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.

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.

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.

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.

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.

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.