Планковские единицы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пла́нковские едини́цы — система единиц измерения, одна из естественных систем единиц. Предложена в 1901 году немецким физиком Максом Планком и названа в его честь[1].

Система планковских единиц не имеет широкого распространения, потому что величины большинства входящих в неё единиц неудобны для практического использования (очень велики или очень малы). Однако, как и другие естественные системы единиц, она с большим успехом применяется в теоретической физике, поскольку в ней уравнения существенно упрощаются, их запись освобождается от излишних коэффициентов[2].

Основные единицы

[править | править код]

Ныне под планковской системой понимается система единиц, в которой в качестве основных единиц выбраны следующие фундаментальные физические постоянные[3]:

При этом значение коэффициента пропорциональности в законе Кулона выбрано равным единице[4].

Обычно, говоря о планковской системе, указывают, что в этом случае выполняется и Однако в действительности такая форма записи не точна. Она отражает лишь то, что соответствующая постоянная выбрана в качестве меры. Следует иметь в виду, что в планковской системе размерности отнюдь не исчезают, скорее наоборот, они приобретают фундаментальный характер, поскольку составляются из фундаментальных постоянных[4].

Производные единицы

[править | править код]

Из основных планковских единиц выводятся все остальные (производные) единицы системы, часть из которых приведена ниже. Значения и в единицах Международной системы единиц (СИ), использованные в расчётах, рекомендованы CODATA[5].

  • Планковская масса кг.
  • Планковская длина м.
  • Планковское время с.
  • Планковское ускорение м/с2.
  • Планковская энергия Дж.
  • Планковская температура К.
  • Планковский заряд Кл, где  — элементарный электрический заряд,  — постоянная тонкой структуры,  — постоянная Планка. Соответственно, постоянная тонкой структуры — это квадрат заряда электрона, выраженного в планковских зарядах.
  • Планковский ток А.
  • Планковская сила Н.
  • Планковское давление Па,
  • Планковская угловая частота c−1.
  • Планковская мощность (или планковская светимость) Вт.
  • Планковская площадь (или планковское сечение рассеяния) м2.
  • Планковский импульс кг·м/с.
  • Планковская плотность кг/м³.

Погрешность (в скобках после величины) выражается в единицах последней значащей цифры. Для большинства планковских единиц основной вклад в погрешность вносит относительная погрешность измерения гравитационной постоянной G (δG ≈ 2,2 × 10−5)[6], что значительно больше, чем относительная погрешность электрической постоянной ε0 (δε0 ≈ 1,5 × 10−10)[7], в то время как относительные погрешности постоянной Планка h, постоянной Больцмана kB, элементарного заряда e и скорости света c равны нулю — эти величины выражаются через единицы СИ как точные значения (поскольку соответствующие единицы в существующей в настоящее время редакции СИ определены через них). Таким образом, если в формулу для планковской единицы входит G±s, её относительная погрешность примерно равна s·δG (например, для единиц, в определение которых входит G1/2 или G−1/2, относительная погрешность примерно равна δG/2 ≈ 10−5). Одной из немногих планковских единиц, не включающих в своё определение G, является планковский заряд, поэтому его точность определяется погрешностью δε0.

Система планковских единиц впервые предложена в 1899 году Максом Планком на основе скорости света , гравитационной постоянной и двух ввёденных им новых постоянных теории теплового излучения и (они отличаются от современных постоянных и на безразмерные множители)[8]. Первоначально планковские единицы были введены в докладе, сделанном 18 мая 1899 года на заседании Академии наук в Берлине и посвящённом обзору теории явлений теплового излучения, рассматриваемых с точки зрения электромагнитной теории света, и значению второго начала термодинамики в ней.

Все до сих пор используемые системы единиц, в том числе так называемая абсолютная СГС-система, обязаны своим происхождением пока что случайному стечению обстоятельств, поскольку выбор единиц, лежащих в основе каждой системы, сделан не исходя из общей точки зрения, обязательно приемлемой для всех мест и времен, но исключительно исходя из потребностей нашей земной культуры… В связи с этим представляло бы интерес заметить, что, используя обе постоянные и мы получаем возможность установить единицы длины, массы, времени и температуры, которые не зависели бы от выбора каких-либо тел или веществ и обязательно сохраняли бы своё значение для всех времен и для всех культур, в том числе и внеземных и нечеловеческих, и которые поэтому можно было бы ввести в качестве «естественных единиц измерений».

[9]

В 1900 году Макс Планк предложил новый закон излучения (закон Планка), в котором фигурировали две новые постоянные и В 1901 году Планком была предложена система на основе постоянных и [1].

Примечания

[править | править код]
  1. 1 2 Шёпф, 1981, с. 182—184.
  2. Сена, 1968, с. 250.
  3. Чертов, 1977, с. 23.
  4. 1 2 Томилин, 2006, с. 210—211.
  5. Fundamental Physical Constants — Complete Listing.
  6. 2018 CODATA Value: Newtonian constant of gravitation Архивная копия от 23 сентября 2020 на Wayback Machine. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST.
  7. 2018 CODATA Value: vacuum electric permittivity Архивная копия от 3 июня 2016 на Wayback Machine. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST.
  8. Томилин, 2006, с. 126.
  9. Планк, 1975, с. 232.

Литература

[править | править код]
  • Планк М. Избранные труды. — Москва: Наука, 1975.
  • Томилин К. А. Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах. — Москва: Физматлит, 2006. — С. 209, 215—218, 222, 223, 271, 311. — 368 с. — ISBN 5-9221-0728-3.
  • Чертов А. Г. Единицы физических величин. — Москва: «Высшая школа», 1977. — С. 23. — 287 с.
  • Шёпф Х.-Г. Макс Планк Об элементарных квантах материи и электричества // От Кирхгофа до Планка. — Москва: Мир, 1981. — С. 182—184. — 16 700 экз.
  • Сена Л. А. Единицы физических величин и их размерности. — М.: Наука, 1968. — 306 с.
  • Сена Л. А. Единицы физических величин и их размерности. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1977. — 336 с.