Физичка константа

Физичка константа (физичка постојана) — физичка величина за која се смета дека е универзална во природата и постојана со низ времето. Како таква се разликува од математичката константа, која е утврдена бројчена вредност но сама по себе не подразбира физички мерења.

Во науката постојат многу физички константи. Меѓу општопознатите спаѓаат брзината на светлината во вакуум c, гравитациската константа G, Планковата константа h, електричната константа ε₀ и елементарниот полнеж e. Физичките константи заземаат разни димензионални облици: брзината на светлината ја означува најголемата можна брзина во вселената и се изразува димензионално како должина поделена со изминато време. Од друга страна, константата на фината структура α, која ја карактеризира силата на електромагнетното заемодејство, е бездимензионална величина.

Димензионални и бездимензионални физички константи

Додека физичката величина што ја означува некоја физичка константа не зависи од мерниот систем што ја изразува, бројчената вредност на дименионалните физички константи зависи од единицата што ја користиме. Затоа овие бројчени вредности (како 299.792.458 за константата брзина на светлината c изразена во метри во секунда) не претставуваат вредности што може да ги предвиди физичката теорија.

Бидејќи нивните единици се поништуваат една со друга, соодносите на сличнодимензионлните физички константи не зависат од мерниот систем на овој начин, па затоа ти се чисти бездимензионални броеви чии вредности би можеле да се предвидат со некоја идна физичка теорија. Покрај ова, сите равенки на законитостите на физиката можат да се изразат без димензионални физички константи со постапка наречена обездимензионирање, но бездимензионалнтие константи и понатаму би останале. Затоа, теоретските физичари ги сметат овие бездимензионални величини за основни физички константи.

Меѓутоа, поимот „основна физичка константа“ се користи и на други начини. На пример, Националниот институт за стандарди и технологија на САД (NIST)^[1] под ова подразбира било која универзална физичка величина што се смета за постојана, како што е брзината на светлината c и гравитациската константа G.

Константата на фината структура α е веројатно најпознатата бездимензионална основна физичка константа. Направени се многу обиди да се добие нејзината вредност (измерена на ¹⁄_137,035999) од теоретско гледиште, но досега ниеден не вродил со плод. Истото важи и за бездимензионалниот сооднос на масите на основните честички (најочигледна е m_p/m_e, прибл. 1836,152672). Меѓутоа, со развојот на квантната хемија во XX век, теоријата успешно пресметала огромен број на претходно неописливи бездимензионални физички константи. Затоа некои теоретски физичари и понатаму се надеваат дека ќе дојдат до образложенија за вредностите на другите бездимензионални фички константи.

Познато е дека вселената би била многу поинаква кога овие вредности би биле значително различни од востановените. На пример, замо неколку проценти разлика во вредноста на константата на фината структура би довело до непостоење на ѕвезди како нашето Сонце. Оваа констатација има поттикнато некои антропни (човечки-посветени) објасненија за вредностите на некои бездимензионални основни физички константи.

Табела на универзални константи

Величина п р у	Симбол	Вредност[2][3]	Релативна стандардна неодреденост
брзина на светлината во вакуум	${\displaystyle c\,}$	299 792 458 m·s−1	утврдена
Њутнова гравитациска константа	${\displaystyle G\,}$	(6,67384 ± (80))⋅10-11 м3·kg−1·s−2	1,2 × 10−4
Планкова константа	${\displaystyle h\,}$	6,626 069 57(29) × 10−34 J·s	4,4 × 10−8
намалена Планкова константа	${\displaystyle \hbar =h/(2\pi )}$	1,054 571 726(47) × 10−34 J·s	4,4 × 10−8

Табела на електромагнетни константи

Величина п р у	Симбол	Вредност[2][3]	Релативна стандардна неодреденост
магнетна константа (вакуумска пропусност)	${\displaystyle \mu _{0}\,}$	4π × 10−7 N·A−2 = 1,256 637 061... × 10−6 N·A−2	утврдена
електрична константа (вакуумска ел. пропусност)	${\displaystyle \varepsilon _{0}=1/\mu _{0}c^{2}\,}$	8,854 187 817... × 10−12 F·m−1	утврдена
карактеристичен отпор на вакуумот	${\displaystyle Z_{0}=\mu _{0}c\,}$	376,730 313 461... Ω	утврдена
Кулонова константа	${\displaystyle k_{\mathrm {e} }=1/4\pi \varepsilon _{0}\,}$	8,987 551 787... × 109 N·m²·C−2	утврдена
елементарен полнеж	${\displaystyle e\,}$	1,602 176 565(35) × 10−19 C	2,2 × 10−8
Боров магнетон	${\displaystyle \mu _{\mathrm {B} }=e\hbar /2m_{e}}$	9,274 009 68(20) × 10−24 J·T−1	2,2 × 10−8
квант на електричен отпор	${\displaystyle G_{0}=2e^{2}/h\,}$	7,748 091 7346(25) × 10−5 S	3,2 × 10−10
обратен квант на спроводливост	${\displaystyle G_{0}^{-1}=h/2e^{2}\,}$	12 906,403 7217(42) Ω	3,2 × 10−10
Џозефсонова константа	${\displaystyle K_{\mathrm {J} }=2e/h\,}$	4,835 978 70(11) × 1014 Hz·V−1	2,2 × 10−8
квант на магнетен тек	${\displaystyle \phi _{0}=h/2e\,}$	2,067 833 758(46) × 10−15 Wb	2,2 × 10−8
јадрен магнетон	${\displaystyle \mu _{\mathrm {N} }=e\hbar /2m_{p}}$	5,050 783 53(11) × 10−27 J·T−1	2,2 × 10−8
фон Клицингова константа	${\displaystyle R_{\mathrm {K} }=h/e^{2}\,}$	25 812,807 4434(84) Ω	3,2 × 10−10

Табела на атомски и јадрени константи

Величина п р у		Симбол	Вредност[2][3]	Релативна стандардна неодреденост
Боров полупречник		${\displaystyle a_{0}=\alpha /4\pi R_{\infty }\,}$	5,291 772 1092(17) × 10−11 m	3,2 × 10−9
класичен електронски полупречник		${\displaystyle r_{\mathrm {e} }=e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}m_{e}c^{2}\,}$	2,817 940 3267(27) × 10−15 m	9,7 × 10−10
електронска маса		${\displaystyle m_{\mathrm {e} }\,}$	9,109 382 91(40) × 10−31 kg	4,4 × 10−8
Фермиева спојна константа		${\displaystyle G_{\mathrm {F} }/(\hbar c)^{3}}$	1,166 364(5) × 10−5 GeV−2	4,3 × 10−6
константа на фината структура		${\displaystyle \alpha =\mu _{0}e^{2}c/2h=e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c\,}$	7,297 352 5698(24) × 10−3	3,2 × 10−10
Хартриева енергија		${\displaystyle E_{\mathrm {h} }=2R_{\infty }hc\,}$	4,359 744 34(19) × 10−18 J	4,4 × 10−8
протонска маса		${\displaystyle m_{\mathrm {p} }\,}$	1,672 621 777(74) × 10−27 kg	4,4 × 10−8
квант на кружење		${\displaystyle h/2m_{\mathrm {e} }\,}$	3,636 947 5520(24) × 10−4 m² s−1	6,5 × 10−10
Ридбергова константа		${\displaystyle R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{\mathrm {e} }c/2h\,}$	10 973 731,568 539(55) m−1	5,0 × 10−12
Томсонов напречен пресек		${\displaystyle (8\pi /3)r_{\mathrm {e} }^{2}}$	6,652 458 734(13) × 10−29 m²	1,9 × 10−9
агол на слабо мешање		${\displaystyle \sin ^{2}\theta _{\mathrm {W} }=1-(m_{\mathrm {W} }/m_{\mathrm {Z} })^{2}\,}$	0,2223(21)	9,5 × 10−3

Табела на физичко-хемиски константи

Величина п р у		Симбол	Вредност[2][3]	Релативна стандардна неодреденост
единица за атомска маса		${\displaystyle m_{\mathrm {u} }=1\,\mathrm {u} \,}$	1,660 538 921(73) × 10−27 kg	4,4 × 10−8
Авогадров број		${\displaystyle N_{\mathrm {A} },L\,}$	6,022 141 29(27) × 1023 mol−1	4,4 × 10−8
Болцманова константа		${\displaystyle k=k_{\mathrm {B} }=R/N_{\mathrm {A} }\,}$	1,380 6488(13) × 10−23 J·K−1	9,1 × 10−7
Фарадеева константа		${\displaystyle F=N_{\mathrm {A} }e\,}$	96 485,3365(21)C·mol−1	2,2 × 10−8
прва константа на зрачењето		${\displaystyle c_{1}=2\pi hc^{2}\,}$	3,741 771 53(17) × 10−16 W·m²	4,4 × 10−8
	за спектрален блесок	${\displaystyle c_{\mathrm {1L} }\,}$	1,191 042 869(53) × 10−16 W·m² sr−1	4,4 × 10−8
Лошмитова константа	при ${\displaystyle T}$=273,15 K и ${\displaystyle p}$=101,325 kPa	${\displaystyle n_{0}=N_{\mathrm {A} }/V_{\mathrm {m} }\,}$	2,686 7805(24) × 1025 m−3	9,1 × 10−7
гасна константа		${\displaystyle R\,}$	8,314 4621(75) J·K−1·mol−1	9,1 × 10−7
моларна Планкова константа		${\displaystyle N_{\mathrm {A} }h\,}$	3,990 312 7176(28) × 10−10 J·s·mol−1	7,0 × 10−10
моларен волумен на идеален гас	при ${\displaystyle T}$=273,15 K и ${\displaystyle p}$=100 kPa	${\displaystyle V_{\mathrm {m} }=RT/p\,}$	2,271 0953(21) × 10−2 m³·mol−1	9,1 × 10−7
	при ${\displaystyle T}$=273,15 K и ${\displaystyle p}$=101,325 kPa		2,241 3968(20) × 10−2 m³·mol−1	9,1 × 10−7
Закур-Тетродева константа	при ${\displaystyle T}$=1 K и ${\displaystyle p}$=100 kPa	${\displaystyle S_{0}/R={\frac {5}{2}}}$ ${\displaystyle +\ln \left[(2\pi m_{\mathrm {u} }kT/h^{2})^{3/2}kT/p\right]}$	−1,151 7078(23)	2,0 × 10−6
	при ${\displaystyle T}$=1 K и ${\displaystyle p}$=101,325 kPa		−1,164 8708(23)	1,9 × 10−6
втора константа на зрачењето		${\displaystyle c_{2}=hc/k\,}$	1,438 7770(13) × 10−2 m·K	9,1 × 10−7
Штефан–Болцманова константа		${\displaystyle \sigma =\pi ^{2}k^{4}/60\hbar ^{3}c^{2}}$	5,670 373(21) × 10−8 W·m−2·K−4	3,6 × 10−6
Константа на Виновиот закон за поместувањето		${\displaystyle b=hck^{-1}/\,}$ 4.965 114 231...	2,897 7721(26) × 10−3 m·K	9,1 × 10−7

Табела на усвоени вредности

Величина		Симбол	Вредност (SI единици)	Релативна стандардна неодреденост
договорена вредност на Џозефсонова константа[4]		${\displaystyle K_{\mathrm {J-90} }\,}$	4,835 979 × 1014 Hz•V−1	утврдена
договорена вредност на фон Клицингова константа[5]		${\displaystyle R_{\mathrm {K-90} }\,}$	25 812,807 Ω	утврдена
моларна маса	константа	${\displaystyle M_{\mathrm {u} }=M({}^{12}\mathrm {C} )/12\,}$	1 × 10−3 kg•mol−1	утврдена
	на јаглерод-12	${\displaystyle M({}^{12}\mathrm {C} )=N_{\mathrm {A} }m({}^{12}\mathrm {C} )\,}$	1,2 × 10−2 kg•mol−1	утврдена
стандардно забрзување на гравитацијата („ге“, слободен пад на Земјата)		${\displaystyle g_{\mathrm {n} }\,\!}$	9,806 65 m•s−2	утврдена
стандардна атмосфера		${\displaystyle \mathrm {atm} \,}$	101 325 Pa	утврдена

Природни единици

Главна статија: Природни единици

Користејќи димензионална анализа, можеме да ги собереме димензионалните универзални физички константи во еден систем на мерни единици кој не се повикува на ниедна човечка замисла. Зависно од изборот на константи и нивниот распоред, добиените природни единици можат да добијат полезно физичко значење. На пример, долуприкажаните Планкови единици ги користат c, G, ħ, ε₀ и k_B за изведување на единици на начин што се однесува на обединети теории како што е квантната гравитација.

Име п р у	Димензија	Израз	Вредност[6] (SI единици)
Планкова должина	должина (L)	${\displaystyle l_{\text{P}}={\sqrt {\frac {\hbar G}{c^{3}}}}}$	1,616 255(18) × 10−35 m[7]
Планкова маса	маса (M)	${\displaystyle m_{\text{P}}={\sqrt {\frac {\hbar c}{G}}}}$	2,176 434(24) × 10−8 kg[8]
Планково време	време (T)	${\displaystyle t_{\text{P}}={\frac {l_{\text{P}}}{c}}={\frac {\hbar }{m_{\text{P}}c^{2}}}={\sqrt {\frac {\hbar G}{c^{5}}}}}$	5,391 247(60) × 10−44 s[9]
Планков полнеж	електричен полнеж (Q)	${\displaystyle q_{\text{P}}={\sqrt {4\pi \varepsilon _{0}\hbar c}}}$	1,875 546 037 78(14) × 10−18 C[10][11][12]
Планкова температура	температура (Θ)	${\displaystyle T_{\text{P}}={\frac {m_{\text{P}}c^{2}}{k_{\mathrm {B} }}}={\sqrt {\frac {\hbar c^{5}}{Gk_{\mathrm {B} }^{2}}}}}$	1,416 784(16) × 1032 K[13]

Поврзано

• Константа
• Физичка величина
• Табела на математички константи

Белешки

1. Тековни (2010) вредности на константите; NIST, 2011 (англиски)
2. Вредностите се наведени во нивниот т.н. „концизен облик“; бројот на загради во „стандардната несигурност“, што е вредноста помножена со „релативната стандардна неодреденост“.
3. P.J. Mohr, B.N. Taylor, and D.B. Newell (2011), "The 2010 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants" (6.0). Подготовка: J. Baker, M. Douma, and S. Kotochigova. Пристап [2 јуни 2011] - Национален институт за стандарди и технологија на САД, Гејтерсбург, MD 20899.
4. Ова е меѓународно усвоената вредност за реализација на претставите на волтот користејќи го Џозефсоновиот ефект.
   
5. Ова е меѓународно усвоената за реализација на претставите на омот користејќи го квантниот Холов ефект.
6. Фундаментални физички константи - NIST (англиски)
7. CODATA — Планкова должина (англиски)
8. CODATA — Планкова маса (англиски)
9. CODATA — Планково време (англиски)
10. CODATA — електрична константа (англиски)
11. CODATA — Планкова константа врз 2 пи (англиски)
12. CODATA — брзина на светлината во вакуум (англиски)
13. CODATA — Планкова температура (англиски)

Наводи

• Mohr, Peter J.; Barry N., Taylor; David B., Newell (2008). „CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006“ (PDF). Rev. Mod. Phys. 80: 633–730. Bibcode:2008RvMP...80..633M. doi:10.1103/RevModPhys.80.633.
• Barrow, John D. (2002), The Constants of Nature; From Alpha to Omega - The Numbers that Encode the Deepest Secrets of the Universe, Pantheon Books, ISBN 0-375-42221-8.

Надворешни врски

• Шеесет симболи - Нотингемски универзитет (англиски)
• Златна книга на IUPAC (англиски)