — символ G. Ее значение составляет около 6.67430 × 10^-11 Н · (м/кг)^2.
- Элементарная постоянная — обозначается символом α. Ее значение примерно равно 1/137.
- Заряд электрона — символ e. Модуль заряда электрона равен около 1.602176634 × 10^-19 Кл.
- Постоянная Больцмана — символ k. Ее значение составляет около 1.380649 × 10^-23 Дж/К.
Эти константы играют важную роль в различных физических уравнениях и формулах. Они позволяют нам определить фундаментальные величины и взаимодействия в нашей вселенной.