Стоуниевские единицы

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис

Сто́униевские едини́цы — в физике образуют систему единиц, названную в честь ирландского физика Джорджа Джонстона Стони, впервые предложившего их в 1881-м году. Они являются первым историческим примером натуральных единиц, т.е. единиц измерения, разработанных таким образом, что в качестве безразмерных физических единиц служат определенные фундаментальные физические константы.

Единицы

Количество Выражение Значение в единицах СИ
Длина (L) [math]\displaystyle{ l_\text{S} = \sqrt{\frac{G k_\text{e} e^2}{c^4}} }[/math] 1,3807⋅10-36 м
Масса (M) [math]\displaystyle{ m_\text{S} = \sqrt{\frac{ k_\text{e} e^2}{G}} }[/math] 1,8592⋅10-9 кг
Время (T) [math]\displaystyle{ t_\text{S} = \sqrt{\frac{G k_\text{e} e^2}{c^6}} }[/math] 4,6054⋅10-45 с
Электрический заряд (Q) [math]\displaystyle{ q_\text{S} = e \ }[/math] 1,6022⋅10-19 Кл

Набор констант, которые Стоуни использовал в качестве основных единиц, следующий:[1][2]

Это означает, что в единицах Стоуни числовые значения всех этих констант равны единице:

[math]\displaystyle{ c = G = k_\text{e} = e = 1 . }[/math]

Набор основных единиц Стоуни аналогичен тому, который использовался в единицах Планка, предложенных Планком независимо тридцать лет спустя, но Планк нормализовал постоянную Планка вместо элементарного заряда.[3] (В современном использовании единицы Планка понимаются как нормализующие приведенную постоянную Планка вместо постоянной Планка.) В единицах Стоуни числовое значение приведенной постоянной Планка равно

[math]\displaystyle{ \hbar = \frac{1}{\alpha} \approx 137.0359991 , }[/math]

где [math]\displaystyle{ \alpha }[/math] — постоянная тонкой структуры. В современной физике единицы Планка используются чаще, чем единицы Стоуни, особенно в квантовой гравитации (включая теорию струн). Редко единицы Планка называют единицами Планка-Стоуни.[3]

История

Джордж Стоуни был одним из первых учёных, которые поняли, что электрический заряд квантуется; из этого квантования и трех других констант, которые он считал универсальными (скорость из электромагнетизма и коэффициенты в уравнениях электростатической и гравитационной силы), он вывел единицы, которые теперь названы в его честь.[4][5] Джеймс Г. О'Хара[6] указал в 1974 г., что полученная Стони оценка единицы заряда, 10-20 ампер-секунд, была 1⁄16 от современного значения заряда электрона. Причина в том, что Стоуни использовал приблизительное значение 1018 для числа молекул, присутствующих в одном кубическом миллиметре газа при стандартной температуре и давлении. Используя современные значения постоянной Авогадро 6,02214⋅1023 моль-1, а для объема грамм-молекулы (при стандартных условиях) 22,4146⋅106 мм3, современное значение 2,687⋅1016, вместо 1018 Стоуни.

Единицы Стоуни и единицы Планка

Длина и энергия Стоуни, вместе называемые шкалой Стоуни, не так уж далеки от длины, энергии и масштаба Планка. Шкала Стоуни и шкала Планка — это масштабы длины и энергии, на которых квантовые процессы и гравитация происходят вместе. Таким образом, в этих масштабах требуется единая теория физики. Единственной заметной попыткой построить такую теорию на основе шкалы Стони была попытка Г. Вейля, который связал гравитационную единицу заряда с длиной Стоуни[7][8][9] и, по-видимому, вдохновил Дирака на увлечение гипотезой больших чисел.[10] С тех пор шкала Стоуни в значительной степени игнорировалась в развитии современной физики, хотя время от времени она всё ещё обсуждается.[11][12]

Сноски

  1. ↑ The anthropic cosmological principle, by Barrow and Tipler, p291. Дата обращения: 12 июля 2022. Архивировано 12 июля 2022 года.
  2. ↑ Astrophysics, clocks and fundamental constants, by Karshenboim and Peik, p79. Дата обращения: 12 июля 2022. Архивировано 12 июля 2022 года.
  3. ↑ 3,0 3,1 Space: in science, art and society, by Penz, Radick, Howell, p191. Дата обращения: 12 июля 2022. Архивировано 12 июля 2022 года.
  4. ↑ Stoney G. On The Physical Units of Nature, Phil.Mag. 11, 381–391, 1881
  5. ↑ G. Johnstone Stoney, On The Physical Units of Nature Архивная копия от 12 июля 2022 на Wayback Machine, The Scientific Proceedings of the Royal Dublin Society, 3, 51–60, 1883. Retrieved 2010-11-28.
  6. ↑ J.G. O’Hara (1993). George Johnstone Stoney and the Conceptual Discovery of the Electron, Occasional Papers in Science and Technology, Royal Dublin Society 8, 5–28.
  7. ↑ K. Tomilin, "Natural System of Units", Proc. of the XX11 International Workshop on High Energy Physics and Field theory, (2000) 289.
  8. ↑ H. Weyl, "Gravitation und Elekrizitaet", Koniglich Preussische Akademie der Wissenschaften (1918) 465–78
  9. ↑ H. Weyl, "Eine Neue Erweiterung der Relativitaetstheorie", Annalen der Physik 59 (1919) 101–3.
  10. ↑ G. Gorelik, "Hermann Weyl and Large Numbers in Relativistic Cosmology", Einstein Studies in Russia, (ed. Y. Balashov and V. Vizgin), Birkhaeuser. (2002).
  11. ↑ M. Castans and J. Belinchon (1998). "Enlargement of Planck's System of Absolute Units", preprint: physics/9811018
  12. ↑ Jean-Philippe Uzan (2011), Varying Constants, Gravitation and Cosmology, Living Rev. Relativ. Т. 14 (1): 15–16, PMID 28179829, DOI 10.12942/lrr-2011-2 
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Стоуниевские_единицы&oldid=5870870