Фундаментальныя фізічныя пастаянныя

Фундаментальныя фізічныя пастаянныя — пастаянныя велічыні, якія ўваходзяць ва ўраўненні, якія апісваюць фундаментальныя законы прыроды і ўласцівасці матэрыі. Фундаментальныя фізічныя пастаянныя ўзнікаюць у тэарэтычных мадэлях назіраных з’яў у выглядзе ўніверсальных каэфіцыентаў ў адпаведных матэматычных выразах.

Агляд

Слова «пастаянная» у фізіцы ўжываецца ў дваякім сэнсе:

• колькаснае значэнне некаторай велічыні наогул не залежыць ад якіх-небудзь знешніх параметраў і не змяняецца з часам,
• змена колькаснага значэння некаторай велічыні неістотна для разгляданай задачы.

Напрыклад, у нябеснай механіцы геліяцэнтрычная пастаянная лічыцца пастаяннай, хоць яна памяншаецца з памяншэннем масы Сонца, аднак гэта змена неістотна для касмічных палётаў. Таксама ў фізіцы высокіх энергій пастаянная тонкай структуры, якая характарызуе інтэнсіўнасць электрамагнітнага ўзаемадзеяння, расце з ростам перададзенага імпульсу (на малых адлегласцях), аднак яе змяненне неістотнае для шырокага кола звычайных з’яў, напрыклад, для спектраскапіі.

Фізічныя пастаянныя дзеляцца на дзве асноўныя групы — размерныя і безразмерныя пастаянныя. Лікавыя значэнні размерных пастаянных залежаць ад выбару адзінак вымярэння. Лікавыя значэнні безразмерных пастаянных не залежаць ад сістэм адзінак і павінны вызначацца чыста матэматычна ў рамках адзінай тэорыі. Сярод размерных фізічных пастаянных варта вылучаць канстанты, якія не ўтвараюць паміж сабой безразмерных камбінацый, іх максімальны лік роўны ліку асноўных адзінак вымярэння — гэта і ёсць уласна фундаментальныя фізічныя пастаянныя (скорасць святла, пастаянная Планка і інш.) Усе астатнія размерныя фізічныя пастаянныя зводзяцца да камбінацый безразмерных пастаянных і фундаментальных размерных пастаянных. З пункту гледжання фундаментальных канстант эвалюцыя фізічнай карціны свету — гэта пераход ад фізікі без фундаментальных канстант (класічная фізіка) да фізікі з фундаментальнымі канстантамі (сучасная фізіка). Класічная фізіка пры гэтым захоўвае сваё значэнне як лімітавы выпадак сучаснай фізікі, калі характэрныя параметры доследных з’яў далёкія ад фундаментальных пастаянных.

Скорасць святла з’явілася яшчэ ў класічнай фізіцы ў XVII ст., Але тады яна не іграла фундаментальнай ролі. Фундаментальны статус скорасць святла набыла пасля стварэння электрадынамікі Дж. К. Максвелам і спецыяльнай тэорыі адноснасці А. Эйнштэйнам (1905). Пасля стварэння квантавай механікі (1926) фундаментальны статус набыла пастаянная Планка $h$, уведзеная М. Планкам ў 1899 г. як размерны каэфіцыент у законе цеплавога выпраменьвання. Да фундаментальных пастаянных таксама шэраг навукоўцаў адносіць гравітацыйную пастаянную $G$, пастаянную Больцмана $k$, элементарны зарад $e$ (або пастаянную тонкай структуры $\alpha$) і касмалагічную канстанту $\Lambda$. Фундаментальныя фізічныя пастаянныя з’яўляюцца натуральнымі маштабамі фізічных велічынь, пераход да іх у якасці адзінак вымярэння ляжыць у аснове пабудовы натуральнай (планкаўскай) сістэмы адзінак. Да фундаментальных пастаянных у сілу гістарычнай традыцыі таксама адносяць і некаторыя іншыя фізічныя пастаянныя, звязаныя з канкрэтнымі целамі (напрыклад, масы элементарных часціц), аднак гэтыя пастаянныя павінны згодна з сучаснымі ўяўленнямі нейкім пакуль невядомым чынам выводзіцца з больш фундаментальнага маштабу масы (энергіі) — так званага вакуумнага сярэдняга поля Хігса.

Фундаментальныя фізічныя пастаянныя

Велічыня	Сімвал	Значэнне	Заўв.
скорасць святла у вакууме	$\ c$	299 792 458 м·с−1	дакладна
гравітацыйная пастаянная	$\ G$	6,673 84(80)×10−11 м³·кг−1·с−2	a
пастаянная Планка (элементарны квант дзеяння)	$\ h$	6,626 069 57(29)×10−34 Дж·с	a
пастаянная Планка (прыведзеная)	$\hbar =h/2\pi$	1,054 571 726(47)×10−34 Дж·с	a
элементарны электрычны зарад	$\ e$	1,602 176 565(35)×10−19 Кл	a
пастаянная Больцмана	$\ k$	1,380 6488(13)×10−23 Дж·К−1	a

Планкаўскія велічыні (размерныя камбінацыі пастаянных c, G, h, k)

Назва	Сімвал	Значэнне	Заўв.
планкаўская маса	$m_{p}=(\hbar c/G)^{1/2}$	2,176 44(11)×10−8 кг	a
планкаўская даўжыня	$l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{1/2}$	1,616 252(81)×10−35 м	a
планкаўскі час	$t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{1/2}$	5,391 24(27)×10−44 с	a
планкаўская тэмпература	$T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{1/2}$	1.416785(71) ×1032 K	a

Пастаянныя, якія звязваюць розныя сістэмы адзінак

Назва	Сімвал	Значэнне	Заўв.
пастаянная тонкай структуры	$\alpha =e^{2}/4\pi \varepsilon _{0}\hbar c$ (система СИ)	7,297 352 5376(50)×10−3	a
	$\alpha ^{-1}$	137,035 999 679(94)	a
электрычная пастаянная	$\varepsilon _{0}=1/(\mu _{0}c^{2})$	8,854 187 817 620… ×10−12 Ф·м−1	дакладна
атамная адзінка масы	$\ m_{u}$ = 1 а. а. м.	1,660 538 782(83)×10−27 кг	a
лік Авагадра	$\ L,N_{A}$	6,022 141 29(27)×1023 моль−1	a

Некаторыя іншыя фізічныя пастаянныя

Назва	Сімвал	Значэнне	Заўв.
маса электрона	$\ m_{e}$	9,109 382 15(45)×10−31 кг	a
маса пратона	$\ m_{p}$	1,672 621 637(83)×10−27 кг	a
маса нейтрона	$\ m_{n}$	1,674 927 211(84)×10−27 кг	a
пастаянная Фарадэя	$\ F=N_{A}e$	96 485,3399(24) Кл·моль−1	a
універсальная газавая пастаянная	$\ R=kN_{A}$	8,314 472(15) Дж·К−1·моль−1	a
уздельны малярны аб'ём ідэальнага газа (пры 273,15 К, 101,325 кПа)	$\ V_{m}$	22,413 996(39)×10−3 м³·моль−1	a
стандартны атмасферны ціск	atm	101 325 Па	дакладна
бораўскі радыус	$a_{0}=\alpha /(4\pi R_{\infty })$	0,529 177 208 59(36)×10−10 м	a
энергія Хартры	$E_{h}=2R_{\infty }hc$	4,359 743 94(22)×10−18 Дж	a
пастаянная Рыдберга	$R_{\infty }=\alpha ^{2}m_{e}c/2h$	1,097 373 156 853 9(55)×107 м−1	a
магнетон Бора	$\mu _{B}=e\hbar /2m_{e}$	927,400 915(23)×10−26 Дж·Тл−1	a
магнітны момант электрона	$\mu _{e}$	−928,476 377(23)×10−26 Дж·Тл−1	a
g-фактар свабоднага электрона	$g_{e}=2\mu _{e}/\mu _{B}$	2,002 319 304 362 2(15)	a
ядзерны магнетон	$\mu _{N}$	5,050 783 24(13)×10−27 Дж·Тл−1	a
магнітны момант пратона	$\mu _{p}$	1,410 606 662(37)×10−26 Дж·Тл−1	a
гірамагнітная адносіна пратона	$\gamma _{p}=2\mu _{p}/\hbar$	2,675 222 099(70)×108 с−1·Тл−1	a
першая радыяцыйная пастаянная	$c_{1}=2\pi hc^{2}$	3,741 771 18(19)×10−16 Вт·м²	a
другая радыяцыйная пастаянная	$c_{2}=hc/k$	1,438 7752(25)×10−2 м·К	a
Пастаянная Стэфана — Больцмана	$\sigma =(\pi ^{2}/60)k^{4}/\hbar ^{3}c^{2}$	5,670 400(40)×10−8 Вт·м−2·К−4	a
пастаянная Віна	$b=c_{2}/4,965114231...$	2,8977685(51)×10−3м·К	а
паскарэнне свабоднага падзення на паверхні Зямлі	$g_{n}$	9,806 65 м·с−2	a
Тэмпература патройнага пункта вады	$T_{0}$	273,16 K (дакладна)	a

Спасылкі

• Fundamental Physical Constants — Complete Listing (англ.).
• 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.
• Wilczek F. Fundamental Constants // arXiv:0708.4361v1 (pdf), то же: Frank Wilczek web site.
• Окунь Л. Б. Фундаментальные константы физики // УФН, 161 (9) с.177-194 (1991) (pdf).
• Каршенбойм С. Г. Фундаментальные физические константы: роль в физике и метрологии и рекомендованные значения // УФН, 175, № 3, с.271-298 (2005) (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).
• Фритцш Х. Фундаментальные физические постоянные // УФН, 179, № 4, с.383-392 (2009) (pdf).
• Томилин К. А. Фундаментальные физические постоянные в историческом и методологическом аспектах. Архівавана 14 ліпеня 2014. — 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.