Просмотр кода страницы Фундаментальные физические постоянные

{{другие значения термина|Константа}}
'''Фундамента́льные физи́ческие постоя́нные''' ('''физические постоянные''', '''физические константы''', '''фундаментальные постоянные''', '''мировые постоянные''') — постоянные величины, входящие в уравнения, описывающие физические законы природы и свойства материи<ref>[http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4430.html Фундаментальные физические константы] {{Wayback|url=http://www.femto.com.ua/articles/part_2/4430.html |date=20120322170453 }} // Физическая энциклопедия, т. 5. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, с. 381—383.</ref>. Фундаментальные физические постоянные возникают в теоретических моделях наблюдаемых явлений в виде универсальных [[коэффициент]]ов в соответствующих математических выражениях.

== Обзор ==
Слово «постоянная» в физике употребляется в двояком смысле:
* численное значение некоторой величины вообще не зависит от каких-либо внешних параметров и не меняется со временем,
* изменение численного значения некоторой величины несущественно для рассматриваемой задачи.
Например, гелиоцентрическая постоянная, равная произведению [[Гравитационная постоянная|гравитационной постоянной]] на массу [[Солнце|Солнца]], уменьшается из-за уменьшения массы Солнца, происходящего вследствие излучения им энергии и испускания [[солнечный ветер|солнечного ветра]]. Однако, поскольку относительное уменьшение массы Солнца составляет величину порядка 10<sup>−14</sup>, то для большинства задач [[Небесная механика|небесной механики]] гелиоцентрическая постоянная с удовлетворительной точностью может рассматриваться как постоянная. Также в [[Физика высоких энергий|физике высоких энергий]] [[постоянная тонкой структуры]], характеризующая интенсивность [[Электромагнитное взаимодействие|электромагнитного взаимодействия]], растёт с ростом [[Переданный импульс|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 [[Безразмерная величина|безразмерных]] постоянных не зависят от систем единиц и должны определяться чисто математически в рамках единой теории. Среди размерных физических постоянных следует выделять постоянные, 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 постоянных, эволюция физической картины мира — это переход от физики без фундаментальных постоянных (классическая физика) к физике с фундаментальными постоянными (современная физика). Классическая физика при этом сохраняет своё значение как предельный случай современной физики, когда характерные параметры [[Фундаментальная наука|исследуемых явлений]] далеки от фундаментальных постоянных.

[[Скорость света]] появилась ещё в классической физике в XVII в., но тогда она не играла фундаментальной роли. Фундаментальный статус скорость света приобрела после создания электродинамики Дж. К. Максвеллом и специальной теории относительности А. Эйнштейном (1905). После создания квантовой механики (1926) фундаментальный статус приобрела [[постоянная Планка]] {{math|''h''}}, введённая М. Планком в 1901 г. как размерный коэффициент в законе теплового излучения. К фундаментальным постоянным также ряд учёных относит [[гравитационная постоянная|гравитационную постоянную]] {{math|''G''}}, [[постоянная Больцмана|постоянную Больцмана]] {{math|''k''}}, [[элементарный заряд]] {{math|''e''}} (или [[Постоянная тонкой структуры|постоянную тонкой структуры]] {{math|α}}) и [[Космологическая постоянная|космологическую постоянную]] {{math|Λ}}. Фундаментальные физические постоянные являются естественными масштабами физических величин, переход к ним в качестве единиц измерения лежит в основе построения [[Планковские единицы|естественной (планковской) системы единиц]]. К фундаментальным постоянным в силу исторической традиции также относят и некоторые другие физические постоянные, связанные с конкретными телами (например, массы [[Элементарная частица|элементарных частиц]]), однако эти постоянные должны, согласно современным представлениям, каким-то пока неизвестным образом выводиться из более фундаментального масштаба массы (энергии), так называемого [[Конденсат (квантовая теория поля)|вакуумного среднего]] [[Бозон Хиггса|поля Хиггса]].

Международно принятый набор значений фундаментальных физических постоянных и коэффициентов для их перевода регулярно издаётся<ref name=values/> Рабочей группой [[CODATA]] по фундаментальным постоянным.

== Фундаментальные физические постоянные ==
{{Основной источник|<ref name=values>{{Cite web |url=http://physics.nist.gov/cuu/Constants/ |title=CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants |access-date=2024-05-21 |archive-date=2008-06-02 |archive-url=https://web.archive.org/web/20080602090815/http://physics.nist.gov/cuu/Constants/ |deadlink=no |url-status=live }}</ref>}}
Здесь и далее приведены значения, рекомендованные CODATA на основании данных 2022 года.
{| class="wikitable"
|- bgcolor="#A0E0A0"
! Величина
! Символ
! Значение
! Прим.
|-
| [[скорость света]] в [[вакуум]]е
| <math>\ c</math>
| 299 792 458 м·с<sup>−1</sup><br>= 2,99792458{{e|8}} м·с{{sup|−1}}
| точно
|-
| [[гравитационная постоянная]]
| <math>\ G</math>
| 6,674 30(15){{e|−11}} м<sup>3</sup>·кг<sup>−1</sup>·с<sup>−2</sup>
|
|-
| [[постоянная Планка]] (элементарный квант действия)
| <math>\ h</math>
| 6,626 070 15{{e|−34}} Дж·с
| [[Изменения определений основных единиц СИ (2018)|точно]]
|-
| [[постоянная Дирака]] (приведённая [[постоянная Планка]])
| <math>\hbar = h/2\pi</math>
| 1,054 571 817… {{e|−34}} Дж·с
|
|-
| [[элементарный заряд]]
| <math>\ e</math>
| 1,602 176 634{{e|−19}} Кл
| [[Изменения определений основных единиц СИ (2018)|точно]]
|-
| [[постоянная Больцмана]]
| <math>\ k</math>
| 1,380 649{{e|−23}} Дж·К<sup>−1</sup>
| [[Изменения определений основных единиц СИ (2018)|точно]]
|-
|}

== Планковские величины (размерные комбинации постоянных ''c, G, h, k'') ==
{{main|Планковские единицы}}
{| class="wikitable"
|- bgcolor="#A0E0A0"
! Название
! Символ
! Значение
|-
| [[планковская масса]]
| <math>m_p = (\hbar c / G)^{1/2}</math>
| 2,176 434(24){{e|−8}} кг<ref>{{cite web|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkt{{!}}search_for=universal_in!|title=Planck mass|publisher=physics.nist.gov|accessdate=2015-06-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150614023748/http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkt%7Csearch_for=universal_in%21|archivedate=2015-06-14|deadlink=yes}}</ref>
|-
| [[планковская длина]]
| <math>l_p = (\hbar G / c^3)^{1/2}</math>
| 1,616 255(18){{e|−35}} м<ref>[[NIST]], «[http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkl Planck length] {{Wayback|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkl |date=20181122140121 }}»{{ref-en}}, [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html NIST’s published] {{Wayback|url=http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html |date=20010813140947 }} [[CODATA]] constants</ref><ref>{{Cite web |url=http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt |title=Fundamental Physical Constants — Complete Listing |access-date=2008-05-19 |archive-date=2013-12-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20131208020310/http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt |deadlink=no }}</ref>
|-
| [[планковское время]]
| <math>t_p = (\hbar G /c^5)^{1/2}</math>
| 5,391 247(60){{e|−44}} с<ref>{{cite web|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkt{{!}}search_for=universal_in!|title=Planck time|publisher=physics.nist.gov|accessdate=2015-06-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150614023748/http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkt%7Csearch_for=universal_in%21|archivedate=2015-06-14|deadlink=yes}}</ref>
|-
| [[планковская температура]]
| <math>T_p = \frac{1}{k} (\hbar c^5 / G)^{1/2}</math>
| 1,416 784(16) {{e|32}} [[Кельвин|К]]<ref>{{cite web|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkt{{!}}search_for=universal_in!|title=Planck temperature|publisher=physics.nist.gov|accessdate=2015-06-28|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150614023748/http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?plkt%7Csearch_for=universal_in%21|archivedate=2015-06-14|deadlink=yes}}</ref>
|}

== Постоянные, связывающие разные системы единиц, и переводные множители ==
{| class="wikitable"
|- bgcolor="#A0E0A0"
! Название
! Символ
! Значение
! Прим.
|-
| rowspan="2" | [[постоянная тонкой структуры]]
| <math>\alpha = e^2 /4 \pi \varepsilon_0 \hbar c</math> ([[система СИ]])
| 7,297 352 5643(11){{e|−3}}
|
|-
| <math>\alpha^{-1}</math>
| 137,035 999 177(21)
|
|-
| [[электрическая постоянная]]
| <math>\varepsilon_0 = 1/(\mu_0 c^2)</math>
| 8,854 187 8188(14) {{e|−12}} Ф·м<sup>−1</sup>
|
|-
| [[атомная единица массы]]
| <math>\ m_u</math> = 1 а. е. м.
| 1,660 539 068 92(52){{e|−27}} кг
|
|-
|
| 1 а. е. м.
| 1,492 418 087 68(46){{e|−10}} Дж<br> = 931,494 103 72(29) МэВ<ref>из соотношения E = mc{{sup|2}}</ref>
|
|-
| [[постоянная Авогадро]]
| <math>\ N_A</math>
| 6,022 140 76{{e|23}} моль{{sup|−1}}<ref>[http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?na|search_for=physchem_in! ''Avogadro constant''] {{Wayback|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?na%7Csearch_for=physchem_in%21 |date=20131008101218 }} — CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants</ref>
| точно
|-
| 1 [[электронвольт]]
| эВ
| 1,602 176 634{{e|−19}} Дж<br> = 1,602 176 634{{e|−12}} [[эрг]]
| точно
|-
| 1 [[калория|калория (международная)]]
| 1 кал
| 4,1868 [[Джоуль|Дж]]
|точно<ref name="std" />
|-
| [[Литр#Производные единицы|литр·атмосфера]]
| 1 л·атм
| 101,325 Дж
|
|-
|
| 2,30259 RT<ref>из отношения, определяющего зависимость [[Свободная энергия Гиббса|свободной энергии]] от концентрации (парциального давления): <math>G = G^\circ + RT ~ \mathrm{ln} \left ( \frac{p}{\displaystyle{p^\circ}} \right )</math><br> 2,30259 — [[модуль перехода (логарифмы)]]</ref>
| 5,706 кДж·моль{{sup|−1}} (при 298 К)
|
|-
|
| 1 кДж·моль{{sup|−1}}
| 83,593 см{{sup|−1}}<ref>из соотношения <math>E = hv = hc\bar{v}</math>, где <math>\bar{v}</math> выражено в обратных сантиметрах см{{sup|−1}}</ref>
|
|}

== Электромагнитные постоянные ==
Нижеследующие константы были точными до [[Изменения определений основных единиц СИ (2018)|изменений определений основных единиц СИ 2018—2019 годов]], но стали экспериментально определяемыми величинами в результате этих изменений.
{| class="wikitable"
|- bgcolor="#A0E0A0"
! Название
! Символ
! Значение
! Прим.
|-
| [[магнитная постоянная]]<ref>{{Cite web |url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0%7Csearch_for=Vacuum+permeability |title=CODATA Value: Vacuum permeability |access-date=2014-07-07 |archive-date=2016-03-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160304192714/http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0%7Csearch_for=Vacuum+permeability |deadlink=no }}</ref>
| <math>\mu_0 = 1/(\varepsilon_0 c^2)</math>
| 1,256 637 061 27(20) {{e|-6}} Гн·м<sup>−1</sup> = 1,256 637 061 27(20) {{e|-6}} [[Ньютон (единица измерения)|Н]]·[[Ампер|А]]<sup>−2</sup> (через основные единицы СИ: кг·м·с<sup>−2</sup>·А<sup>−2</sup>)
| ранее точно <math>4 \pi \times 10^{-7} </math> Гн/м
|-
| [[волновое сопротивление вакуума]]<ref>{{Cite web |url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?z0%7Csearch_for=characteristic+impedance+of+vacuum |title=CODATA Value: Characteristic impedance of vacuum |access-date=2014-07-07 |archive-date=2016-03-04 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160304200600/http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?z0%7Csearch_for=characteristic+impedance+of+vacuum |deadlink=yes }}</ref>
| <math>Z_{0} = \mu_0 c = \frac{1}{\varepsilon_0 c} </math>
| <math>\approx 376.73</math> Ом.
|
|-
| [[электрическая постоянная]]
| <math>\varepsilon_0 = 1/(\mu_0 c^2)</math>
| 8,854 187 8188(14) {{e|−12}} Ф·м<sup>−1</sup> (через основные единицы СИ: кг<sup>−1</sup>·м<sup>−3</sup>·с<sup>4</sup>·А<sup>2</sup>)
|
|-
| [[Закон Кулона|постоянная Кулона]]
| <math>k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}</math>
| ≈ 8,987 55 {{e|9}} Ф<sup>−1</sup>·м (через основные единицы: кг·м<sup>3</sup>·с<sup>−4</sup>·А<sup>−2</sup>)
|
|-
|}

== Некоторые другие физические постоянные ==
{| class="wikitable"
|- bgcolor="#A0E0A0"
! Название
! Символ
! Значение
! Прим.
|-
| Массы элементарных частиц:<br> масса [[электрон]]а
| <math>\ m_e</math>
| 9,109 383 7139(28){{e|−31}} кг (абсол.)<br> = 0,0005485799090441(97) [[Атомная единица массы|а. е. м.]] (относит.)
|
|-
| масса [[протон]]а
| <math>\ m_p</math>
| 1,672 621 925 95(52){{e|−27}} кг<br> = 1,0072764665789(83) а. е. м.
|
|-
| масса [[нейтрон]]а
| <math>\ m_n</math>
| 1,674 927 500 56(85){{e|−27}} кг<br>= 1,008 664 916 06(40) а. е. м.
|
|-
| ''{{abbr|М|Масса|2}}'' протон плюс электрон (абсолютная масса атома [[Изотопы водорода|водорода]] [[Протий|{{sup|1}}H]])
| <math>\ m_{p+e}</math>
| ≈ 1,673 5328{{e|−27}} кг<br> = 1,007825 [[а.е.м.]] ([[Относительная атомная масса|относит.]])
|
|-
| [[магнитный момент]] электрона
| <math>\mu_e</math>
| −928,476 469 17(29){{e|−26}} Дж·Тл<sup>−1</sup>
|
|-
| магнитный момент протона
| <math>\mu_p</math>
| 1,410 606 795 45(60){{e|−26}} Дж·Тл<sup>−1</sup>
|
|-
| [[магнетон Бора]]
| <math>\mu_B = e\hbar / 2m_e</math>
| 927,401 006 57(29){{e|−26}} Дж·Тл<sup>−1</sup><ref>{{cite web|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mub%7Csearch_for=elecmag_in%21|title=Bohr magneton|publisher=physics.nist.gov|accessdate=|archiveurl=https://web.archive.org/web/20220816172616/https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mub%7Csearch_for=elecmag_in%21|archivedate=2022-08-16|deadlink=no|url-status=live}}</ref>
|
|-
| [[ядерный магнетон]]
| <math>\mu_N</math>
| 5,050 783 7393(16){{e|−27}} Дж·Тл<sup>−1</sup>
|
|-
| [[g-фактор|''g''-фактор]] свободного электрона
| <math>g_e=2 \mu_e/\mu_B</math>
| 2,002 319 304 360 92(36)
|
|-
| [[гиромагнитное отношение]] протона
| <math>\gamma_p = 2\mu_p/\hbar</math>
| 2,675 221 8708(11){{e|8}} с<sup>−1</sup>·Тл<sup>−1</sup>
|
|-
| [[постоянная Фарадея]]
| <math>\ F = N_A e</math>
| 96 485,332 12… Кл·моль<sup>−1</sup>
|
|-
| [[универсальная газовая постоянная]]
| <math>\ R = k N_A</math>
| 8,314 462 618… Дж·К<sup>−1</sup>·моль<sup>−1</sup><br> ≈ 0,082057 л·атм·К{{sup|−1}}·моль{{sup|−1}}
|
|-
| [[молярный объём]] идеального газа (при 273,15 К, 101,325 кПа)
| <math>\ V_m</math>
| 22,413 969 54… {{e|−3}} м³·моль<sup>−1</sup>
|
|-
| стандартное атмосферное давление ([[Нормальные условия|н.у.]])
| атм
| 101 325 Па
| точно<ref name="std" />
|-
| [[боровский радиус]]
| <math>a_0 = \alpha/(4 \pi R_\infin)</math>
| 0,529 177 210 544(82){{e|−10}} м
|
|-
| [[энергия Хартри]]
| <math>E_h = 2 R_\infin h c</math>
| 4,359 744 722 2060(48){{e|−18}} Дж
|
|-
| [[постоянная Ридберга]]
| <math>R_\infin = \alpha^2 m_e c / 2h</math>
| 10 973 731,568 157(12) м<sup>−1</sup>
|
|-
| первая радиационная постоянная
| <math>c_1 = 2\pi h c^2</math>
| 3,741 771 852… {{e|−16}} Вт·м²
|
|-
| вторая радиационная постоянная
| <math>c_2=hc/k</math>
| 1,438 776 877… {{e|−2}} м·К
|
|-
| [[постоянная Стефана-Больцмана]]
| <math>\sigma = (\pi^2/60) k^4/\hbar^3 c^2</math>
| 5,670 374 419… {{e|−8}} Вт·м<sup>−2</sup>·К<sup>−4</sup>
|
|-
| [[постоянная Вина]]
| <math>b = c_2/4{,}965114231...</math>
| 2,897 771 955… {{e|−3}}м·К
|
|-
| [[стандартное ускорение свободного падения]] на поверхности Земли
| <math>g_n</math>
| 9,806 65 м·с<sup>−2</sup>
| точно<ref name="std">Это точное значение условной величины, зафиксированной в документах как стандартной.</ref>
|-
| Температура [[Тройная точка воды|тройной точки воды]]
| <math>T_0</math>
| 273,16 K
|
|}

== См. также ==
* [[Астрономические постоянные]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [https://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing]{{ref-en}}.
* 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.
* [https://arxiv.org/abs/0708.4361 Wilczek F. Fundamental Constants // arXiv:0708.4361], то же: [https://web.archive.org/web/20090824054720/http://www.frankwilczek.com/Wilczek_Easy_Pieces/416_Fundamental_Constants.pdf ''Frank Wilczek'' web site].
* [http://ufn.ru/ufn91/ufn91_9/Russian/r919e.pdf ''Окунь Л. Б''. Фундаментальные константы физики] // УФН, 161 (9) с.177-194 (1991) (pdf).
* [http://ufn.ru/ufn05/ufn05_3/Russian/r053c.pdf ''Каршенбойм С. Г''. Фундаментальные физические константы: роль в физике и метрологии и рекомендованные значения] // УФН, 175, № 3, с.271-298 (2005) (pdf).
* [http://ufn.ru/ufn07/ufn07_4/Russian/r074g.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).
* [http://ufn.ru/ufn09/ufn09_4/Russian/r094d.pdf ''Фритцш Х''. Фундаментальные физические постоянные] // УФН, 179, № 4, с.383-392 (2009) (pdf).
* [http://www.ihst.ru/personal/tomilin/book/ ''Томилин К. А''. Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах.] 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.

[[Категория:Физические константы|*]]
[[Категория:Фундаментальные физические понятия]]
[[Категория:Списки:Физика]]