Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Физикада өлшемсіз физикалық тұрақты – өлшемсіз, яғни бірліктері жоқ, таза сан болып табылады. Оның сандық мәні қолданылатын бірліктер жүйесіне тәуелсіз болады. Бұл ұғымды, әдетте тұрақты емес және тек белгілі бір құбылыс үшін ғана тұрақты болатын өлшемсіз шамалармен шатастыруға болмайды. Мысалы, аэродинамикада нақты бір қанатты қарастырғанда, ламинарлық-турбуленттік өтудің Рейнольдс саны сол мәселенің маңызды өлшемсіз шамасы болып табылады. Дегенмен, ол нақты мәселеге тікелей байланысты: мысалы, қарастырылып отырған қанаттың түріне және оның ішінде қозғалатын сұйықтыққа байланысты. Кейде "фундаменталды физикалық тұрақты" термині әмбебап өлшемсіз тұрақтыларды білдіру үшін қолданылады. Ең танымал мысалы – ұсақ құрылым тұрақтысы α, оның шамамен мәні 1/137.036-ға тең.
Physical constant with no units
In physics, a dimensionless physical constant is a physical constant that is dimensionless, i. e. a pure number having no units attached and having a numerical value that is independent of whatever system of units may be used. The concept should not be confused with dimensionless numbers, that are not universally constant, and remain constant only for a particular phenomenon. In aerodynamics for example, if one considers one particular airfoil, the Reynolds number value of the laminar–turbulent transition is one relevant dimensionless number of the problem. However, it is strictly related to the particular problem: for example, it is related to the airfoil being considered and also to the type of fluid in which it moves. The term fundamental physical constant is sometimes used to refer to some universal dimensionless constants. Perhaps the best known example is the fine structure constant, α, which has an approximate value of 1/137.036.
Терминология
Негізгі физикалық тұрақты термині қазіргі уақытта басқа ешқандай көзден шығарылмайтын, өлшемсіз әмбебап физикалық тұрақтылармен ғана шектелуі керек деп ұсынылған; осы қатаң анықтама осы жерде қолданылады. Дегенмен, "негізгі физикалық тұрақты" термині кейде физиканың ең негізгі теорияларында кездесетін жарық жылдамдығы c, вакуумдық диэлектрлік тұрақтысы ε0, Планк тұрақтысы h және гравитациялық тұрақты G сияқты белгілі бір өлшемді әмбебап физикалық тұрақтыларды атау үшін де қолданылған. NIST және CODATA кейде осы терминді осылай, азырақ қатаң түрде қолданды.
It has been argued the term fundamental physical constant should be restricted to the dimensionless universal physical constants that currently cannot be derived from any other source; this stricter definition is followed here. However, the term fundamental physical constant has also been used occasionally to refer to certain universal dimensioned physical constants, such as the speed of light c, vacuum permittivity ε0, Planck constant h, and the gravitational constant G, that appear in the most basic theories of physics. NIST and CODATA sometimes used the term in this less strict manner.
Сипаттамалары
Мұндай тұрақтылардың толық тізімі жоқ, бірақ белгілі бір физикалық теорияны анықтау үшін қажетті негізгі тұрақтылардың ең аз саны туралы сұрақ туындауы заңды. Осылайша, Стандартты модель 25 физикалық тұрақтыны қажет етеді. Олардың шамамен жартысы – фундаменталды бөлшектердің массалары, олар Планк массасына шаққанда немесе, альтернативті түрде, гравитациялық тұрақтымен бірге Хиггс өрісімен байланысу күші ретінде берілгенде "өлшемсіз" болып табылады. Физикалық тұрақтыларды есептеп табу мүмкін емес, оларды өлшеу қажет. Физикадағы жаңалықтар олардың санын азайтуға немесе көбейтуге әкелуі мүмкін: жаңа бөлшектердің табылуы немесе физикалық құбылыстар арасындағы жаңа байланыстар жаңа тұрақтыларды енгізеді, ал неғұрлым фундаменталды теорияның дамуы бірнеше тұрақтыларды одан да негізгі тұрақтыдан шығаруға мүмкіндік береді. Теориялық физиканың ұзақ жылдардан бері іздеп келе жатқан мақсаты – барлық өлшемсіз тұрақтыларды есептеуге және өлшенген мәндермен салыстыруға болатын бастапқы қағидаларды (әлемдік теорияны) табу. Стандартты модельде қажетті негізгі тұрақтылардың көп саны теорияның 1970 жылдары қалыптасқаннан бері қанағаттандырмайды. Бөлшектердің массаларын есептеуге мүмкіндік беретін теорияны іздеу – "Стандартты модельден тыс физиканы" іздеудің басты себебі.
There is no exhaustive list of such constants but it does make sense to ask about the minimal number of fundamental constants necessary to determine a given physical theory. Thus, the Standard Model requires 25 physical constants. About half of them are the masses of fundamental particles, which become "dimensionless" when expressed relative to the Planck mass or, alternatively, as coupling strength with the Higgs field along with the gravitational constant. Fundamental physical constants cannot be derived and have to be measured. Developments in physics may lead to either a reduction or an extension of their number: discovery of new particles, or new relationships between physical phenomena, would introduce new constants, while the development of a more fundamental theory might allow the derivation of several constants from a more fundamental constant. A long sought goal of theoretical physics is to find first principles (theory of everything) from which all of the fundamental dimensionless constants can be calculated and compared to the measured values. The large number of fundamental constants required in the Standard Model has been regarded as unsatisfactory since the theory's formulation in the 1970s. The desire for a theory that would allow the calculation of particle masses is a core motivation for the search for "Physics beyond the Standard Model".
Тарих
1920-1930 жылдары Артур Эддингтон негізгі физикалық теориялардағы фундаменталды шамалар арасындағы қатынастарды жан-жақты математикалық тұрғыдан зерттеді, бұл кейін кванттық механика мен космологиялық физиканы біріктіретін жалпы теорияны құруға жасаған күш-жігерінің бір бөлігі ретінде қолданылды. Мысалы, ол электрон радиусының массасына қатынасының болуы мүмкін салдары туралы болжам жасады. 1929 жылы жарияланған мақаласында ол Паулидің тыйым салу принципі мен Дирак теңдеуіне негізделген аргумент келтірді, ол ұсақ құрылым тұрақтысының кері шамасын 𝛼−1 = 16 + 1/2 × 16 × (16 − 1) = 136 деп анықтады. Оның мәні 137-ге жақын екені анықталғанда, ол аргументін сол мәнге сәйкес келтірді. Оның идеялары кеңінен қабылданбады, ал кейінгі эксперименттер олардың дұрыс еместігін көрсетті (мысалы, ұсақ құрылым тұрақтысының ешбір өлшемі бүтін сан мәнін көрсетпейді; 2018 жылы ол α = 1/137.035999046(27) ретінде өлшенді). Оның туындылары мен теңдеулері негізсіз болғанымен, Эддингтон Стандартты модель және ΛCDM космологиясы сияқты маңызды физикалық теориялардың ең маңызды құрамдас бөліктері болып саналатын әмбебап өлшемсіз тұрақтылардың маңыздылығын бірінші болып таныған физик болды. Ол сонымен қатар космологиялық тұрақты Λ-ның маңыздылығын алғашқылардың бірі болып дәлелдеді, оны ғаламның кеңеюін түсіндіру үшін өте маңызды деп есептеді, осы кезде көптеген физиктер (оның ашқан Альберт Эйнштейн де бар) оны тікелей қателік немесе математикалық артефакт деп санайтын және нөлге тең деп есептейтін. Бұл болжамы кейін расталды, ал ΛCDM-де маңызды оң Λ-ның болуы ерекше көзге түседі. Эддингтон негізгі өлшемсіз тұрақтыларды фундаменталды теориялар мен теңдеулерден шығаруға алғашқы болып тырысқан болуы мүмкін, бірақ ол соңғысы емес. Көптеген басқалар да содан кейін осыған ұқсас ізденістер жасады, және кейде осы жұмыстар бүгінге дейін жалғасуда. Олардың ешқайсысы әлі көндіретін нәтижелер берген жоқ немесе теориялық физиктер арасында кеңінен мойындалмады. Физик Ёсио Койде электрон, мюон және тау массалары арасындағы эмпирикалық байланысты тапты, бірақ бұл формула әлі де түсіндірілмей отыр.
In the 1920s and 1930s, Arthur Eddington embarked upon extensive mathematical investigation into the relations between the fundamental quantities in basic physical theories, later used as part of his effort to construct an overarching theory unifying quantum mechanics and cosmological physics. For example, he speculated on the potential consequences of the ratio of the electron radius to its mass. Most notably, in a 1929 paper he set out an argument based on the Pauli exclusion principle and the Dirac equation that fixed the value of the reciprocal of the fine structure constant as 𝛼−1 = 16 + 1/2 × 16 × (16 − 1) = 136. When its value was discovered to be closer to 137, he changed his argument to match that value. His ideas were not widely accepted, and subsequent experiments have shown that they were wrong (for example, none of the measurements of the fine structure constant suggest an integer value; in 2018 it was measured at α = 1/137.035999046(27)). Though his derivations and equations were unfounded, Eddington was the first physicist to recognize the significance of universal dimensionless constants, now considered among the most critical components of major physical theories such as the Standard Model and ΛCDM cosmology. He was also the first to argue for the importance of the cosmological constant Λ itself, considering it vital for explaining the expansion of the universe, at a time when most physicists (including its discoverer, Albert Einstein) considered it an outright mistake or mathematical artifact and assumed a value of zero: this at least proved prescient, and a significant positive Λ features prominently in ΛCDM. Eddington may have been the first to attempt in vain to derive the basic dimensionless constants from fundamental theories and equations, but he was certainly not the last. Many others would subsequently undertake similar endeavors, and efforts occasionally continue even today. None have yet produced convincing results or gained wide acceptance among theoretical physicists. An empirical relation between the masses of the electron, muon and tau has been discovered by physicist Yoshio Koide, but this formula remains unexplained.
Космологиялық тұрақтылар
Космологиялық тұрақты, оны ғаламдағы қара энергияның тығыздығы деп қарастыруға болады, физикалық космологиядағы шамамен 10−122-ге тең өлшемсіз мәні бар негізгі тұрақты болып табылады. Басқа өлшемсіз тұрақтылар – ғаламдағы біртектіліктің өлшемі, Q арқылы белгіленеді, оны Мартин Рис төменде түсіндіреді, фотонға шаққандағы барион массасы, фотонға шаққандағы салқын қара материя массасы және фотонға шаққандағы нейтрино массасы.
The cosmological constant, which can be thought of as the density of dark energy in the universe, is a fundamental constant in physical cosmology that has a dimensionless value of approximately 10−122. Other dimensionless constants are the measure of homogeneity in the universe, denoted by Q, which is explained below by Martin Rees, the baryon mass per photon, the cold dark matter mass per photon and the neutrino mass per photon.
Барроу және Типлер
Барроу мен Типлер (1986) астрофизика, космология, кванттық физика, телеология және антропологиялық принцип тақырыбындағы кең ауқымды талқылауларын нақты құрылым тұрақтысы, протон мен электронның масса қатынасы (олар Барроумен бірге (2002) β деп атайды), және күшті күш пен гравитацияға қатысты байланыс тұрақтылары негізінде құрайды.
Barrow and Tipler (1986) anchor their broad ranging discussion of astrophysics, cosmology, quantum physics, teleology, and the anthropic principle in the fine structure constant, the proton to electron mass ratio (which they, along with Barrow (2002), call β), and the coupling constants for the strong force and gravitation.