Стони юниты

Ранняя система натуральных единиц

В физике единицы Стоуни образуют систему единиц , названную в честь ирландского физика Джорджа Джонстона Стоуни , который впервые предложил их в 1881 году . константы полностью определяют и входят в набор.

Единицы

Константы , которые Стоуни использовал для определения своего набора единиц, следующие: ^{[1] [2]}

• c , скорость света в вакууме,
• G , гравитационная постоянная ,
• k _e , постоянная Кулона ,
• е , заряд электрона .

Более поздние авторы, особенно после переопределения основных единиц в Международной системе единиц , иногда заменяют постоянную Кулона на1/4 πε ₀. ^{[3] [4]}

Это означает, что числовые значения всех этих констант, выраженные в последовательных единицах Стони, равны единице:

${\displaystyle {\begin{aligned}c&=1\ l_{\text{S}}\cdot t_{\text{S}}^{-1}\\G&=1\ l_{\text{S}}^{3}\cdot t_{\text{S}}^{-2}\cdot m_{\text{S}}^{-1}\\k_{\text{e}}&=1\ l_{\text{S}}^{3}\cdot t_{\text{S}}^{-2}\cdot m_{\text{S}}\cdot q_{\text{S}}^{-2}\\e&=1\ q_{\text{S}}\end{aligned}}}$

В единицах Стони численное значение приведенной постоянной Планка составляет

${\displaystyle \hbar ={\frac {1}{\alpha }}~l_{\text{S}}^{2}\cdot t_{\text{S}}^{-1}\cdot m_{\text{S}}\approx 137.036~l_{\text{S}}^{2}\cdot t_{\text{S}}^{-1}\cdot m_{\text{S}}^{~},}$

где α — постоянная тонкой структуры .

История

Джордж Стоуни был одним из первых ученых, которые поняли, что электрический заряд квантован; из этого квантования и трех других констант, которые он считал универсальными (скорость электромагнетизма и коэффициенты в уравнениях электростатических и гравитационных сил), он вывел единицы, которые теперь названы в его честь. ^{[5] [6]} Выведенная Стоуни оценка единицы заряда , 10-20 ^ампер -секунд, составляла 1 ⁄ 16 от современного значения заряда электрона ^[7] из-за того, что Стоуни использовал приблизительное значение 10 ¹⁸ для количество молекул, присутствующих в одном кубическом миллиметре газа при стандартных температуре и давлении . Использование современных значений постоянной Авогадро 6,022 14 × 10 ²³  моль ^-1 , а для объема грамм-молекулы в этих условиях22,4146 × 10 ⁶  мм ³ , современное значение2,687 × 10 ¹⁶ вместо 10 ¹⁸ Стони .

Единицы Стоуни и единицы Планка

Набор основных единиц Стоуни аналогичен тому, который использовался в единицах Планка , независимо предложенных Планком тридцать лет спустя, в которых Планк нормализовал постоянную Планка ^[a] вместо элементарного заряда. ^[8]

Единицы Планка чаще используются, чем единицы Стоуни, в современной физике, особенно в квантовой гравитации (включая теорию струн ). Редко единицы Планка называют единицами Планка – Стоуни. ^[8]

Длина Стони и энергия Стони, вместе называемые масштабом Стони , недалеко от длины Планка и энергии Планка, масштаба Планка . Шкала Стоуни и шкала Планка — это масштабы длины и энергии, в которых квантовые процессы и гравитация происходят вместе. Таким образом , на этих масштабах необходима единая теория физики. Единственная заметная попытка построить такую ​​теорию на основе шкалы Стоуни была попытка Германа Вейля , который связал гравитационную единицу заряда с длиной Стоуни ^{[9] [10] [11]} и который, по-видимому, вдохновил Дирака на увлечение большими гипотеза чисел . ^[12] С тех пор шкала Стоуни в значительной степени игнорировалась в развитии современной физики, хотя время от времени она все еще обсуждается. ^[13]

Отношение единиц Стони к единицам Планка длины, времени и массы равно , где – постоянная тонкой структуры : ^[14] ${\displaystyle {\sqrt {\alpha }}}$ ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle l_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,l_{\text{P}};}$ ${\displaystyle m_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,m_{\text{P}};}$ ${\displaystyle t_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,t_{\text{P}};}$ ${\displaystyle q_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,q_{\text{P}}.}$

Смотрите также

• Физический портал

• Размерный анализ
• Натуральные единицы
• Физические константы

Примечания

1. В современном использовании под единицами Планка понимают нормализацию приведенной постоянной Планка вместо постоянной Планка.

Рекомендации

1. Рэй, Т.П. «Основные единицы Стоуни». Ирландский астрономический журнал, Vol. 15, стр. 152, 1981 15 (1981): 152.
2. Стоуни, Дж. Джонстон (май 1881 г.). «ЛИИ. О физических единицах природы». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 11 (69): 381–390. дои : 10.1080/14786448108627031. ISSN  1941-5982.
3. Барроу, Джон Д .; Типлер, Франк (1988), Антропный космологический принцип, Oxford University Press, стр. 291, ISBN 978-0-192-82147-8
4. Цветы, Джефф; Петли, Брайан (2004), «Константы, единицы измерения и стандарты», в Каршенбойме, Савелий Г.; Пейк, Эккехард (ред.), Астрофизика, часы и фундаментальные константы, Springer, стр. 79, ISBN 978-3-540-21967-5
5. Стоуни, Г. (1881), «О физических единицах природы», Phil. Маг. , 11 : 381–391
6. Стоуни, Дж. Джонстон (1883), «О физических единицах природы», Научные труды Королевского Дублинского общества , 3 : 51–60 , получено 28 ноября 2010 г.
7. О'Хара, JG (1993), Джордж Джонстон Стоуни и концептуальное открытие электрона , Периодические статьи в области науки и техники, том. 8, Королевское Дублинское общество, стр. 5–28.
8. Барроу, Джон Д. (2004), «Космическое пространство», в Пенце, Франсуа; Радик, Грегори; Хауэлл, Роберт (ред.), Космос: в науке, искусстве и обществе, Cambridge University Press, стр. 191, ИСБН 978-0-521-82376-0
9. Томилин, К. (2000), «Естественная система единиц», Proc. XX11 Международного семинара по физике высоких энергий и теории поля : 289
10. Вейль, Х. (1918), «Гравитация и электризация», Koniglich Preussische Akademie der Wissenschaften : 465–78
11. Вейль, Х. (1919), «Eine Neue Erweiterung der Relativitaetstheorie», Annalen der Physik , 59 : 101–103
12. Горелик, Г. (2002), «Герман Вейль и большие числа в релятивистской космологии», в Балашове, Ю.; Визгин В. (ред.), Исследования Эйнштейна в России , Биркхойзер
13. Узан, Жан-Филипп (2011), «Варьирующиеся константы, гравитация и космология», Living Rev. Relativ. , 14 (1): 15–16, arXiv : 1009.5514 , Bibcode : 2011LRR....14....2U, doi : 10.12942/lrr-2011-2, PMC 5256069 , PMID  28179829 
14. Дафф, MJ ; Окунь, LB ; Венециано, Г. (09 марта 2002 г.), «Триалог о числе фундаментальных констант», Журнал физики высоких энергий , 2002 (3): 3, arXiv : Physics/0110060 , Bibcode : 2002JHEP...03.. 023D, номер документа : 10.1088/1126-6708/2002/03/023, ISSN  1029-8479, S2CID  15806354

Внешние ссылки