Фундаментальныя фізічныя пастаянныя

Фундаментальныя фізічныя пастаянныя — пастаянныя велічыні, якія ўваходзяць ва ўраўненні, якія апісваюць фундаментальныя законы прыроды і ўласцівасці матэрыі^[1]. 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 ${\displaystyle h}$, уведзеная М. Планкам ў 1899 г. як размерны каэфіцыент у законе цеплавога выпраменьвання. Да фундаментальных пастаянных таксама шэраг навукоўцаў адносіць гравітацыйную пастаянную ${\displaystyle G}$, пастаянную Больцмана ${\displaystyle k}$, элементарны зарад ${\displaystyle e}$ (або пастаянную тонкай структуры ${\displaystyle \alpha }$) і касмалагічную канстанту ${\displaystyle \Lambda }$. 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^[ru] поля Хігса.

Фундаментальныя фізічныя пастаянныя[2]

Велічыня	Сімвал	Значэнне	Заўв.
скорасць святла у вакууме	${\displaystyle \ c}$	299 792 458 м·с−1	дакладна
гравітацыйная пастаянная	${\displaystyle \ G}$	6,673 84(80)×10−11 м³·кг−1·с−2	a
пастаянная Планка (элементарны квант дзеяння)	${\displaystyle \ h}$	6,626 069 57(29)×10−34 Дж·с	a
пастаянная Планка (прыведзеная)	${\displaystyle \hbar =h/2\pi }$	1,054 571 726(47)×10−34 Дж·с	a
элементарны электрычны зарад	${\displaystyle \ e}$	1,602 176 565(35)×10−19 Кл	a
пастаянная Больцмана	${\displaystyle \ k}$	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	${\displaystyle m_{p}=(\hbar c/G)^{1/2}}$	2,176 44(11)×10−8 кг	a
планкаўская даўжыня	${\displaystyle l_{p}=(\hbar G/c^{3})^{1/2}}$	1,616 252(81)×10−35 м	a
планкаўскі час	${\displaystyle t_{p}=(\hbar G/c^{5})^{1/2}}$	5,391 24(27)×10−44 с	a
планкаўская тэмпература	${\displaystyle T_{p}={\frac {1}{k}}(\hbar c^{5}/G)^{1/2}}$	1.416785(71) ×1032 K	a

Пастаянныя, якія звязваюць розныя сістэмы адзінак

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

Некаторыя іншыя фізічныя пастаянныя

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

Зноскі

1. Фундаментальные физические константы // Физическая энциклопедия, т. 5. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, с. 381—383.
2. CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants
3. Avogadro constant — CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants