天然單位

物理學中,天然單位測量物理單位,其中僅將通用物理常數用作定義常數,因此這些常數中的每一個都充當數量的連貫單位。例如,基本電荷E可以用作自然電荷的單位,並且C的速度可以用作自然速度單位。純天然的單位系統已定義其所有單元,以便每個單元都可以表示為定義物理常數的能力的產物。

通過非二量化,可以重新定義物理量,以便可以從物理定律的數學表達中省略定義常數,儘管這顯然具有簡單性的優勢,但由於尺寸分析的信息喪失,因此可能導致喪失明確性。它排除了在常數(例如EC)方面對錶達的解釋,除非已知該表達式應該具有哪些單位(以尺寸為單位)。在這種情況下,可以獨特地確定EC等正確權力的重新插入。

天然單位系統

斯托尼單位

SI單元中的Stoney系統尺寸
數量 表達 大約
度量值
長度 1.380 × 10 -36 m
大量的 1.859 × 10 -9公斤
時間 4.605 × 10 -45 S
電荷 1.602 × 10 -19 C

Stoney單元系統使用以下定義常數:

CGK EE

其中c光的速度g重力常數k e庫侖常數,而e基本電荷

喬治·約翰斯通·斯托尼(George Johnstone Stoney )的單位系統先於普朗克(Planck)30年。他在題為“關於自然的身體單位”的演講中介紹這個想法。

普朗克單位

SI單位的Planck尺寸
數量 表達 大約
度量值
長度 1.616 × 10 -35 m
大量的 2.176 × 10 -8公斤
時間 5.391 × 10 -44 S
溫度 1.417 × 10 32 K

普朗克單位系統使用以下定義常數:

cħgk b

其中c光的速度ħ降低的planck常數g重力常數,而k b玻爾茲曼常數

普朗克單位形成了一個天然單元系統,該系統未根據任何原型,物理對象甚至基本粒子的特性來定義。它們僅指物理定律的基本結構: CG一般相對論時空結構的一部分,而ħ量子力學的基礎。這使得普朗克單位在量子引力的理論中特別方便且普遍,包括弦理論

普朗克僅考慮了基於通用常數GHCK B的單元以達到天然單位的長度時間質量溫度,但沒有電磁單元。現在認為,普朗克單元系統使用降低的普朗克常數ħ代替普朗克常數h

Schrödinger單位

SI單元中的Schrödinger系統尺寸
數量 表達 大約
度量值
長度 2.593 × 10 -32 m
大量的 1.859 × 10 -9公斤
時間 1.185 × 10 -38 S
電荷 1.602 × 10 -19 C

文獻中很少提到Schrödinger單位系統(以奧地利物理學家Erwinschrödinger的名字命名)。它的定義常數是:

eħgk e

幾何單元

定義常數:

cg

選擇基礎物理單元的幾何單位系統,以使C重力常數G的速度設置為一個。

原子單位

SI單元中的原子單位尺寸
數量 表達 度量值
長度 5.292 × 10 -11 m
大量的 9.109 × 10 -31公斤
時間 2.419 × 10 -17 S
電荷 1.602 × 10 -19 C

原子單位系統使用以下定義常數:電子質量, m e ,質子, E和角動量的單位的電荷, ħ

原子單元首先是由道格拉斯·哈特里(Douglas Hartree)提出的,旨在簡化原子和分子物理和化學,尤其是氫原子。例如,在原子單元中,在氫原子的BOHR模型中,一個處於基態的電子具有軌道半徑,軌道速度等,依此類推。

天然單位(粒子和原子物理學)

數量 表達 度量值
長度 3.862 × 10 -13 m
大量的 9.109 × 10 -31公斤
時間 1.288 × 10 -21 S
電荷 5.291 × 10 -19 C

這種自然單位系統僅在粒子和原子物理領域使用,使用以下定義常數:

cm eħε0

其中c光的速度m e電子質量ħ降低的普朗克常數ε0真空介電常數

真空介電常數ε0被隱式用作非二敏化常數,從物理學家的表達中可以明顯看出精細結構常數,書面α = e 2 /( ,可以將其與Si:Si:Si corpoded contrespodode的表達進行比較。 α = E 2 / 4πε0ħC

強大的單位

SI單元中的強單位尺寸
數量 表達 度量值
長度 2.103 × 10 -16 m
大量的 1.673 × 10 -27公斤
時間 7.015 × 10 -25 s

定義常數:

CM Pħ

在這裡, m P質子靜止質量。強大的單位“在QCD和核物理學中的工作方便,量子力學和相對論無處不在,質子是核心利益的對象”。

在這個單位系統中,光速變化與精細結構常數的反比例變化,因此,它在近年來對基本常數的時間變化的利基假設中產生了一些興趣。

匯總表

數量 普朗克 斯托尼 哈特里 粒子和原子物理學 強的 Schrödinger
定義常數 , , , , , , , , , , , , , , , , ,
光速
降低了普朗克常數
基本費用
真空介電常數
引力常數

在哪裡:

  • α精細結構常數α = E 2 /4πε0ħC≈0.007297
  • ηE = gm e 2 / ħc≈ 1.7518 × 10 -45
  • ηp = gm p 2 / ħc≈ 5.9061 × 10 -39
  • 儀表板( - )指示系統不足以表達數量的位置。

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