Некоторые физические постоянные: Некоторые физические константы

Содержание

ПЖиРС — Некоторые физические постоянные

Скорость света (точно) c=299792458 м/с

Магнитная постоянная (точно) m0=4∙p∙10-7 Гн/м

Электрическая постоянная (точно) e0=1/(m0∙c2) (Ф/м)

Гравитационная постоянная (приблизительно) G=6,6742∙10-11±0,0010∙10-11 Н∙м2∙/кг2

Постоянная Планка (приблизительно) h=6,6260693∙10-34±0,0000011∙10-34 Дж∙с

Заряд электрона (абс. значение) (приблизительно) e=1,60217653∙10-19±0,00000014∙10-19 Кл

Постоянная Авогадро (приблизительно) NA=6,0221415∙1023±0,0000010∙1023 1/моль

Постоянная Фарадея (приблизительно) F=96485,3383±0,0083 Кл/моль

Постоянная Больцмана (приблизительно) k=1,3806505∙10

-23±0,0000024∙10-23 Дж/К

Постоянная тонкой структуры (приблизительно) a=e2/(2∙h∙c∙e0)=7,297352568∙10-3±0,000000024∙10-3 (безразмерная)

Более подробно — смотрите Fundamental Physical Constants — Complete Listing

Единицы измерения

1 а. е. (астрономическая единица) = 149597870±2 км = 1,49597870∙1011±0,00000002∙1011 м

1 пк (парсек) = 1 а.е. ∙ 180 ∙ 60 ∙ 60 / p

Космологические константы

Критическая плотность rc=9,7∙10-30±1,3∙10-30 г/см3=9,7∙10-27±1,3∙10-27 кг/м3

Постоянная Хаббла H=72±5 км/(с∙Мпк)

Ускорение, обусловленное плотностью вакуума (тёмной энергией) =-1/3∙L∙c2=-4,3∙10-36±0,9∙10-36 1/с2,
где L — космологический член

Возраст Вселенной = 13,7 млрд лет

Средняя плотность материи Вселенной = rc

Плотность тёмной энергии (плотность вакуума) = 70% от rc

Плотность тёмной материи («скрытой массы») = 26% от rc

Плотность видимого вещества = 4% от rc

Физические постоянные — Справочник химика 21


    Значення некоторых фундаментальных физических постоянных [c.255]

    Таким образом, температура самовоспламенения не является физической постоянной, а зависит от условий опыта. [c.77]

    В канале круглого сечения 0 = — . Физические постоянные не- 

[c.37]

    Во избежание существенного уменьщения точности результатов при расчете теплового эффекта реакции по теплотам образования компонентов необходимо, чтобы все эти данные относились к одинаковому состоянию веществ (одинаковое агрегатное состояние, кристаллическая форма, температура), и чтобы при расчете всех этих данных были использованы одинаковые значения различных вспомогательных величин, одинаковые значения физических постоянных, атомных весов и т. д. Таким образом, для получения более точных результатов все значения теплот образования, применяемые для расчета теплового эффекта какой-нибудь данной реакции, должны быть приведены в одну систему значений и обладать необходимой внутренней согласованностью. [c.55]

    В целях упрощения структурно-групповой анализ обычно проводится путем определения легко измеримых физических констант. Таким образом, при проведении повседневных анализов можно избежать трудностей, связанных с точным анализом углеводородов. Так как между физическими свойствами и химическим составом существует сложная взаимосвязь, то надежное соответствие может быть получено лишь путем изучения свойств большого количества масляных фракций и (или) чистых соединений разнообразными точными методами независимо от их трудоемкости. Таким образом, основой для химического анализа по физическим постоянным могут послужить статистические данные. Чем больше изучено соединений и чем больше получено основных данных, тем надежнее метод структурно-группового анализа. 

[c.366]

    Это и некоторые другие полезные соотношения, а также таблицу часто используемых физических постоянных можно найти в приложении 2.) Поскольку энергия электронов = их скорость равна [c.356]

    Физические постоянные и переводные множители [c.446]

    Методы определения размеров дисперсных частиц в дисперсных системах весьма разнообразны и основываются иа самых различных физических принципах. Условно их можно разделить на прямые и косвенные. При проведении прямых измерений непосредственно регистрируется характерный размер неоднородности в исследуемой среде. Поверхность раздела отделяет дисперсионную среду и дисперсную фазу, характеризующихся различными физическими постоянными диэлектрической проницае- 

[c.92]

    ПРИЛОЖЕНИЯ 1. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ [c.225]

    Некоторые физические постоянные 229 [c.4]

    НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ [c.229]

    Физические постоянные воздуха  [c.229]

    Задача состоит в нахождении потока, температуры, распределения плотности ядер в этом реакторе п вырабатываемой им мощности как функции размера Я, температуры поверхности Го, давления р и различных ядерных и физических постоянных газа. [c.184]


    В соответствии с рекомендациями ЮПАК, приведены обозначения некоторых величин и формы записи процессов и указаны рекомендуемые новые наименования других величин. Приведены новые значения физических постоянных, в основном по рекомендации Коген и Дю Монд (1965). 
[c.12]

    Однако в настоящее время большей частью приводятся лишь наиболее вероятные значения, сопровождающиеся указанием, по возможности, всей литературы, содержащей и другие значения. Это в наибольшей степени удовлетворяет потребности практических расчетов, избавляя от необходимости делать выбор между имеющимися в литературе данными, и вместе с тем дает возможность при необходимости использовать и другие литературные данные. Во многих фундаментальных справочных изданиях данные приведены к одинаковым значениям атомных весов и основных физических постоянных, так как и те и другие со временем уточняются. Параметры реакций образования веществ необходимо еще приводить к одинаковым значениям тепловых эффектов и других вспомогательных величин, используемых при расчете заданного параметра реакции образования (например, теплоты растворения, теплоты образования окислов и др.). 

[c.73]

    Так как в технологическом процессе участвовал не чистый циклогексан, значения физических постоянных не совсем точны, однако для наших целей точность вычисления вполне достаточна. [c.346]

    ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ (универсальная газовая постоянная) — физическая постоянная Я, которая входит в уравнение состояния идеального газа  [c.63]

    Некоторые физические постоянные [c.296]

    Гипотеза Прандтля о пути перемешивания оказалась весьма плодотворной, так как открыла реальные возможности для расчета турбулентных течений. Хотя длина пути перемешивания и не является физической постоянной для каждой жидкости в отличие от молекулярных коэффициентов вязкости и теплопроводности, однако, она, как показывают опытные данные, не зависит от параметров потока. Длина пути перемешивания в основном является функцией координаты у. Так как при течении вдоль гладкой стенки в непосредственной близости от ее поверхности пульсации скорости равны нулю, то = О при г/ = 0. Принимая простейшую гипотезу, что вблизи стенки длина пути перемешивания пропорциональна расстоянию от стенки 

[c.320]

    Некоторые фундаментальные физические постоянные [c.182]

    Определенная таким образом величина к носит название постоянной Больцмана. Это одна из универсальных физических постоянных. [c.191]

    Физические постоянные величины и некоторые переводные множители  [c.334]

    В частности, при нормальных условиях (и.у.)-при температуре Т= 273,15 К (0°С) и давлении /7 = 1,01325 10 Па (1 атм, 760 мм рт. ст.)-любой газ (близкий по свойствам к идеальному газу), количество которого равно 1 моль, занимает объем 22,4 л. Эта физическая постоянная называется молярным объемом газа при нормальных условиях. 

[c.13]

    Возможная погрешность значений основных физических постоянных в настоящее время невелика. Поэтому за последние годы они нретерпевалн лишь незначительные изменения. Так, для газовой постоянной / , которую можно рассматривать как важнейшую постоянную для прилагаемых таблиц, в справочниках было принято значение 1,98719 кал/(К-моль), в справочниках — 1,98726 и в справочниках — 1,98717. Различие между первыми двумя значениями определяется в основном изменением определения термодинамической температурной шкалы, а между вторым и третьим — переходом к углеродной шкале атомных весов. (Эти два изменения в данном случае почти полностью взаимно компенсируются.) Те же значения газовой постоянной приняты и в большинстве других работ. Поэтому учет различия значений газовой постоянной становится необходимым теперь лишь при расчетах, требующих особо высокой точности. Сложнее обстоит дело с взаимным согласованием значений теилот образования АЯ , 298 (и зависящих от нее величин ЛО , 2эа и аоз). В настоящее время нет издания, в котором эти величины были бы приведены в одну систему значений для такого большого числа веществ, как это было сделано в справочнике для начала пятидесятых годов. Подобные издания в настоящее время выходят постепенно выпусками. Работы охватывают лишь отдельные обширные группы веществ. В каждой из них значения ДЯ (и зависящие от нее величины) по возможности взаимно согласованы, но в лю ой паре из них можно найти противоречия. 

[c.314]

    Рекомендуемые согласованные значения фундаментальных физических постоянных (1973), [c.551]

    Значения некоторых физических постоянных и производных от них величин, принятые в книге, приведены в Приложениях. Атомные и молекулярные веса даны по углеродной щкале. Однако, учитывая назначение книги, автор не пересчитывал величины, приведенные по литературным данным более раннего времени, за не- [c.16]

    Когда используемые в расчете данные берутся из разных источников, необходимо выяснить, относятся ли все они к одинаковым значениям физических постоянных и атомных весов (обычно в каждой работе указываются принятые в пей единицы или система значений всех этих величин). При этом следует иметь в виду, что в работах прежних лет применялись и химическая, и физическая шкалы атомных весов, что принятые значения атомных весов некоторых элементов за эти годы изменились и что могут применяться три различные величины калории. При существенном (для данной цели) различии этих значений должен быть предварительно выполнен соответствующий их пересчет. В настоящее время взаимную согласованность значений особенно важно проверять в отношении соединений, содержащих кремний, так как энтальпия образования Si02 (а-кварц) изменилась с 205 ккал/моль (1952 г.) сначала до 210 (1956 г.) и позднее до 217,7 ккал/моль (1962 г.), а она входит в качестве составляющей при определении АИ], ДО/ и gKj многих силикатов, силицидов и других соединений. Необхо- 

[c.82]


    Неэмпирические (от лат. аЬ initio — сначала) расчеты основаны на точном решении уравнений (4.3), которые не включают никаких эксперименгальных параметров, кроме фундаментальных физических постоянных. Затраты времени ЭВМ при вьшолнении неэмпирических расчетов даже с использованием минимального базиса АО значительно выше (см. табл. 4.3), чем для полуэмпирических методов, и быстро растут с увеличением размеров базиса АО (см. разд. 4.3.3). Благодаря быстрому прогрессу технических возможностей современных ЭВМ область приложений неэмпирических расчетов непрерывно расширяется. В современной теоретической химии неэмпирические расчеты молекул становятся постепенно общедоступными. [c.204]

    Новые значения основных физических постоянных и соотношение между некоторыми величинами ( ODATA—1974) [c.501]

    Значения физических постоянных, терминология и обозначения в пособии соответствуют рекомендациям ИЮПАК и КОДАТА-74. [c.3]

    Значения основных физических постоянных и соотношения между некоторыми величинами (КОДАТА—74) [c.568]


Приложения п.1. Некоторые физические постоянные (округленные значения)

Физическая постоянная

Обозначение

Значение

Ускорение свободного падения

g

9,82 м/с2

Гравитационная постоянная

G

6,67·10-11 м3/(кг·с2)

Радиус Земли

RЗ

6,37·106 м

Масса Земли

МЗ

5,96·1024 кг

Постоянная Больцмана

k

1,38·10-23 Дж/К

Число Авогадро

NA

6,023·1023 моль-1

Универсальная газовая постоянная

R

8,31 Дж/(моль·К)

Нормальные условия:

давление

температура

p0

1,013·105 Па

T0

273 К

П.2. Относительные молекулярные массы некоторых атомов

Атом (молекула)

Молекулярная масса

Водород

1

Гелий

4

Углерод

12

Азот

14

Кислород

16

П.3. Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц СИ

Приставка

Обозначение

Множитель

пико

п

10-12

нано

н

10-9

микро

мк

10-6

милли

м

10-3

санти

с

10-2

деци

д

101

кило

к

103

мега

М

106

35

Некоторые универсальные физические постоянные (физические константы)

Постоянная (константа)

Числовое значение

Атомная единица массы

1,6606655×10-27 кг

Гравитационная постоянная

6,6720×10-11 Н м2 кг-2

Заряд электрона

1,6021892×10-19 Кл

Классический радиус электрона

2,8179380×10-15 м

Молярная газовая постоянная

8,31441 Дж моль-1К-1

Объём моля идеального газа при нормальных условиях
(давление 101,325 кПа, температура 273,15 К)

22,41383×10-1 м3моль-1

Постоянная Авогадро

6,022045×1023 моль-1

Постоянная Больцмана

1,380662×10-23Дж К-1

Скорость света в вакууме

2,99792458×108 м с-1

Ускорение свободного падения (стандартное)

9,80665 м с-2

Электрическая постоянная

8,854187818×10-12 Ф м-1

1. Физические величины в химии, их обозначение и единицы измерения. Постоянные

В химии используются международные обозначения физических величин и единицы их измерения.

 

Для использования в химических расчётах некоторые международные единицы оказываются не совсем удобными (слишком большими или слишком маленькими), поэтому чаще применяют кратные единицы — г, мг, дм³, см³.

 

Иногда в задачах встречаются также несистемные единицы — л, мл.

  

Физические величины, их обозначения и единицы измерения

 Величина

 Обозначение  

  Единицы измерения   

 Число частиц              

\(\)N\(\)

 частиц

 Количество вещества

\(\)n\(\)

 Масса

\(\)m\(\)

г, кг, мг, а. е. м., u

 Относительная атомная масса

Ar

 Относительная молекулярная масса  

Mr

 Молярная масса

\(\)M\(\)

 Объём

\(\)V\(\)

  дм³, м³, см³, л, мл

 Молярный объём

Vm

дм³/моль, л/моль

 

 Плотность

ρ

 Массовая доля

\(\)w\(\)

 

В химических расчётах часто используются постоянные величины, значения которых надо запомнить.

 

Некоторые постоянные, применяемые в химических расчётах

Постоянная Авогадро 6,02⋅1023 моль-1,   6,02⋅1023 1/моль
Молярный объём газов при н. у. \(22,4\) дм³/моль
Атомная единица массы 1,66⋅10−24 г,   1,66⋅10−27 кг
Плотность воды при \(4\) °С  \(1\) г/см³,   \(1\) г/мл,   \(1000\) г/дм³

 

Возможно, наш мир виртуален. Но имеет ли это значение?

  • Филип Болл
  • BBC Earth

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Возможно, Киану Ривз живет в матрице и вне съемочной площадки

Некоторые ученые полагают, что наша Вселенная представляет собой гигантскую компьютерную симуляцию. Должны ли мы беспокоиться по этому поводу?

Реальны ли мы? А как насчет меня лично?

Раньше подобными вопросами задавались лишь философы. Ученые же пытались понять, что собой представляет наш мир, и объяснить его законы.

Но появившиеся в последнее время соображения относительно устройства Вселенной ставят экзистенциальные вопросы и перед наукой.

Некоторые физики, космологи и специалисты в области искусственного интеллекта подозревают, что мы все живем внутри гигантской компьютерной симуляции, принимая виртуальный мир за реальность.

Эта идея противоречит нашим ощущениям: ведь мир слишком реалистичен, чтобы быть симуляцией. Тяжесть чашки в руке, аромат налитого в нее кофе, окружающие нас звуки — как можно подделать такое богатство переживаний?

Но задумайтесь о прогрессе, достигнутом в компьютерных и информационных технологиях за последние несколько десятилетий.

Нынешние видеоигры населены персонажами, реалистично взаимодействующими с игроком, и симуляторы виртуальной реальности порой делают ее неотличимой от мира за окном.

И этого вполне достаточно, чтобы сделать из человека параноика.

В фантастической кинокартине «Матрица» эта идея формулируется предельно четко. Люди там заключены в виртуальном мире, который безоговорочно воспринимают как реальный.

Однако «Матрица» — не первый фильм, исследующий феномен искусственной вселенной. Достаточно вспомнить «Видеодром» Дэвида Кроненберга (1982) или «Бразилию» Терри Гиллиама (1985).

Все эти антиутопии поднимают два вопроса: как узнать, что мы живем в виртуальном мире, и так ли уж это на самом деле важно?

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Илон Маск, глава компаний Tesla и SpaceX

У версии о том, что мы живем внутри симуляции, имеются влиятельные сторонники.

Как заявил в июне 2016 г. американский предприниматель Илон Маск, вероятность этого составляет «миллиард к одному».

А технический директор Google в области искусственного интеллекта Рэймонд Курцвейл предполагает, что, возможно, «вся наша Вселенная — научный эксперимент младшеклассника из другой вселенной».

Рассматривать такую возможность готовы и некоторые физики. В апреле 2016 г. ученые приняли участие в обсуждении этой темы в нью-йоркском Американском музее естественной истории.

Никто из этих людей не утверждал, что в действительности мы плаваем голышом в липкой жидкости, утыканные проводами, как герои «Матрицы».

Но есть как минимум два возможных сценария, согласно которым Вселенная вокруг нас может быть искусственной.

Космолог Алан Гут из Массачусетского технологического института предполагает, что Вселенная может быть реальной, но одновременно является лабораторным экспериментом. Согласно его гипотезе, наш мир создан неким сверхразумом — подобно тому, как биологи растят колонии микроорганизмов.

В принципе, не существует ничего, что исключало бы возможность создания вселенной в результате искусственного Большого взрыва, говорит Гут.

Вселенная, в которой проводился бы подобный эксперимент, осталась бы при этом целой и невредимой. Новый мир образовался бы в отдельном пространственно-временном пузыре, который быстро отделился бы от материнской вселенной и потерял с ней контакт.

Данный сценарий никак не влияет на нашу жизнь. Даже если Вселенная зародилась в «пробирке» сверхразума, физически она так же реальна, как если бы образовалась естественным путем.

Но есть и второй сценарий, привлекающий особый интерес, поскольку подрывает сами основы нашего понимания реальности.

Автор фото, TAKE 27 LTD/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Подпись к фото,

Не исключено, что наша Вселенная была создана искусственно. Но кем?

Маск и другие сторонники этой гипотезы утверждают, что мы являемся целиком симулированными существами — всего лишь потоками информации в некоем гигантском компьютере, наподобие персонажей видеоигры.

Даже наш мозг является симуляцией, реагирующей на искусственные раздражители.

В этом сценарии не существует матрицы, из которой можно было бы выбраться: вся наша жизнь и есть матрица, за пределами которой существование просто невозможно.

Но почему мы должны верить в такую замысловатую версию собственного существования?

Ответ очень прост: человечество уже способно симулировать реальность, и с дальнейшим развитием технологии в конечном счете будет способно создать совершенную симуляцию, населяющие которую разумные существа-агенты воспринимали бы ее как абсолютно реальный мир.

Мы создаем компьютерные симуляции не только для игр, но и в исследовательских целях. Ученые имитируют различные ситуации взаимодействия на самых разных уровнях — от субатомных частиц до человеческих сообществ, галактик и даже вселенных.

Так, компьютерное симулирование сложного поведения животных помогает нам понять, как формируются стаи и рои. Благодаря симуляциям мы изучаем принципы образования планет, звезд и галактик.

Мы можем симулировать и человеческие сообщества с использованием относительно простых агентов, делающих выбор на основании определенных правил.

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Суперкомпьютеры становятся все более мощными

Такие программы моделируют сотрудничество между людьми, развитие городов, функционирование дорожного движения и государственной экономики, а также многие другие процессы.

По мере роста вычислительной мощности компьютеров симуляции становятся все сложнее. В отдельные программы, имитирующие человеческое поведение, уже встраиваются элементы мышления — пока еще примитивные.

Исследователи полагают, что в не столь отдаленном будущем виртуальные агенты смогут принимать решения, основываясь не на элементарной логике из разряда «если…то…», а на упрощенных моделях человеческого сознания.

Кто может поручиться, что вскоре мы не станем свидетелями создания виртуальных существ, наделенных сознанием? Успехи в понимании принципов работы мозга, а также обширные вычислительные ресурсы, которые сулит развитие квантовой компьютерной техники, неуклонно приближают этот момент.

Если мы когда-либо достигнем такой ступени развития технологий, то будем одновременно проводить огромное количество симуляций, число которых значительно превзойдет наш единственный «реальный» мир.

Так ли уж невозможно, в таком случае, что некая разумная цивилизация где-то во Вселенной уже достигла этой стадии?

А раз так, было бы логично предположить, что мы как раз и живем внутри подобной симуляции, а не в мире, в котором виртуальные реальности создаются — ведь вероятность этого статистически гораздо выше.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Научная симуляция зарождения Вселенной

Философ Ник Бостром из Оксфордского университета разбил этот сценарий на три возможных варианта:

(1) цивилизации самоуничтожаются, не достигнув уровня развития, на котором возможно создание подобных симуляций;

(2) цивилизации, достигшие этого уровня, по какой-то причине отказываются от создания таких симуляций;

(3) мы находимся внутри подобной симуляции.

Вопрос в том, какой из этих вариантов представляется наиболее вероятным.

Американский астрофизик Джордж Смут, Нобелевский лауреат в области физики, утверждает, что убедительных причин верить в первые два варианта не существует.

Бесспорно, человечество упорно создает себе проблемы — достаточно упомянуть глобальное потепление, растущие запасы ядерного оружия и угрозу массового вымирания видов. Но эти проблемы необязательно приведут к уничтожению нашей цивилизации.

Автор фото, ANDRZEJ WOJCICKI/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Подпись к фото,

Не являемся ли мы все частью компьютерной симуляции?

Более того, нет причин, по которым принципиально невозможно было бы создать очень реалистичную симуляцию, персонажи которой считали бы, что живут в настоящем мире и вольны в своих действиях.

А учитывая, насколько распространены во Вселенной планеты земного типа (одна из которых, открытая совсем недавно, находится относительно недалеко от Земли), было бы верхом самонадеянности предполагать, что человечество является самой развитой цивилизацией, отмечает Смут.

Как насчет варианта номер два? Теоретически человечество могло бы воздержаться от проведения подобных симуляций по этическим соображениям — например, посчитав негуманным искусственное создание существ, убежденных в том, что их мир реален.

Но и это кажется маловероятным, говорит Смут. В конце концов, одной из основных причин, почему мы сами проводим симуляции, является наше стремление узнать больше о собственной реальности. Это может помочь нам сделать мир лучше и, возможно, спасти человеческие жизни.

Так что для проведения таких экспериментов всегда найдутся достаточные этические обоснования.

Похоже, нам остается лишь один вариант: вероятно, мы находимся внутри симуляции.

Но все это не более чем предположения. Можно ли им найти убедительные доказательства?

Многие исследователи полагают, что все зависит от качества симуляции. Логичнее всего было бы попытаться найти ошибки в программе — наподобие тех, что выдавали искусственную природу «реального мира» в фильме «Матрица». Например, мы могли бы обнаружить противоречия в физических законах.

Или же, как предположил покойный Марвин Минский, стоявший у истоков создания искусственного интеллекта, могут существовать характерные ошибки, связанные с округлением в приближенных вычислениях.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Мы уже способны симулировать целые группы галактик

Например, в случае, когда у какого-то события имеется несколько вариантов исхода, сумма вероятностей их наступления должна составлять единицу. Если это не соответствует действительности, можно говорить о том, что тут что-то упущено.

Впрочем, по мнению некоторых ученых, и так существует достаточно причин думать, что мы находимся внутри симуляции. Например, наша Вселенная выглядит так, будто ее сконструировали искусственно.

Значения фундаментальных физических постоянных подозрительно идеальны для возникновения жизни во Вселенной — может создаться впечатление, что их установили намеренно.

Даже небольшие изменения в этих значениях привели бы к потере атомами стабильности или к невозможности образования звезд.

Космология до сих пор не может убедительно объяснить этот феномен. Но одно из возможных объяснений связано с термином «мультивселенная».

Что, если существует множество вселенных, возникших в результате событий, сходных с Большим взрывом, но подчиняющихся разным физическим законам?

Случайным образом некоторые из этих вселенных идеальны для зарождения жизни, и если бы нам не посчастливилось оказаться в одной из них, то мы бы не задавались вопросами о мироздании, потому что нас попросту не существовало бы.

Однако идея о существовании параллельных вселенных весьма умозрительна. Так что остается по крайней мере теоретическая вероятность того, что наша Вселенная на самом деле является симуляцией, параметры которой специально заданы создателями для получения интересующих их результатов — возникновения звезд, галактик и живых существ.

Хотя такую вероятность и нельзя исключить, подобное теоретизирование ведет нас по кругу.

В конце концов, можно с таким же успехом предположить, что и параметры «реальной» Вселенной, в которой живут наши создатели, были кем-то искусственно заданы. В этом случае принятие постулата о том, что мы находимся внутри симуляции, не объясняет загадки значений постоянных физических величин.

Некоторые специалисты в качестве доказательства того, что со Вселенной что-то не так, указывают на очень странные открытия, сделанные современной физикой.

Автор фото, MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Подпись к фото,

Наша Вселенная — не более чем набор математических формул?

Особенно много подобных открытий дала нам квантовая механика — раздел физики, оперирующий чрезвычайно малыми величинами. Так, выясняется, что и материя, и энергия обладают гранулированной структурой.

Более того, «разрешение», при котором мы можем наблюдать Вселенную, имеет свой минимальный предел: если попытаться понаблюдать за более мелкими объектами, они просто не будут выглядеть достаточно «четкими».

По словам Смута, эти странные особенности квантовой физики как раз и могут быть признаками того, что мы живем внутри симуляции — подобно тому, как при попытке рассмотреть изображение на экране с очень близкого расстояния оно распадается на отдельные пиксели.

Но это очень грубая аналогия. Ученые постепенно приходят к выводу о том, что «зернистость» Вселенной на квантовом уровне может быть следствием более фундаментальных законов, определяющих пределы познаваемой реальности.

Еще один аргумент в пользу виртуальности нашего мира гласит, что Вселенная, как представляется ряду ученых, описывается математическими уравнениями.

А некоторые физики заходят еще дальше и утверждают, что наша реальность и является набором математических формул.

Космолог Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института подчеркивает, что как раз такого результата можно было бы ожидать, если бы в основе законов физики лежал вычислительный алгоритм.

Однако этот аргумент грозит увлечь нас в порочный круг рассуждений.

Начать с того, что если некий сверхразум решит симулировать собственный «реальный» мир, логично предположить, что физические принципы в основе подобной симуляции будут отражать те, что действуют в его собственной вселенной — ведь именно так поступаем мы.

В этом случае истинное объяснение математической природы нашего мира заключалось бы не в том, что он является симуляцией, а в том, что «реальный» мир наших создателей устроен точно таким же образом.

Кроме того, симуляция необязательно должна быть основана на математических правилах. Можно заставить ее функционировать случайным, хаотичным образом.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

В основе Вселенной может лежать математика, полагают некоторые ученые

Привело бы это к зарождению жизни в виртуальной вселенной, неизвестно, но суть заключается в том, что нельзя делать выводы о степени «реальности» Вселенной, отталкиваясь от ее якобы математической природы.

Однако, по словам физика Джеймса Гейтса из Мэрилендского университета, есть более убедительная причина полагать, что за физические законы отвечает компьютерная симуляция.

Гейтс изучает материю на уровне кварков — субатомных частиц, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах. По его словам, кварки подчиняются правилам, которые в чем-то напоминают компьютерные коды, корректирующие ошибки в обработке данных.

Возможно ли это?

Может быть, и так. Но не исключено, что подобная интерпретация физических законов — лишь самый свежий пример того, как человечество испокон веков интерпретировало окружающий мир, исходя из знаний о последних достижениях технологического прогресса.

В эпоху классической механики Ньютона Вселенная представлялась часовым механизмом. А позднее, на заре компьютерной эры, ДНК рассматривали в качестве своего рода хранилища цифрового кода с функцией хранения и считывания информации.

Возможно, мы просто каждый раз экстраполируем наши текущие технологические увлечения на законы физики.

По всей видимости, очень трудно, если вообще возможно, найти убедительное доказательство тому, что мы находимся внутри симуляции.

Если только в программном коде не допущено множество ошибок, будет непросто создать тест, результатам которого нельзя было бы найти какого-либо иного, более рационального объяснения.

Даже если наш мир и является симуляцией, говорит Смут, мы можем никогда не найти этому однозначного подтверждения — просто в силу того, что такая задача не под силу нашему разуму.

Ведь одной из целей симуляции является создание персонажей, которые функционировали бы в рамках установленных правил, а не нарушали их преднамеренно.

Впрочем, есть более серьезная причина, по которой нам, возможно, не стоит особо беспокоиться о том, что мы являемся лишь строчками программного кода.

Некоторые физики считают, что реальный мир в любом случае именно таким и является.

Терминологический аппарат, используемый для описания квантовой физики, все больше начинает напоминать словарь по информатике и вычислительной технике.

Некоторые физики подозревают, что на фундаментальном уровне природа может представлять собой не чистую математику, а чистую информацию: биты, наподобие компьютерных единиц и нулей.

Ведущий физик-теоретик Джон Уилер дал этой догадке название «Вещество из информации» (It from Bit).

Согласно данной гипотезе, все, что происходит на уровне взаимодействий фундаментальных частиц и выше, представляет собой своего рода вычислительный процесс.

«Вселенную можно рассматривать как гигантский квантовый компьютер, — говорит Сет Ллойд, сотрудник Массачусетского технологического института. — Если посмотреть на «внутренний механизм» Вселенной, то есть на структуру материи в самом мелком из возможных масштабов, мы увидим [квантовые] биты, участвующие в локальных цифровых операциях».

Автор фото, RICHARD KAIL/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Подпись к фото,

Квантовый мир размыт и неясен для нас

Таким образом, если реальность — всего лишь информация, то не имеет значения, находимся мы внутри симуляции или нет: ответ на это вопрос не делает нас более или менее «реальными».

Как бы то ни было, мы просто не можем быть ничем кроме информации.

Имеет ли для нас принципиальное значение, была эта информация запрограммирована природой или неким сверхразумом? Вряд ли — ну разве что во втором случае наши создатели теоретически способны вмешаться в ход симуляции и даже вовсе прекратить ее.

Но что мы можем сделать, чтобы этого избежать?

Тегмарк рекомендует нам всем по возможности вести интересную жизнь, чтобы не наскучить нашим создателям.

Разумеется, это шутка. Наверняка у любого из нас найдутся более веские мотивы жить полной жизнью, чем страх того, что в противном случае нас «сотрут».

Но сама постановка вопроса указывает на определенные изъяны в логике рассуждений о реальности Вселенной.

Мысль о том, что неким экспериментаторам высшего порядка в конце концов надоест с нами возиться, и они решат запустить какую-нибудь другую симуляцию, слишком отдает антропоморфизмом.

Как и высказывание Курцвейла по поводу школьного эксперимента, она подразумевает, что наши создатели — всего лишь капризные подростки, развлекающиеся с игровыми приставками.

Подобным солипсизмом страдает и обсуждение трех вариантов Бострома. Это не более чем попытка описать Вселенную в терминах достижений человечества XXI века: «Мы ведь разрабатываем компьютерные игры. Держу пари, что сверхразумные существа тоже бы этим занимались, только их игры были бы гораздо круче!»

Разумеется, любые попытки представить, каким образом могли бы действовать сверхразумные существа, неизбежно приведут к экстраполяции нашего собственного опыта. Но это не отменяет ненаучности такого подхода.

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Вселенную можно представить и в виде квантового компьютера. Но что это нам даст?

Вероятно, неслучайно многие поборники идеи «всеобъемлющей симуляции» признаются, что в юности запоем читали научную фантастику.

Не исключено, что выбор чтения предопределил их взрослый интерес к проблематике внеземного разума, но он же побуждает их теперь к тому, чтобы облекать свои размышления в привычные жанру формы.

Они словно рассматривают космос через иллюминатор звездолета «Энтерпрайз» [из американского телесериала «Звездный путь» — Прим. переводчика].

Гарвардский физик Лиза Рэнделл не может понять энтузиазма, с которым некоторые ее коллеги носятся с идеей реальности как тотальной симуляции. Для нее это ничего не меняет в подходе к восприятию и исследованию мира.

По мнению Рэнделл, все зависит от нашего выбора: что именно понимать под так называемой реальностью.

Вряд ли Илон Маск целыми днями размышляет о том, что окружающие его люди, его семья и друзья — всего лишь конструкты, состоящие из потоков данных и проецируемые в его сознание.

Отчасти он этого не делает потому, что постоянно думать подобным образом об окружающем мире просто не получится.

Но гораздо важнее то, что мы все знаем в глубине души: единственное стоящее нашего внимания определение реальности — это наши непосредственные ощущения и переживания, а не гипотетический мир, спрятанный «за кулисами».

Однако в интересе к тому, что в действительности может стоять за миром, доступным нам в ощущениях, нет ничего нового. Философы задаются подобными вопросами на протяжении многих веков.

Автор фото, Mike Agliolo/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Подпись к фото,

С нашей точки зрения, квантовый мир нелогичен

Еще Платон полагал, что принимаемое нами за реальность может быть лишь тенями, проецируемыми на стену пещеры.

Согласно Иммануилу Канту, хотя некая «вещь в себе», лежащая в основе воспринимаемых нами образов, и может существовать, познать ее нам не дано.

Знаменитая фраза Рене Декарта «Мыслю, следовательно, существую» означает, что способность к мышлению — единственный четкий критерий существования.

Концепция «мира как симуляции» преподносит эту старую философскую проблему в современной высокотехнологичной обертке, и в том нет большой беды.

Как и многие другие парадоксы философии, она заставляет нас критически взглянуть на некоторые укоренившиеся представления.

Но до тех пор, пока мы не сможем убедительно доказать, что намеренное разведение «реальности» и испытываемых нами ощущений от нее приводит к очевидным различиям в нашем поведении или в наблюдаемых нами явлениях, наше понимание реальности не изменится каким-либо существенным образом.

В начале XVIII века английский философ Джордж Беркли утверждал, что мир является иллюзией. На что его критик, писатель Сэмюэль Джонсон, воскликнул: «Вот мое опровержение!» — и пнул ногой камень.

На самом деле Джонсон не опроверг этим Беркли. Но его ответ на подобные утверждения, возможно, был самым правильным из возможных.

Основные единицы системы СИ — Тихоокеанский государственный университет

Метрическая система — это общее название международной десятичной системы единиц, основными единицами которой являются метр и килограмм. При некоторых различиях в деталях элементы системы одинаковы во всем мире.

Эталоны длины и массы, международные прототипы. Международные прототипы эталонов длины и массы — метра и килограмма — были переданы на хранение Международному бюро мер и весов, расположенному в Севре — пригороде Парижа. Эталон метра представлял собой линейку из сплава платины с 10% иридия, поперечному сечению которой для повышения изгибной жесткости при минимальном объеме металла была придана особая X-образная форма. В канавке такой линейки была продольная плоская поверхность, и метр определялся как расстояние между центрами двух штрихов, нанесенных поперек линейки на ее концах, при температуре эталона, равной 0° С. За международный прототип килограмма была принята масса цилиндра, сделанного из того же платино-иридиевого сплава, что и эталон метра, высотой и диаметром около 3,9 см. Вес этой эталонной массы, равной 1 кг на уровне моря на географической широте 45°, иногда называют килограмм-силой. Таким образом, ее можно использовать либо как эталон массы для абсолютной системы единиц, либо как эталон силы для технической системы единиц, в которой одной из основных единиц является единица силы.

Международная система СИ. Международная система единиц (СИ) представляет собой согласованную систему, в которой для любой физической величины, такой, как длина, время или сила, предусматривается одна и только одна единица измерения. Некоторым из единиц даны особые названия, примером может служить единица давления паскаль, тогда как названия других образуются из названий тех единиц, от которых они произведены, например единица скорости — метр в секунду. Основные единицы вместе с двумя дополнительными геометрического характера представлены в табл. 1. Производные единицы, для которых приняты особые названия, даны в табл. 2. Из всех производных механических единиц наиболее важное значение имеют единица силы ньютон, единица энергии джоуль и единица мощности ватт. Ньютон определяется как сила, которая придает массе в один килограмм ускорение, равное одному метру за секунду в квадрате. Джоуль равен работе, которая совершается, когда точка приложения силы, равной одному ньютону, перемещается на расстояние один метр в направлении действия силы. Ватт — это мощность, при которой работа в один джоуль совершается за одну секунду. Об электрических и других производных единицах будет сказано ниже. Официальные определения основных и дополнительных единиц таковы.

Метр — это длина пути, проходимого в вакууме светом за 1/299 792 458 долю секунды.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.

Секунда — продолжительность 9 192 631 770 периодов колебаний излучения, соответствующего переходам между двумя уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133.

Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.

Моль равен количеству вещества, в составе которого содержится столько же структурных элементов, сколько атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг.

Радиан — плоский угол между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на ее поверхности площадь, равную площади квадрата со стороной, равной радиусу сферы.

Таблица 1. Основные единицы СИ
Величина Единица Обозначение
Наименование русское международное
Длина метр м m
Масса килограмм кг kg
Время секунда с s
Сила электрического тока ампер А A
Термодинамическая температура кельвин К K
Сила света кандела кд cd
Количество вещества моль моль mol
Дополнительные единицы СИ
Величина Единица Обозначение
Наименование русское международное
Плоский угол радиан рад rad
Телесный угол стерадиан ср sr
Таблица 2. Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования
Величина Единица

Выражение производной единицы

Наименование Обозначение через другие единицы СИ через основные и дополнительные единицы СИ
Частота герц Гц с-1
Сила ньютон Н м кг с-2
Давление паскаль Па Н/м2 м-1 кг с-2
Энергия, работа, количество теплоты  джоуль Дж Н м  мкг с-2 
Мощность, поток энергии  ватт   Вт  Дж/с мкг с-3 
Количество электричества, электрический заряд  кулон  Кл   А с с А 
Электрическое напряжение, электрическийпотенциал  вольт  В  Вт/А  мкгс-3 А-1 
Электрическая емкость  фарада  Ф   Кл/В м-2 кг-1 сА2 
Электрическое сопротивление  ом  Ом  В/А  мкг с-3 А-2 
Электрическая проводимость   сименс  См  А/В м-2 кг-1 с3 А2 
Поток магнитной индукции  вебер  Вб   В с м2 кг с-2 А-1 
Магнитная индукция  тесла   Т, Тл Вб/м2  кг с-2 А-1 
Индуктивность  генри  Г, Гн   Вб/А м2 кг с-2 А-2 
Световой поток  люмен   лм   кд ср 
Освещенность  люкс  лк    м2 кд ср 
Активность радиоактивного источника  беккерель  Бк  с-1   с-1
Поглощенная доза излучения  грэй  Гр  Дж/кг   м2 с-2

Для образования десятичных кратных и дольных единиц предписывается ряд приставок и множителей, указываемых в табл. 3.

Таблица 3. Приставки и множители десятичных кратных и дольных единиц международной системы СИ
 экса  Э  1018  деци  д 10-1 
 пета  П  1015  санти  с  10-2
 тера  Т  1012  милли  м  10-3
 гига  Г  109 микро   мк  10-6
 мега  М  106 нано   н  10-9
 кило  к  103 пико   п  10-12
 гекто  г  102 фемто   ф  10-15
 дека  да  101 атто   а  10-18

Таким образом, километр (км) — это 1000 м, а миллиметр — 0,001 м. (Эти приставки применимы ко всем единицам, как, например, в киловаттах, миллиамперах и т.д.)

Масса, длина и время. Все основные единицы системы СИ, кроме килограмма, в настоящее время определяются через физические константы или явления, которые считаются неизменными и с высокой точностью воспроизводимыми. Что же касается килограмма, то еще не найден способ его реализации с той степенью воспроизводимости, которая достигается в процедурах сравнения различных эталонов массы с международным прототипом килограмма. Такое сравнение можно проводить путем взвешивания на пружинных весах, погрешность которых не превышает 1 10-8. Эталоны кратных и дольных единиц для килограмма устанавливаются комбинированным взвешиванием на весах.

Поскольку метр определяется через скорость света, его можно воспроизводить независимо в любой хорошо оборудованной лаборатории. Так, интерференционным методом штриховые и концевые меры длины, которыми пользуются в мастерских и лабораториях, можно проверять, проводя сравнение непосредственно с длиной волны света. Погрешность при таких методах в оптимальных условиях не превышает одной миллиардной (1 10-9). С развитием лазерной техники подобные измерения весьма упростились, и их диапазон существенно расширился.

Точно так же секунда в соответствии с ее современным определением может быть независимо реализована в компетентной лаборатории на установке с атомным пучком. Атомы пучка возбуждаются высокочастотным генератором, настроенным на атомную частоту, и электронная схема измеряет время, считая периоды колебаний в цепи генератора. Такие измерения можно проводить с точностью порядка 1 10-12 — гораздо более высокой, чем это было возможно при прежних определениях секунды, основанных на вращении Земли и ее обращении вокруг Солнца. Время и его обратная величина — частота — уникальны в том отношении, что их эталоны можно передавать по радио. Благодаря этому всякий, у кого имеется соответствующее радиоприемное оборудование, может принимать сигналы точного времени и эталонной частоты, почти не отличающиеся по точности от передаваемых в эфир.

Механика. Исходя из единиц длины, массы и времени, можно вывести все единицы, применяемые в механике, как было показано выше. Если основными единицами являются метр, килограмм и секунда, то система называется системой единиц МКС; если — сантиметр, грамм и секунда, то — системой единиц СГС. Единица силы в системе СГС называется диной, а единица работы — эргом. Некоторые единицы получают особые названия, когда они используются в особых разделах науки. Например, при измерении напряженности гравитационного поля единица ускорения в системе СГС называется галом. Имеется ряд единиц с особыми названиями, не входящих ни в одну из указанных систем единиц. Бар, единица давления, применявшаяся ранее в метеорологии, равен 1 000 000 дин/см2. Лошадиная сила, устаревшая единица мощности, все еще применяемая в британской технической системе единиц, а также в России, равна приблизительно 746 Вт.

Температура и теплота. Механические единицы не позволяют решать все научные и технические задачи без привлечения каких-либо других соотношений. Хотя работа, совершаемая при перемещении массы против действия силы, и кинетическая энергия некой массы по своему характеру эквивалентны тепловой энергии вещества, удобнее рассматривать температуру и теплоту как отдельные величины, не зависящие от механических.

Термодинамическая шкала температуры. Единица термодинамической температуры Кельвина (К), называемая кельвином, определяется тройной точкой воды, т.е. температурой, при которой вода находится в равновесии со льдом и паром. Эта температура принята равной 273,16 К, чем и определяется термодинамическая шкала температуры. Данная шкала, предложенная Кельвином, основана на втором начале термодинамики. Если имеются два тепловых резервуара с постоянной температурой и обратимая тепловая машина, передающая тепло от одного из них другому в соответствии с циклом Карно, то отношение термодинамических температур двух резервуаров дается равенством T/T1 = -Q2Q1, где Q2 и Q1 — количества теплоты, передаваемые каждому из резервуаров (знак <минус> говорит о том, что у одного из резервуаров теплота отбирается). Таким образом, если температура более теплого резервуара равна 273,16 К, а теплота, отбираемая у него, вдвое больше теплоты, передаваемой другому резервуару, то температура второго резервуара равна 136,58 К. Если же температура второго резервуара равна 0 К, то ему вообще не будет передана теплота, поскольку вся энергия газа была преобразована в механическую энергию на участке адиабатического расширения в цикле. Эта температура называется абсолютным нулем. Термодинамическая температура, используемая обычно в научных исследованиях, совпадает с температурой, входящей в уравнение состояния идеального газа PV = RT, где P — давление, V — объем и R — газовая постоянная. Уравнение показывает, что для идеального газа произведение объема на давление пропорционально температуре. Ни для одного из реальных газов этот закон точно не выполняется. Но если вносить поправки на вириальные силы, то расширение газов позволяет воспроизводить термодинамическую шкалу температуры.

Международная температурная шкала. В соответствии с изложенным выше определением температуру можно с весьма высокой точностью (примерно до 0,003 К вблизи тройной точки) измерять методом газовой термометрии. В теплоизолированную камеру помещают платиновый термометр сопротивления и резервуар с газом. При нагревании камеры увеличивается электросопротивление термометра и повышается давление газа в резервуаре (в соответствии с уравнением состояния), а при охлаждении наблюдается обратная картина. Измеряя одновременно сопротивление и давление, можно проградуировать термометр по давлению газа, которое пропорционально температуре. Затем термометр помещают в термостат, в котором жидкая вода может поддерживаться в равновесии со своими твердой и паровой фазами. Измерив его электросопротивление при этой температуре, получают термодинамическую шкалу, поскольку температуре тройной точки приписывается значение, равное 273,16 К.

Существуют две международные температурные шкалы — Кельвина (К) и Цельсия (С). Температура по шкале Цельсия получается из температуры по шкале Кельвина вычитанием из последней 273,15 К.

Точные измерения температуры методом газовой термометрии требуют много труда и времени. Поэтому в 1968 была введена Международная практическая температурная шкала (МПТШ). Пользуясь этой шкалой, термометры разных типов можно градуировать в лаборатории. Данная шкала была установлена при помощи платинового термометра сопротивления, термопары и радиационного пирометра, используемых в температурных интервалах между некоторыми парами постоянных опорных точек (температурных реперов). МПТШ должна была с наибольшей возможной точностью соответствовать термодинамической шкале, но, как выяснилось позднее, ее отклонения весьма существенны.

Температурная шкала Фаренгейта. Температурную шкалу Фаренгейта, которая широко применяется в сочетании с британской технической системой единиц, а также в измерениях ненаучного характера во многих странах, принято определять по двум постоянным опорным точкам — температуре таяния льда (32° F) и кипения воды (212° F) при нормальном (атмосферном) давлении. Поэтому, чтобы получить температуру по шкале Цельсия из температуры по шкале Фаренгейта, нужно вычесть из последней 32 и умножить результат на 5/9.

Единицы теплоты. Поскольку теплота есть одна из форм энергии, ее можно измерять в джоулях, и эта метрическая единица была принята международным соглашением. Но поскольку некогда количество теплоты определяли по изменению температуры некоторого количества воды, получила широкое распространение единица, называемая калорией и равная количеству теплоты, необходимому для того, чтобы повысить температуру одного грамма воды на 1° С. В связи с тем что теплоемкость воды зависит от температуры, пришлось уточнять величину калории. Появились по крайней мере две разные калории — <термохимическая> (4,1840 Дж) и <паровая> (4,1868 Дж). <Калория>, которой пользуются в диететике, на самом деле есть килокалория (1000 калорий). Калория не является единицей системы СИ, и в большинстве областей науки и техники она вышла из употребления.

Электричество и магнетизм. Все общепринятые электрические и магнитные единицы измерения основаны на метрической системе. В согласии с современными определениями электрических и магнитных единиц все они являются производными единицами, выводимыми по определенным физическим формулам из метрических единиц длины, массы и времени. Поскольку же большинство электрических и магнитных величин не так-то просто измерять, пользуясь упомянутыми эталонами, было сочтено, что удобнее установить путем соответствующих экспериментов производные эталоны для некоторых из указанных величин, а другие измерять, пользуясь такими эталонами.

Единицы системы СИ. Ниже дается перечень электрических и магнитных единиц системы СИ.

Ампер, единица силы электрического тока, — одна из шести основных единиц системы СИ. Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины с ничтожно малой площадью кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 107 Н.

Вольт, единица разности потенциалов и электродвижущей силы. Вольт — электрическое напряжение на участке электрической цепи с постоянным током силой 1 А при затрачиваемой мощности 1 Вт.

Кулон, единица количества электричества (электрического заряда). Кулон — количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника при постоянном токе силой 1 А за время 1 с.

Фарада, единица электрической емкости. Фарада — емкость конденсатора, на обкладках которого при заряде 1 Кл возникает электрическое напряжение 1 В.

Генри, единица индуктивности. Генри равен индуктивности контура, в котором возникает ЭДС самоиндукции в 1 В при равномерном изменении силы тока в этом контуре на 1 А за 1 с.

Вебер, единица магнитного потока. Вебер — магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре, имеющем сопротивление 1 Ом, протекает электрический заряд, равный 1 Кл.

Тесла, единица магнитной индукции. Тесла — магнитная индукция однородного магнитного поля, в котором магнитный поток через плоскую площадку площадью 1 м2, перпендикулярную линиям индукции, равен 1 Вб.

Практические эталоны. На практике величина ампера воспроизводится путем фактического измерения силы взаимодействия витков провода, несущих ток. Поскольку электрический ток есть процесс, протекающий во времени, эталон тока невозможно сохранять. Точно так же величину вольта невозможно фиксировать в прямом соответствии с его определением, так как трудно воспроизвести с необходимой точностью механическими средствами ватт (единицу мощности). Поэтому вольт на практике воспроизводится с помощью группы нормальных элементов. В США с 1 июля 1972 законодательством принято определение вольта, основанное на эффекте Джозефсона на переменном токе (частота переменного тока между двумя сверхпроводящими пластинами пропорциональна внешнему напряжению).

Свет и освещенность. Единицы силы света и освещенности нельзя определить на основе только механических единиц. Можно выразить поток энергии в световой волне в Вт/м2, а интенсивность световой волны — в В/м, как в случае радиоволн. Но восприятие освещенности есть психофизическое явление, в котором существенна не только интенсивность источника света, но и чувствительность человеческого глаза к спектральному распределению этой интенсивности.

Международным соглашением за единицу силы света принята кандела (ранее называвшаяся свечой), равная силе света в данном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540 1012 Гц (l = 555 нм), энергетическая сила светового излучения которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср. Это примерно соответствует силе света спермацетовой свечи, которая когда-то служила эталоном.

Если сила света источника равна одной канделе во всех направлениях, то полный световой поток равен 4p люменов. Таким образом, если этот источник находится в центре сферы радиусом 1 м, то освещенность внутренней поверхности сферы равна одному люмену на квадратный метр, т.е. одному люксу.

Рентгеновское и гамма-излучение, радиоактивность. Рентген (Р) — это устаревшая единица экспозиционной дозы рентгеновского, гамма- и фотонного излучений, равная количеству излучения, которое с учетом вторичноэлектронного излучения образует в 0,001 293 г воздуха ионы, несущие заряд, равный одной единице заряда СГС каждого знака. В системе СИ единицей поглощенной дозы излучения является грэй, равный 1 Дж/кг. Эталоном поглощенной дозы излучения служит установка с ионизационными камерами, которые измеряют ионизацию, производимую излучением.

Кюри (Ки) — устаревшая единица активности нуклида в радиоактивном источнике. Кюри равен активности радиоактивного вещества (препарата), в котором за 1 с происходит 3,700 1010 актов распада. В системе СИ единицей активности изотопа является беккерель, равный активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за время 1 с происходит один акт распада. Эталоны радиоактивности получают, измеряя периоды полураспада малых количеств радиоактивных материалов. Затем по таким эталонам градуируют и поверяют ионизационные камеры, счетчики Гейгера, сцинтилляционные счетчики и другие приборы для регистрации проникающих излучений.

Физическая постоянная | Britannica

Физическая постоянная , любая из набора фундаментальных инвариантных величин, наблюдаемых в природе и фигурирующих в основных теоретических уравнениях физики. Точная оценка этих констант важна для проверки правильности теорий и для того, чтобы сделать полезные приложения на основе этих теорий.

Скорость света в вакууме ( c ) фигурирует в теории электромагнетизма и теории относительности; в последнем случае энергия соотносится с массой посредством уравнения E = м c 2 .Его значение не зависит от каких-либо конкретных экспериментальных условий, например, влияющих на скорость звуковой волны в воздухе (для которых важны температура воздуха, а также направление и скорость любого ветра). Это универсальная константа природы.

Заряд электрона (ε) является фундаментальным свойством физической частицы; это наименьшая единица электрического заряда, которую можно найти в природе. Знание его числового значения требуется во многих областях физики и химии — например, при вычислении массы элемента или соединения, высвобождаемого при прохождении определенного количества тока через электрохимическую ячейку.

Постоянная Планка ( h ) сама по себе не является свойством фундаментальной частицы, но является константой, фигурирующей в уравнениях квантовой механики. Он связывает энергию ( E ) фотона (кванта электромагнитного излучения) с его частотой (ν) посредством уравнения E = h ν.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Универсальная гравитационная постоянная ( G ) связывает величину силы гравитационного притяжения между двумя телами с их массами и расстоянием между ними.Его значение чрезвычайно сложно измерить экспериментально. Было высказано предположение, что G менялось со временем на протяжении всей истории Вселенной и зависит от масштаба. Если это так, то значения, определенные в лаборатории, не будут подходить для земных или астрономических задач, но в настоящее время нет убедительных доказательств того, что это так.

Точные значения физических констант определяются в различных лабораториях по всему миру, например в США.Национальный институт стандартов и технологий (NIST; ранее Национальное бюро стандартов) и уточняются по мере совершенствования экспериментальных методов и технологий.

Числовые значения физических констант зависят от системы единиц, в которой они выражены. Например, скорость света может быть выражена (приблизительно) как 30 000 000 000 см в секунду или 186 000 миль в секунду. Однако в последнее время единицы измерения обычно определяют в терминах физических констант.Таким образом, метр теперь определяется как расстояние, которое свет проходит за определенное время. Такие определения приняты международным соглашением. См. Также Международная система единиц.

В таблице представлен список важных физических констант.

Значения некоторых избранных фундаментальных констант
количество символ стоимость
постоянная гравитации г 6.67384 × 10 −11 кубических метров в секунду в квадрате на килограмм
скорость света (в вакууме) c 2.99792458 × 10 8 метров в секунду
Постоянная планка час 6,626070040 × 10 −34 джоуль-секунда
Постоянная Больцмана k 1.38064852 × 10 −23 джоуль на кельвин
Постоянная Фарадея F 9,648533289 × 10 4 кулонов на моль
масса покоя электрона м д 9.10938356 × 10 −31 килограмм
масса покоя протона м п 1.672621898 × ​​10 −27 килограмм
масса покоя нейтрона м н 1.674927471 × 10 −27 килограмм
заряд на электроне е 1.6021766208 × 10 −19 кулон
Постоянная Ридберга R∞ 1.0973731568508 × 10 7 на метр
Постоянная Стефана-Больцмана σ 5,670367 × 10 −8 ватт на квадратный метр на кельвин 4
постоянная тонкой структуры α 7,2973525664 × 10 −3

Артур Эддингтон | Британский ученый

Полная статья

Артур Эддингтон , полностью Сэр Артур Стэнли Эддингтон , (родился 28 декабря 1882 г., Кендал, Вестморленд, Англия, умер 22 ноября 1944 г., Кембридж, Кембриджшир), английский астроном, физик и математик, который выполнил свою работу. величайшая работа в области астрофизики, исследования движения, внутреннего строения и эволюции звезд.Он также был первым толкователем теории относительности на английском языке.

Ранние годы

Эддингтон был сыном директора школы Страмонгейт, старого квакерского фонда в Кендале, недалеко от озера Уиндермир, на северо-западе Англии. Его отец, одаренный и высокообразованный человек, умер от брюшного тифа в 1884 году. Вдова отвезла свою дочь и маленького сына в Уэстон-сьюпер-Мэр в Сомерсете, где юный Эддингтон вырос и получил образование. Он поступил в Оуэнс-колледж в Манчестере в октябре 1898 года и в Тринити-колледж в Кембридже в октябре 1902 года.Там он получил все математические награды, а также премию Senior Wrangler (1904 г.), премию Смита и стипендию Тринити-колледжа (1907 г.). В 1913 году он получил плюмиановское звание профессора астрономии в Кембридже, а в 1914 году стал также директором его обсерватории.

С 1906 по 1913 год Эддингтон был главным помощником в Королевской обсерватории в Гринвиче, где он приобрел практический опыт использования астрономических инструментов. Он провел наблюдения на острове Мальта, чтобы установить его долготу, возглавил экспедицию по исследованию затмений в Бразилию и исследовал распределение и движение звезд.Он открыл новые горизонты, написав статью о динамике шаровой звездной системы. В книге « Звездные движения и структура Вселенной » (1914) он резюмировал свои математически элегантные исследования движения звезд в Млечном Пути.

Во время Первой мировой войны он объявил себя пацифистом. Это произошло из-за его сильных квакерских убеждений. Его религиозная вера также нашла выражение в его популярных трудах по философии науки. В «Наука и невидимый мир » (1929) он заявил, что значение мира не может быть раскрыто с помощью науки, но его следует искать через понимание духовной реальности.Он выразил эту веру в других философских книгах: The Nature of the Physical World (1928), New Pathways of Science (1935) и The Philosophy of Physical Science (1939).

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В эти годы он продолжал важные исследования в области астрофизики и теории относительности, помимо преподавания и чтения лекций. В 1919 году он возглавил экспедицию на остров Принсипи (Западная Африка), которая дала первое подтверждение теории Эйнштейна о том, что гравитация искривляет путь света, когда он проходит рядом с массивной звездой.Во время полного солнечного затмения было обнаружено, что положения звезд, видимых сразу за затменным солнечным диском, были, как и предсказывала общая теория относительности, немного смещенными от центра солнечного диска. Эддингтон был первым толкователем теории относительности на английском языке. Его отчет по теории относительности гравитации (1918), написанный для Физического общества, за ним следует Пространство, время и гравитация (1920) и его большой трактат Математическая теория относительности (1923) — последний считал Эйнштейн — лучшее изложение предмета на любом языке — сделало Эддингтона лидером в области физики относительности.Его собственный вклад был главным образом блестящей модификацией аффинной (неевклидовой) геометрии, ведущей к геометрии космоса. Позже, когда бельгийский астроном Жорж Лемэтр выдвинул гипотезу о расширяющейся Вселенной, Эддингтон продолжил эту тему в своих собственных исследованиях; они были представлены широкому читателю в его небольшой книге Расширяющаяся Вселенная (1933). Другая книга, Теория относительности протонов и электронов (1936), была посвящена квантовой теории.Он прочитал множество популярных лекций по теории относительности, в результате чего английский физик сэр Джозеф Джон Томсон заметил, что Эддингтон убедил множество людей, что они понимают, что означает теория относительности.

Философия науки

Его философские идеи привели его к мысли, что посредством объединения квантовой теории и общей теории относительности можно будет вычислить значения универсальных констант, в частности постоянной тонкой структуры, отношения массы протона к массе электрона. , и количество атомов во Вселенной.Это была никогда не завершенная попытка обширного синтеза известных фактов о физической вселенной; она была опубликована посмертно под названием Fundamental Theory (1946), отредактированной сэром Эдмундом Тейлором Уиттакером, книга, которая непонятна большинству читателей и сбивает с толку во многих местах всех, но которая представляет собой постоянный вызов для некоторых.

Эддингтон получил множество наград, в том числе почетные степени 13 университетов. Он был президентом Королевского астрономического общества (1921–23), Физического общества (1930–32), Математической ассоциации (1932) и Международного астрономического союза (1938–44).Он был посвящен в рыцари в 1930 году и получил Орден «За заслуги» в 1938 году. Заседания Королевского астрономического общества часто сопровождались драматическими столкновениями между Эддингтоном и сэром Джеймсом Хопвудом Джинсом или Эдвардом Артуром Милном по поводу обоснованности научных предположений и математических процедур. Эддингтон с энтузиазмом участвовал в большинстве видов легкой атлетики, а в последующие годы ограничился ездой на велосипеде, плаванием и гольфом.

Наибольший вклад Эддингтон внес в область астрофизики, где он проделал пионерскую работу по изучению звездной структуры и радиационного давления, субатомных источников звездной энергии, звездных диаметров, динамики пульсирующих звезд, взаимосвязи между звездной массой и светимостью, белых карликов, звезд, белых карликов и т. Д. диффузное вещество в межзвездном пространстве и так называемые запрещенные спектральные линии.Его работа в области астрофизики представлена ​​классическим Внутренним строением звезд (1925) и публичными лекциями, опубликованными как Stars and Atoms (1927). В своих хорошо написанных популярных книгах он также изложил свою научную эпистемологию, которую назвал «избирательным субъективизмом» и «структурализмом», то есть взаимодействием физических наблюдений и геометрии. Он считал, что большая часть физики просто отражает интерпретацию, которую ученый навязывает своим данным.Однако лучшей частью его философии была не его метафизика, а его «структурная» логика. Его теоретическая работа по физике оказала стимулирующее влияние на мысли и исследования других, и в результате его работы были открыты многие направления научных исследований.

А. Виберт Дуглас

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

Требуется 26 фундаментальных констант, чтобы дать нам нашу Вселенную, но они по-прежнему не дают всего

Когда мы думаем о нашей Вселенной на фундаментальном уровне, мы думаем обо всех частицах в ней, а также обо всех силах и взаимодействиях, которые происходят между ними. их.Если вы можете описать эти силы, взаимодействия и свойства частиц, у вас есть все необходимое для воспроизведения нашей Вселенной или, по крайней мере, Вселенной, практически неотличимой от нашей, в целом .

Потому что, если вы знаете законы физики — гравитацию, квантовую механику, электромагнетизм, ядерные силы и т. Д. — все, что вам нужно, — это отношения, которые скажут вам «на сколько», и если вы начнете с того же При начальных условиях вы получите Вселенную с теми же структурами от атомов до скоплений галактик, с теми же процессами от переходов электронов до звездных взрывов, с той же периодической таблицей элементов и с теми же химическими комбинациями от газообразного водорода до белков и углеводородов. цепочки, среди множества других сходств.

Когда вы сталкиваетесь с вопросом «сколько», вы, вероятно, думаете о силе гравитации, определяемой универсальной гравитационной постоянной, G , и о «энергии частицы», определяемой ее массой покоя, например масса электрона, м е . Вы думаете о скорости света, c , а для квантовой механики — постоянной Планка, ħ . Но физики не любят использовать эти константы при описании Вселенной, потому что эти константы имеют произвольные размеры и единицы измерения.

Но единицы измерения, такие как метр, килограмм или секунда, не имеют особого значения; фактически нет никакой причины заставлять себя определять такие вещи, как «масса», «время» или «расстояние», когда дело касается Вселенной. Если мы дадим правильные безразмерные константы (без метров, килограммов, секунд или каких-либо других «измерений» в них), которые описывают Вселенную, мы, естественно, должны выйти из самой Вселенной. Сюда входят такие вещи, как масса частиц, сила их взаимодействия, ограничение скорости Вселенной и даже фундаментальные свойства самого пространства-времени!

Как оказалось, требуется 26 безразмерных констант, чтобы описать Вселенную как можно проще и полнее, что довольно мало, но , а не , обязательно такое маленькое, как нам нравится. Вот какие они есть.

1.) Постоянная тонкой структуры или сила электромагнитного взаимодействия. Что касается некоторых физических констант, с которыми мы более знакомы, это отношение элементарного заряда (скажем, электрона) в квадрате к постоянной Планка и скорости света.Но если сложить эти константы вместе, получится безразмерное число ! При энергиях, присутствующих в настоящее время в нашей Вселенной, это число составляет ≈ 1 / 137,036, хотя сила этого взаимодействия увеличивается на по мере увеличения энергии взаимодействующих частиц.

2.) Константа сильной связи, которая определяет силу силы, удерживающей протоны и нейтроны вместе. Хотя способ работы сильной силы сильно отличается от электромагнитной силы или силы тяжести, сила этого взаимодействия все же может быть параметризована одной константой связи.Эта постоянная нашей Вселенной, как и электромагнитная, меняет силу с энергией.

3–17.) Это немного разочаровывает. У нас есть пятнадцать частиц в Стандартной модели: шесть кварков, шесть лептонов, W, Z и бозон Хиггса, которые все имеют массу покоя. Хотя это правда, что все их античастицы имеют идентичные массы покоя, мы надеялись, что могла бы существовать какая-то связь, закономерность или более фундаментальная теория, которая дала бы начало этим массам с параметрами меньше .Увы, для описания этих масс требуется пятнадцать констант, и одна хорошая новость заключается в том, что мы можем масштабировать эти параметры относительно гравитационной постоянной G , чтобы получить 15 безразмерных параметров, которые не нуждаются в отдельном дескрипторе. сила гравитационной силы.

18–21.) Параметры кваркового перемешивания. У нас есть шесть различных типов кварков, и поскольку есть два подмножества из трех, которые имеют одинаковые квантовые числа, они могут смешиваться вместе.Если вы когда-нибудь слышали о слабом ядерном взаимодействии, радиоактивном распаде или нарушении CP , эти четыре параметра — все из которых должны быть (и были) измерены — необходимы для их описания.

22–25.) Параметры смешивания нейтрино. Подобно кварковому сектору, есть четыре параметра, которые подробно описывают, как нейтрино смешиваются друг с другом, учитывая, что все три типа нейтрино имеют одинаковое квантовое число. Проблема солнечных нейтрино — когда нейтрино, испускаемые Солнцем, не приходили сюда, на Землю, — была одной из самых больших загадок 20-го века, окончательно решенная, когда мы поняли, что нейтрино имеют очень маленькие, но ненулевые массы, смешанные вместе. и колебались от одного типа к другому.Смешивание кварков описывается тремя углами и одной сложной фазой CP — нарушением, и смешивание нейтрино описывается точно так же. Хотя все четыре параметра для кварков уже определены, фаза нарушения CP для нейтрино еще не измерена.

26.) Космологическая постоянная. Возможно, вы слышали, что расширение Вселенной ускоряется из-за темной энергии, и для этого требуется еще один параметр — космологическая постоянная — для описания величины этого ускорения.Темная энергия может оказаться более сложной, чем константа, и в этом случае может потребоваться больше параметров, и, следовательно, число может быть больше 26.

Если вы дадите мне законы физики и эти 26 констант, я могу загрузить их в компьютер и сказать ему, чтобы он смоделировал мою Вселенную. И что весьма примечательно, то, что я получаю, выглядит практически неотличимым от Вселенной, которую мы имеем сегодня, от мельчайших субатомных масштабов до самых больших, космических.

Но даже с этим, есть еще четыре головоломки, для решения которых могут потребоваться дополнительные константы.Это:

  1. Проблема асимметрии вещества и антивещества. Вся наша наблюдаемая Вселенная состоит преимущественно из материи, а не из антивещества, но мы не до конца понимаем, почему это так, или почему наша Вселенная имеет единиц материи, которые она имеет. Эта проблема — проблема бариогенезиса — является одной из больших нерешенных проблем теоретической физики, и для ее решения может потребоваться одна (или несколько) новых фундаментальных констант.
  2. Проблема космической инфляции.Это фаза Вселенной, предшествовавшая Большому взрыву, в результате чего было сделано много новых предсказаний, которые были подтверждены наблюдениями, но не включены в это описание. Скорее всего, когда мы более полно поймем, что это такое, к этому набору констант придется добавить дополнительные параметры.
  3. Проблема темной материи. Учитывая, что он почти наверняка состоит как минимум из одного (а может, и из большего числа) новых типов массивных частиц, логично предположить, что необходимо будет добавить больше новых параметров — потенциально даже больше, чем один для каждого нового типа частиц.
  4. Проблема сильного CP — нарушение. Мы видим нарушение CP в слабых ядерных взаимодействиях и ожидаем его в нейтринном секторе, но нам еще предстоит найти его в сильных взаимодействиях, хотя это не запрещено . Если он существует, должно быть больше параметров; в противном случае, вероятно, существует дополнительный параметр, связанный с процессом, который его ограничивает.

Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, Д. Харви (Швейцарский федеральный технологический институт), Р.Мэсси (Даремский … [+] Университет, Великобритания), команда Hubble SM4 ERO и ST-ECF скопления галактик Abell 370, с темной материей, показанной синим цветом.

Наша Вселенная — сложное, удивительное место, и все же наши самые большие надежды на единую теорию — теорию всего — должны на уменьшить на количество необходимых нам фундаментальных констант. Но чем больше мы узнаем о Вселенной, тем больше параметров мы узнаем, чтобы полностью ее описать. В то время как важно осознавать, где мы находимся и что для этого нужно, сегодня, чтобы описать все то, что известно, также важно продолжать поиск более полной парадигмы, которая не только дает нам все, что Вселенная может дать нам, но и делает это. как можно проще.

Прямо сейчас, к сожалению, все, что проще, чем то, что мы здесь предложили, тоже просто в работе. В конце концов, наша Вселенная может быть не такой элегантной, как мы надеялись.

Физические константы

Удельное сопротивление проводников необходимо при расчете сопротивления объектов. Удельное сопротивление зависит от многих параметров, включая тип и концентрацию примеси, температура, давление и т. д.Используйте эти числа как приближения при 20 ℃ и 100 кПа (одна атмосфера).

Материал Удельное сопротивление
(Ом · м)
Комментарии
Сверхпроводники 0 Сверхпроводники не просто имеют очень низкое сопротивление, их сопротивление фактически равно нулю.Но они дороги в производстве, их нужно хранить в очень хорошем состоянии. холодный, и не может выдерживать высокие плотности тока.
Серебро 1,6 × 10⁠ -⁠8 Лучший проводник из общедоступных металлов.Дорогое, мягкое, податливое, подвержено коррозии поверхности.
Медь 1,7 × 10⁠ -⁠8 Широко используется для электрических проводов короче 100 метров. Почти такой же хороший проводник, как серебряный, но намного дешевле.Достаточно мягкий и склонный на поверхность коррозия. Не растекается (не деформируется) под давлением, что облегчает хранение связи механически и электрически исправны.
Золото 2.4 × 10⁠ ⁠-⁠8 Намного дороже серебра или меди и хуже электрический проводник. Однако он очень устойчив к поверхностной коррозии. Популярный для использовать в качестве тонкого покрытия, размещенного на поверхности других проводников, таких как медь.
Алюминий 2.7 × 10⁠ ⁠-⁠8 Используется в проводниках длиной более 100 метров. Менее дорогой и менее плотный, чем медь, поэтому проводники дешевы и имеют низкую масса. Не подвергается коррозии, хотя и страдает от тонкого слоя коррозии на поверхности, что может стать проблемой в точках соединения.Обладает низкой прочностью на разрыв, что затрудняет натяжение и натяжение между опорами. Под давлением будет медленно течь или деформироваться, что может быть проблемой в точках подключения.
Вольфрам 5.6 × 10⁠ ⁠-⁠8 Высокая температура плавления и достаточно инертный. Используется для накаливания лампы накаливания
Железо / Сталь 10⁠ ⁠-⁠7 до 10⁠ ⁠-⁠6 Недорого, с высоким пределом прочности.Имеет три основные недостатки в качестве электрического проводника по сравнению с медью. Удельное сопротивление около в десять раз больше, подвержен коррозии, обладает высокой магнитной проницаемостью. Высокая проницаемость не влияет на передачу энергии постоянного тока, но может значительно повысить сопротивление для передачи мощности переменного тока (из-за скин-эффекта).
Меркурий 10⁠ ⁠-⁠6 Жидкость комнатной температуры. Не разъедает и не реагируют с наиболее распространенными веществами при комнатной температуре. Когда-то обычно использовался в простые переключатели наклона, люминесцентные лампы и ртутные лампы.Обычно запрещен в новых разработках из-за токсичности ртути.
Нихром 10⁠ ⁠-⁠6 Никель-хром-железо. Устойчив к окислению, даже при высоких температурах.Используется в качестве нагревательного элемента в тостерах, обогревателях, пр.
Углерод 10⁠ ⁠-⁠5 до 10⁠ ⁠-⁠3 Значительно зависит от концентрации примесей, температура, давление и т. д.Считается полупроводником. Широко используется в маломощных резисторы.
Морская вода 2 × 10⁠ ⁠-⁠1 Считается проводником, прежде всего, из-за большой площади поперечного сечения
Плавание в свежем виде
Вода в бассейне
4 × 10⁠ ⁠-⁠1 Считается проводником, прежде всего, из-за большой площади поперечного сечения
Питьевая /
Озерная вода
10⁠ 1 до 10⁠ 3 Зависит от концентрации растворенных твердых веществ
Почва 10⁠ 1 до 10⁠ 4 Зависит от состава и влажности.Считается проводником из-за большой площади поперечного сечения.
Деионизированная вода 10⁠ 5 Должен быть специально обработаны для удаления обычно встречающихся растворенных твердых частиц.При использовании в узком ручье можно считать изолятором.
Стекло, фарфор, полиэтилен 10⁠ 14 до 10⁠ 15 Обычно используется в качестве электрических изоляторов или изоляционных покрытий на проводах.Вода, поглощенная из атмосферы, может резко изменить удельное сопротивление.
Воздух 10⁠ 9 до 10⁠ 15 Хороший естественный изолятор, но склонен к поломке. Если напряженность электрического поля слишком высока, может образоваться дуга, которая быстро снижает удельное сопротивление. к низкий уровень.Другие проблемы, такие как коронный разряд, также являются проблемой. Даже когда искрение отсутствует, естественные ионы в воздухе препятствуют его возникновению. идеальный изолятор.
Плавленый кварц 10⁠ 17 Превосходный изолятор, стабильный в широком диапазоне температур.
тефлон 10⁠ 24 Необычайно хороший изолятор.
Вакуум Infinity
(вроде)
Обычно нет смысла говорить об удельном сопротивлении вакуума.Обычно мы думаем, что заряд переносится такими частицами, как электроны или ионы. В идеальном вакууме по определению нет частиц, поэтому электричество постоянного тока как мы обычно подумайте, что это не может течь через вакуум. Однако объекты обычно выбрасывают частицы из их поверхности в окружающее пространство.Как только эти частицы попадают в вакуум, есть ничто не препятствует их движению (и технически частица означает, что вакуум больше не вакуум). Эти выброшенные частицы могут проводить электрический ток через (бывший) вакуум. Это важный источник электрического тока в таких устройствах, как электронные лампы и в космическое пространство.Переменный ток создает различные электрические и магнитные поля, который может передавать энергию через вакуум даже без выброса частиц из поверхность дирижера.

Физическая постоянная — Энциклопедия Нового Мира

Свет от Солнца пересекает пространство с постоянной скоростью, прежде чем достигнет Земли.Скорость света в вакууме является важной физической константой и считается максимальной скоростью, которую может достичь любой объект или излучение во Вселенной.

В физике физическая постоянная — это физическая величина, значение которой обычно считается универсальным по природе и остается неизменным с течением времени. Напротив, математическая константа, которая также имеет фиксированное значение, напрямую не включает никаких физических измерений.

В науке существует множество физических констант.Некоторые из наиболее широко известных:

  • рационализированная постоянная Планка ħ,
  • гравитационная постоянная G,
  • скорость света в вакууме c
  • электрическая постоянная ε 0 ,
  • элементарный заряд e, и
  • постоянная тонкой структуры α.

Некоторые фундаментальные физические константы (например, α выше) не имеют размеров. Физики признают, что, если бы эти константы значительно отличались от своих текущих значений, Вселенная была бы настолько радикальной, что звезды, подобные нашему Солнцу, не могли бы существовать, а разумная жизнь не возникла бы.

Физические константы с единицами измерения и без них

Многие физические константы имеют единицы измерения. Например, скорость света в вакууме, которая считается максимальной скоростью для любого объекта или излучения во Вселенной, выражается в размерах расстояния, деленного на время. Его значение составляет 299 792 458 метров в секунду (м · с -1 ). Универсальная гравитационная постоянная (или постоянная Ньютона) была определена равной примерно 6,6742 × 10 -11 кубических метров на килограмм в секунду в квадрате ( м 3 · кг -1 · с -2 ).

Другие физические постоянные безразмерны. Среди физиков наиболее известной безразмерной физической постоянной является постоянная тонкой структуры α. Его значение в настоящее время измеряется примерно как 1 / 137,035999, но никто не знает, почему оно имеет это значение. Было сделано много попыток получить это значение теоретически, но пока ни одна из них не увенчалась успехом. То же самое верно и для безразмерных соотношений масс элементарных частиц, таких как отношение массы протона ( m p ) к массе электрона ( m e ), что составляет примерно 1836 г. .152673.

Для физических констант, имеющих единицы измерения, их числовые значения зависят от используемой системы единиц, такой как СИ или сгс (сантиметры, граммы, секунды). Эти единицы созданы по человеческому соглашению. Напротив, значения безразмерных констант не зависят от какой-либо системы единиц, и в этом смысле они не зависят от человеческого соглашения. Исходя из этого, физики-теоретики склонны рассматривать эти безразмерные величины как фундаментальные физические константы .Тем не менее, исследователи могут использовать фразу «фундаментальная физическая константа» и по-другому. Например, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) использует его для обозначения любой универсальной физической величины, которая считается постоянной, такой как скорость света c, и гравитационная постоянная G.

Хотя и математические константы, и некоторые физические константы безразмерны, те, которые входят в последнюю группу, определяются экспериментально и не определяются какой-либо комбинацией чистых математических констант.Тем не менее, с развитием квантовой химии в двадцатом веке большое количество ранее необъяснимых безразмерных физических констант было успешно вычислено с помощью теории. Кроме того, список фундаментальных физических констант уменьшается, когда новые теории показывают, как одни ранее фундаментальные константы могут быть вычислены в терминах других. Список увеличивается, когда эксперименты измеряют новые эффекты.

Постоянная тонкой структуры α

Постоянная тонкой структуры α безразмерна.{2}} {\ hbar c \ 4 \ pi \ epsilon _ {0}}} = {\ frac {1} {137.03599911}}}

, где e {\ displaystyle e \} — элементарный заряд, ℏ { \ displaystyle \ hbar \} — это уменьшенная постоянная Планка, c {\ displaystyle c \} — скорость света в вакууме, а ϵ0 {\ displaystyle \ epsilon _ {0} \} — диэлектрическая проницаемость свободного пространства. Проще говоря, постоянная тонкой структуры определяет, насколько сильна электромагнитная сила.

Натуральные единицы

Физики пытаются сделать свои теории более простыми и элегантными, уменьшая количество физических констант, появляющихся в математических выражениях их теорий.Это достигается путем определения единиц измерения таким образом, чтобы некоторые из наиболее распространенных физических констант, такие как скорость света, были нормализованы до единицы. Полученная в результате система единиц, известная как «естественные единицы», широко используется в литературе по продвинутой физике, поскольку она значительно упрощает многие уравнения.

Сколько существует безразмерных физических констант?

Давно желанная цель теоретической физики — уменьшить количество фундаментальных (безразмерных) констант, которые необходимо вводить вручную, путем вычисления некоторых из первых принципов.Сведение химии к физике было огромным шагом в этом направлении, потому что свойства атомов и молекул теперь могут быть рассчитаны на основе Стандартной модели, по крайней мере, в принципе. Успешная «Теория Великого Объединения» или «Теория всего» могла бы еще больше уменьшить количество фундаментальных констант, в идеале до нуля. Однако эта цель остается недостижимой.

Согласно Мичио Каку (1994: 124-27), Стандартная модель физики элементарных частиц содержит 19 произвольных безразмерных констант , которые описывают массы частиц и силы различных взаимодействий.Это было до того, как было обнаружено, что нейтрино могут иметь ненулевую массу, и в его список входит величина, называемая тета-углом, которая кажется равной нулю.

После открытия массы нейтрино и без учета тета-угла Джон Баез (2002) отметил, что новая Стандартная модель требует 25 произвольных фундаментальных констант, а именно:

  • постоянная тонкой структуры,
  • константа сильной связи,
  • массы элементарных частиц (нормированные на массу некоторой естественной единицы массы), а именно массы 6 кварков, 6 лептонов, бозона Хиггса, W-бозона и Z-бозона,
  • 4 параметра матрицы CKM, которые описывают, как кварки могут колебаться между различными формами,
  • 4 параметра матрицы Маки-Накагавы-Сакаты, которая делает то же самое для нейтрино.

Если принять во внимание гравитацию, нам понадобится по крайней мере еще одна фундаментальная постоянная, а именно космологическая постоянная уравнений Эйнштейна, которые описывают общую теорию относительности.

Это дает в общей сложности 26 фундаментальных физических констант. Предположительно, еще предстоит открыть еще несколько констант, описывающих свойства темной материи. Если темная энергия окажется более сложной, чем просто космологическая постоянная, потребуется еще больше констант.

В своей книге Just Six Numbers Мартин Рис рассматривает следующие числа:

  • Nu: отношение электрослабой силы к силе тяжести;
  • Эпсилон: относится к сильной силе;
  • Омега: количество электронов и протонов в наблюдаемой Вселенной;
  • Лямбда: космологическая постоянная;
  • Q: отношение фундаментальных энергий;
  • Дельта: количество пространственных измерений. [1]

Насколько постоянны физические константы?

Начиная с Пола Дирака в 1937 году, некоторые ученые предполагали, что физические константы могут уменьшаться пропорционально возрасту Вселенной. Научные эксперименты еще не предоставили каких-либо определенных доказательств этого, но они показали, что такие изменения, если таковые имеются, будут очень небольшими, а экспериментальные результаты установили самые высокие пределы для некоторых предполагаемых изменений. Например, максимально возможное относительное изменение было оценено примерно в 10 -5 в год для постоянной тонкой структуры α и 10 -11 для гравитационной постоянной G .

В настоящее время ведутся споры [1] [2] о том, будут ли изменения физических констант, имеющих размеры, такие как G , c , ħ или ε 0 , иметь операционное значение. Однако общепризнано, что существенное изменение безразмерной константы (такой как α) определенно будет замечено. Джон Д. Барроу (2002) дает следующее объяснение.

«[] важный урок, который мы извлекаем из того, как чистые числа, такие как α, определяют мир, — это то, что на самом деле означает для миров быть разными.Чистое число, которое мы называем постоянной тонкой структуры и обозначаем α, представляет собой комбинацию заряда электрона e , скорости света c и постоянной Планка ħ . Сначала у нас может возникнуть соблазн подумать, что мир, в котором скорость света меньше, будет другим миром. Но это было бы ошибкой. Если бы c , ħ и e были все изменены так, чтобы их значения в метрических (или любых других) единицах были другими, когда мы искали их в наших таблицах физических констант, но значение α осталось то же самое, этот новый мир был бы неотличимым с наблюдений от нашего мира.Единственное, что имеет значение при определении миров, — это значения безразмерных констант Природы. Если бы все массы были удвоены по величине, вы не можете сказать, потому что все чистые числа, определяемые отношениями любой пары масс, не изменились ».

Некоторые философские разветвления

Некоторые физики исследовали идею о том, что если бы безразмерные фундаментальные физические константы существенно отличались от их текущих значений, Вселенная приняла бы совсем другую форму.Например, изменения значения постоянной тонкой структуры (α) на несколько процентов было бы достаточно, чтобы исключить такие звезды, как наше Солнце, и предотвратить появление разумных живых организмов. Следовательно, похоже, что наша Вселенная приспособлена для разумной жизни.

Сторонники «слабого антропного принципа» утверждают, что именно из-за того, что эти фундаментальные константы имеют свои соответствующие значения, существовал достаточный порядок и богатство элементного разнообразия для формирования жизни, что впоследствии привело к развитию интеллекта, необходимого для определения ценностей для них. константы.

Значения физических констант ограничивают любую правдоподобную фундаментальную физическую теорию, которая должна либо иметь возможность производить эти значения из базовой математики, либо принимать эти константы априори. Таким образом, в нашей Вселенной могут быть действительны только некоторые физические теории. Поэтому некоторые физики подняли теоретическую возможность существования множественных вселенных, в которых фундаментальные физические константы имеют разные значения. Однако нет никаких экспериментальных доказательств существования множественных параллельных вселенных.

Таблица универсальных констант

Таблица электромагнитных констант

Таблица атомных и ядерных констант

Таблица физико-химических констант

Кол-во Обозначение Значение 1 (единицы СИ) Относительная стандартная неопределенность
единица атомной массы (унифицированная единица атомной массы) му = 1 U {\ Displaystyle m_ {u} = 1 \ u \,} 1.660538 86 (28) × 10 -27 кг 1,7 × 10 -7
Число Авогадро NA, L {\ displaystyle N_ {A}, L \,} 6,022 1415 (10) × 10 23 1,7 × 10 -7
Постоянная Больцмана к знак равно R / NA {\ Displaystyle к = R / N_ {A} \,} 1,380 6505 (24) × 10 -23 Дж · К -1 1,8 × 10 -6
Постоянная Фарадея F = NAe {\ displaystyle F = N_ {A} e \,} 96 485.{2} \,} 3,741 771 38 (64) × 10 -16 Вт · м 2 1,7 × 10 -7
для спектральной яркости c1L {\ displaystyle c_ {1L} \,} 1,191 042 82 (20) × 10 -16 Вт · м 2 ср -1 1,7 × 10 -7
Константа Лошмидта при T {\ displaystyle T} = 273,15 K и p {\ displaystyle p} = 101,325 кПа n0 = NA / Vm {\ ​​displaystyle n_ {0} = N_ {A} / V_ {m} \,} 2.686 7773 (47) × 10 25 м -3 1,8 × 10 -6
газовая постоянная R {\ displaystyle R \,} 8,314 472 (15) Дж · К -1 · моль -1 1,7 × 10 -6
молярная постоянная Планка NAh {\ displaystyle N_ {A} h \,} 3,990 312 716 (27) × 10 -10 Дж · с · моль -1 6,7 × 10 -9
молярный объем идеального газа при T {\ displaystyle T} = 273. {2}} 5.670400 (40) × 10 -8 Вт · м -2 · K -4 7,0 × 10 -6
Константа закона смещения Вина b знак равно (hc / k) / {\ displaystyle b = (hc / k) / \,} 4,965 114 231 … 2,897 7685 (51) × 10 -3 м · К 1,7 × 10 -6

Таблица принятых значений

Примечания к вышеприведенным таблицам

1 Значения даны в так называемой краткой форме ; число в скобках — это стандартная неопределенность , которая представляет собой значение, умноженное на относительную стандартную неопределенность .
2 Это значение принято во всем мире для представления вольт с помощью эффекта Джозефсона.
3 Это значение, принятое во всем мире для реализации представления сопротивления с помощью квантового эффекта Холла.

  1. ↑ Обратите внимание, что Дельта = 3. Поскольку это просто целое число, большинство физиков не считают его безразмерной физической постоянной обычного типа.

См. Также

  • Тонко настроенная вселенная
  • Свет
  • Физический закон
  • КОДЫ
  • Натуральные единицы
  • Атомные единицы
  • Единицы Планка

Литература

  • Баэз, Джон.»Сколько существует фундаментальных констант?» Джона Баэза, математический факультет, Калифорнийский университет, Риверсайд. Доступ 3 декабря 2006 г.
  • Барроу, Джон Д. и Фрэнк Дж. Типлер, 1986. Антропный космологический принцип. Оксфорд, Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 0192821474.
  • Барроу, Джон Д. 2002. Константы природы; От альфы до омеги — числа, закодирующие самые глубокие тайны Вселенной. Книги Пантеона. ISBN 0375422218.
  • Каку, Мичио. 1995. Гиперпространство: научная одиссея через параллельные вселенные, искажения времени и десятое измерение. Нью-Йорк: якорная книга, Doubleday. ISBN 0385477058.
  • Петли, Брайан Уильям. 1985. Фундаментальные физические константы и границы измерения. Адам Хильгер. ISBN 0852744277.
  • Рис, Мартин. 1999. Всего шесть чисел: глубинные силы, формирующие Вселенную. Лондон: Феникс. ISBN 075381022-0.
  • Уэбб, Дж.К. и др., 2001. «Дальнейшие доказательства космологической эволюции постоянной тонкой структуры», Phys. Rev. Lett. 87 : 0.
  • Рекомендации CODATA — 2002 CODATA Значения фундаментальных физических констант, рекомендованные на международном уровне, Национальный институт стандартов и технологий США.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 27 марта 2019 г.

  • Фундаментальные физические константы из NIST
  • Джон Баэз, 2002, «Сколько существует фундаментальных констант?».
  • Саймон Плафф. «Поиск математического выражения для массовых соотношений с использованием большой базы данных».
  • Значения фундаментальных констант. CODATA, 2002.
  • Бахколл, Дж. Н., К. Л. Стейнхард, Д. Шлегель, 2004 «Меняется ли постоянная тонкой структуры в зависимости от космологической эпохи?» Astrophys. J. 600 : 520.
  • Marion, H., et al. 2003, «Поиск вариаций фундаментальных констант с помощью атомных фонтанных часов», Phys.Rev.Lett. 90 : 150801.
  • Олив К.А. и др., 2002, «Ограничения на вариации фундаментальных связей», Phys.Rev. D66 : 045022.
  • Узан, J-P, 2003, «Фундаментальные константы и их вариации: статус наблюдения и теоретические мотивы», Rev.Mod.Phys. 75 : 403.

кредитов

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в Энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Таблица обычно используемых физических констант в химии

Требуется значение фундаментальной физической постоянной? Как правило, эти значения узнаются только в краткосрочной перспективе, когда вас знакомят с ними, и забываются, как только тест или задание завершены. Когда они снова понадобятся, постоянный поиск в учебнике — один из способов снова найти информацию. Лучше всего воспользоваться этой удобной справочной таблицей.

Константа Символ Значение
ускорение свободного падения г 9.8 мс -2
единица атомной массы а.е.м., м u или u 1,66 x 10 -27 кг
Число Авогадро N 6,022 х 10 23 моль -1
Радиус Бора а 0 0,529 х 10 -10 м
Постоянная Больцмана к 1,38 х 10 -23 Дж К -1
Отношение заряда электрона к массе -э / м e -1.7588 х 10 11 C кг -1
Классический радиус электрона руб. e 2,818 х 10 -15 м
масса электрона энергия (Дж) кв.м. e c 2 8,187 х 10 -14 Дж
масса электрона энергия (МэВ) кв.м. e c 2 0,511 МэВ
масса покоя электрона кв.м. e 9.109 х 10 -31 кг
Постоянная Фарадея F 9,649 х 10 4 C моль -1
постоянная тонкой структуры α 7,297 х 10 -3
газовая постоянная R 8,314 Дж моль -1 К -1
гравитационная постоянная G 6,67 х 10 -11 Нм 2 кг -2
масса нейтрона энергия (Дж) кв.м. n c 2 1.505 х 10 -10 Дж
масса нейтрона, энергия (МэВ) кв.м. n c 2 939,565 МэВ
масса покоя нейтрона кв.м. п 1,675 х 10 -27 кг
Отношение масс нейтрона и электрона кв.м. n / м e 1838,68
Отношение масс нейтрона и протона кв.м. n / м п. 1.0014
проницаемость вакуума мкм 0 4π х 10 -7 Н А -2
диэлектрическая проницаемость вакуума ε 0 8,854 х 10 -12 Ф м -1
Постоянная Планка ч 6,626 х 10 -34 Дж с
масса протона энергия (Дж) кв.м. п в 2 1.503 х 10 -10 Дж
масса протона, энергия (МэВ) кв.м. п в 2 938,272 МэВ
масса покоя протона кв.м. п. 1,67 26 х 10 -27 кг
отношение масс протона и электрона кв.м. с / м e 1836,15
Постоянная Ридберга руб. 1.0974 х 10 7 м -1
скорость света в вакууме С 2,9979 х 10 8 м / с

Фундаментальные физические константы

903 Атомная масса ед. 903
Название Символ Значение
Скорость света c
Постоянная Планка h
Постоянная Планка h

8

Планковский бар
Гравитационная постоянная G
Константа Больцмана k
k
k Молярная газовая постоянная R
Число Авогадро N A 6.0221 x 10 23 моль -1
Заряд электрона e
Проницаемость вакуума
Проницаемость вакуума
константа
Постоянная Фарадея F
Масса электрона
Масса электрона
Масса 60
Масса протона
Масса нейтрона
Масса нейтрона
Единица атомной массы u

0

0

u
Число Авогадро
Постоянная Стефана-Больцмана
Постоянная Ридберга
Магнетон Бора
Квант потока 2.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.