Фундамента́льные физи́ческие постоя́нные (вар.: конста́нта) — 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: а) численное значение некоторой величины вообще не зависит от каких-либо внешних параметров и не меняется со временем, б) 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 еще в классической физике в XVII в., но тогда она не играла фундаментальной роли. Фундаментальный статус скорость света приобрела после создания Дж.К. Максвеллом электродинамики 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 ) и космологическую константу . 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 должны каким-то пока неизвестным образом выводиться из более фундаментального масштаба массы (энергии) — т. н. вакуумного среднего поля Хиггса.
Содержание |
| Величина | Символ | Значение | Прим. |
|---|---|---|---|
| скорость света в вакууме | 299 792 458 м·с−1 | точно | |
| характеристическое сопротивление вакуума | 376,730 313 46177… Ω | точно | |
| гравитационная постоянная | 6,674 28(67)·10−11 м3·кг−1·с−2 | a | |
| постоянная Планка (элементарный квант действия) | 6,626 068 96(63)·10−34 Дж·с | a | |
| постоянная Планка (приведенная) | 1,054 571 628(53)·10−34 Дж·с | a | |
| элементарный заряд | 1,602 176 487(40)·10−19 Кл | a | |
| постоянная Больцмана | 1,380 6504(24)·10−23 Дж·К−1 | a | |
| магнитная постоянная (по старой терминологии — магнитная проницаемость вакуума) | Н·А−2 | точно | |
| 1,256 637 061 4359… ·10−6 Н·А−2 |
| Название | Символ | Значение | Прим. |
|---|---|---|---|
| планковская масса | 2,176 44(11)·10−8 кг | a | |
| планковская длина | 1,616 252(81)·10−35 м | a | |
| планковское время | 5,391 24(27)·10−44 с | a | |
| планковская температура | 1.416785(71) ·1032 K | a |
| Название | Символ | Значение | Прим. |
|---|---|---|---|
| постоянная тонкой структуры | (система СИ) | 7,297 352 5376(50)·10−3 | a |
| 137,035 999 679(94) | a | ||
| электрическая постоянная | 8,854 187 817 620… ·10−12 Ф·м−1 | точно | |
| атомная единица массы | = 1 а. е. м. | 1,660 538 782(83)·10−27 кг | a |
| число Авогадро | , | 6,022 141 79(30)·1023 моль−1 | a |
| Название | Символ | Значение | Прим. |
|---|---|---|---|
| масса электрона | 9,109 382 15(45)·10−31 кг | a | |
| масса протона | 1,672 621 637(83)·10−27 кг | a | |
| масса нейтрона | 1,674 927 211(84)·10−27 кг | a | |
| постоянная Фарадея | 96 485,3399(24) Кл·моль−1 | a | |
| газовая постоянная | 8,314 472(15) Дж·К−1·моль−1 | a | |
| удельный молярный объём идеального газа (при 273,15 К, 101,325 кПа) | 22,413 996(39)·10−3 м³·моль−1 | a | |
| стандартное атмосферное давление | atm | 101 325 Па | точно |
| боровский радиус | 0,529 177 208 59(36)·10−10 м | a | |
| энергия Хартри | 4,359 743 94(22)·10−18 Дж | a | |
| постоянная Ридберга | 1,097 373 156 853 9(55)·107 м−1 | a | |
| магнетон Бора | 927,400 915(23)·10−26 Дж·Тл−1 | a | |
| магнитный момент электрона | −928,476 377(23)·10−26 Дж·Тл−1 | a | |
| g-фактор свободного электрона | 2,002 319 304 362 2(15) | a | |
| ядерный магнетон | 5,050 783 24(13)·10−27 Дж·Тл−1 | a | |
| магнитный момент протона | 1,410 606 662(37)·10−26 Дж·Тл−1 | a | |
| гиромагнитное отношение протона | 2,675 222 099(70)·108 с−1·Тл−1 | a | |
| первая радиационная постоянная | 3,741 771 18(19)·10−16 Вт·м² | a | |
| вторая радиационная постоянная | 1,438 7752(25)·10−2 м·К | a | |
| постоянная Стефана-Больцмана | 5,670 400(40)·10−8 Вт·м−2·К−4 | a | |
| постоянная Вина | 2,8977685(51)·10−3м·К | а | |
| стандартное ускорение свободного падения на поверхности Земли | 9,806 65 м·с−2 | a | |
| Температура тройной точки воды | 273,16 K (точно) | a |
Фундаментальные физические постоянные.