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 $\mathrm{\Lambda }$. 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 Шаблон:Нп5 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)Шаблон:E м³·кг−1·с−2	a
пастаянная Планка (элементарны квант дзеяння)	$h$	6,626 069 57(29)Шаблон:E Дж·с	a
пастаянная Планка (прыведзеная)	$\hslash =h/2\pi$	1,054 571 726(47)Шаблон:E Дж·с	a
элементарны электрычны зарад	$e$	1,602 176 565(35)Шаблон:E Кл	a
пастаянная Больцмана	$k$	1,380 6488(13)Шаблон:E Дж·К−1	a

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

Назва	Сімвал	Значэнне	Заўв.
планкаўская маса	$m_p=(\hslash c/G{)}^{1/2}$	2,176 44(11)Шаблон:E кг	a
планкаўская даўжыня	$l_p=(\hslash G/c^3{)}^{1/2}$	1,616 252(81)Шаблон:E м	a
планкаўскі час	$t_p=(\hslash G/c^5{)}^{1/2}$	5,391 24(27)Шаблон:E с	a
планкаўская тэмпература	$T_p=\frac{1}{k}(\hslash c^5/G{)}^{1/2}$	1.416785(71) Шаблон:E K	a

Пастаянныя, якія звязваюць розныя сістэмы адзінак

Назва	Сімвал	Значэнне	Заўв.
пастаянная тонкай структуры	$\alpha =e^2/4\pi {\epsilon }_0\hslash c$ (система СИ)	7,297 352 5376(50)Шаблон:E	a
	${\alpha }^{-1}$	137,035 999 679(94)	a
электрычная пастаянная	${\epsilon }_0=1/({\mu }_0{c}^2)$	8,854 187 817 620… Шаблон:E Ф·м−1	дакладна
атамная адзінка масы	$m_u$ = 1 а. а. м.	1,660 538 782(83)Шаблон:E кг	a
лік Авагадра	$L,N_A$	6,022 141 29(27)Шаблон:E моль−1	a

Некаторыя іншыя фізічныя пастаянныя

Назва	Сімвал	Значэнне	Заўв.
маса электрона	$m_e$	9,109 382 15(45)Шаблон:E кг	a
маса пратона	$m_p$	1,672 621 637(83)Шаблон:E кг	a
маса нейтрона	$m_n$	1,674 927 211(84)Шаблон:E кг	a
пастаянная Фарадэя	$F=N_{A}e$	96 485,3399(24) Кл·моль−1	a
універсальная газавая пастаянная	$R=k{N}_A$	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)Шаблон:E м³·моль−1	a
стандартны атмасферны ціск	atm	101 325 Па	дакладна
бораўскі радыус	$a_0=\alpha /(4\pi R_{\mathrm{\infty }})$	0,529 177 208 59(36)Шаблон:E м	a
энергія Хартры	$E_h=2R_{\mathrm{\infty }}hc$	4,359 743 94(22)Шаблон:E Дж	a
пастаянная Рыдберга	$R_{\mathrm{\infty }}={\alpha }^2{m}_{e}c/2h$	1,097 373 156 853 9(55)Шаблон:E м−1	a
магнетон Бора	${\mu }_B=e\hslash /2m_e$	927,400 915(23)Шаблон:E Дж·Тл−1	a
магнітны момант электрона	${\mu }_e$	−928,476 377(23)Шаблон:E 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)Шаблон:E Дж·Тл−1	a
магнітны момант пратона	${\mu }_p$	1,410 606 662(37)Шаблон:E Дж·Тл−1	a
гірамагнітная адносіна пратона	${\gamma }_p=2{\mu }_p/\hslash$	2,675 222 099(70)Шаблон:E с−1·Тл−1	a
першая радыяцыйная пастаянная	$c_1=2\pi h{c}^2$	3,741 771 18(19)Шаблон:E Вт·м²	a
другая радыяцыйная пастаянная	$c_2=hc/k$	1,438 7752(25)Шаблон:E м·К	a
Пастаянная Стэфана — Больцмана	$\sigma =({\pi }^2/60)k^4/{\hslash }^3{c}^2$	5,670 400(40)Шаблон:E Вт·м−2·К−4	a
пастаянная Віна	$b=c_2/4,965114231...$	2,8977685(51)Шаблон:Eм·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 Шаблон: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.
• 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. Шаблон:Архівавана — 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.