무차원 물리 상수

Dimensionless physical constant

물리학에서 무차원 물리상수(dimensionless physical constant)는 무차원 물리상수(즉,[1]: 525 단위가 붙어 있지 않고 사용 가능한 단위계와는 무관한 수치)이다.예를 들어, 한 개의 특정 에어포일을 고려하는 경우, 레이놀즈 수치층간-격동 전이는 문제와 관련된 하나의 차원 없는 물리 상수이다.그러나 이는 특정 문제와 엄격히 관련되어 있습니다. 예를 들어, 검토 중인 에어포일과 에어포일이 이동하는 유체의 종류와도 관련이 있습니다.

한편, 기본 물리 상수라는 용어는 일부 보편적 차원 없는 상수를 지칭하는 데 사용됩니다.아마도 가장 잘 알려진 예는 대략적인 값을 갖는 미세 구조 상수 α이다.1137.[2]: 367 036기본 물리적 상수라는 용어의 올바른 사용은 현재 다른 [3][4][5][6][7]선원에서 도출할 수 없는 무차원 보편적 물리적 상수로 제한되어야 한다.이 정확한 정의는 여기서 따를 것입니다.

하지만, 기본 물리 상수라는 용어때때로 빛의 속도 c, 진공 유전율0 θ, 플랑크 상수 h, 그리고 중력 상수 G와 같은 가장 기본적인 [8][9][10][11]물리학 이론에서 나타나는 특정한 보편적인 차원의 물리 상수를 지칭하기 위해 사용되어 왔다.NIST[8] CODATA[12] 과거에 이 용어를 사용하기도 했다.

특성.

그러한 상수에 대한 포괄적인 목록은 없지만 주어진 물리 이론을 결정하기 위해 필요한 최소한의 기본 상수에 대해 묻는 것은 의미가 있다.따라서 표준 모델은 25개의 물리 상수를 필요로 하며, 그 중 절반 정도가 기본 입자의 질량이다(플랑크 질량에 대해 표현될 때 또는 중력 [13]: 58–61 상수와 함께 힉스장과의 결합 강도로 표현될 때 "차원이 없는" 것이 된다).

기본 물리 상수는 도출할 수 없으며 측정해야 합니다.물리학의 발전은 그 숫자의 감소 또는 확대로 이어질 수 있다: 새로운 입자의 발견 또는 물리적 현상 사이의 새로운 관계는 새로운 상수를 도입할 수 있는 반면, 보다 근본적인 이론의 발전은 보다 근본적인 상수로부터 여러 상수를 도출할 수 있게 할 수 있다.

이론 물리학의 오랜 목표는 모든 기본 무차원 상수를 계산하고 측정된 값과 비교할 수 있는 첫 번째 원리 (모든 것의 이론)를 찾는 것입니다.

표준 모델에서 요구되는 많은 수의 기본 상수는 1970년대 이론의 공식화 이후 만족스럽지 못한 것으로 간주되어 왔다.입자 질량을 계산할 수 있는 이론에 대한 열망은 "표준 모델을 넘어선 물리학"을 찾는 데 핵심적인 동기가 됩니다.

역사

1920년대와 1930년대에 Arthur Eddington은 기초 물리 이론의 기본 양 사이의 관계에 대한 광범위한 수학 연구에 착수했고, 나중에 양자 역학과 우주 물리학이 통합된 중요한 이론을 구축하기 위한 노력의 일부로 사용되었습니다.예를 들어, 그는 전자 반지름질량 비율의 잠재적 결과에 대해 추측했다.1929년 논문에서 그는 파울리 배타원리디락 방정식에 기초한 주장을 펼쳤는데, 디락 방정식은 θ−1 = 16 + 12 × 16 × (16 - 1) = 136으로 미세 입자 상수의 역수를 고정시켰다.이 값이 137에 가까운 것으로 밝혀졌을 때, 그는 그 값과 일치하도록 그의 인수를 바꿨다.그의 아이디어는 널리 받아들여지지 않았으며, 이후 실험에서 잘못된 것으로 나타났다(예를 들어, 미세 입자 상수의 측정치 중 정수 값을 나타내는 것은 없으며, 2018년에는 α = 1/137.035999046(27)[14]로 측정되었다).

그의 도출과 방정식은 근거가 없었지만, 에딩턴은 현재 표준 모형δCDM 우주론[15]: 82 같은 주요 물리 이론의 가장 중요한 구성 요소 중 하나로 여겨지는, 보편적 차원 없는 상수의 중요성을 인정한 최초의 물리학자였다.그는 또한 대부분의 물리학자들이 우주의 팽창을 설명하는데 필수적이라고 생각하면서, 우주 상수 δ의 중요성을 주장했고, 그 발견자인 Albert Einstein을 포함한 대부분의 물리학자들이 그것을 명백한 실수 또는 수학적 인공물로 여겼을 때: 이것은 적어도 사전적임이 입증되었다.δCDM에서 중요한 긍정적인 δ기능을 제공합니다.

에딩턴은 기본 이론과 방정식으로부터 기본적인 무차원 상수를 도출하려고 시도한 첫 번째 사람일 수도 있지만, 그는 확실히 마지막이 아니었다.그 후, 많은 사람들이 같은 노력을 해, 오늘날에도 때때로 계속하고 있다.이론 물리학자들 사이에서 [16][17]아직 설득력 있는 결과를 내놓거나 널리 받아들여진 사람은 없다.

물리학자 고이데 요시오가 전자, 뮤온, 타우의 질량의 경험적 관계를 발견했지만 이 공식은 아직 [18]밝혀지지 않았다.최근 하전 소 페르미온의 질량 비율의 이론적인 도출은 전자, 뮤온, 타우의 코이데 비율이 정확히 2/3이 아니라 [19]그에 가까운 이유를 설명한다.

무차원 기본 물리 상수는 다음과 같습니다.

미세 구조 상수

무차원 기본 상수 중 하나는 미세 구조 상수입니다.

여기서 e는 기본 전하, θ는 환원 플랑크의 상수, c는 진공 중의 빛의 속도, θ0 자유 공간의 유전율이다.미세구조 상수는 전자기력의 강도에 고정된다.낮은 에너지에서는 α 1 1137 137이지만, Z 보손의 척도에서는 90GeV로 α17 127을 측정한다.α의 을 설명하는 이론은 인정되지 않는다.리처드 파인만은 다음과 같이 설명한다.

관찰된 결합 상수 e – 실제 전자가 실제 광자를 방출하거나 흡수하는 진폭과 관련된 가장 심오하고 아름다운 질문이 있다.이것은 실험적으로 0.08542455에 가까운 것으로 판명된 단순한 숫자입니다.(물리학자 친구들은 이 숫자를 제곱의 역수로 기억하기를 좋아하기 때문에 인식하지 못할 것입니다: 약 137.03597의 소수점 마지막 자릿수에서 약 2의 불확실성을 가지고 있습니다.)50여 년 전에 발견된 이래 미스터리였고, 모든 훌륭한 이론 물리학자들은 이 숫자를 벽에 걸고 걱정했습니다.)즉시 이 커플링에 대한 숫자가 어디에서 유래하는지 알고 싶습니다. 즉, 파이와 관련이 있는지 아니면 자연 로그의 기저값과 관련이 있는지 알고 싶습니다.아무도 몰라요.물리학에서 가장 위대한 미스터리 중 하나입니다. 인간이 이해하지 못한 채 우리에게 오는 마법의 숫자입니다.여러분은 "신의 손"이 그 숫자를 썼고, "우리는 그가 어떻게 연필을 밀었는지 모릅니다."라고 말할지도 모릅니다.우리는 이 숫자를 정확하게 측정하기 위해 실험적으로 어떤 춤을 추어야 하는지 알고 있지만, 이 숫자를 몰래 입력하지 않고 컴퓨터로 어떤 춤을 추어야 할지 모릅니다!

—.mw-parser-output cite.citation{font-style:상속을 하다;word-wrap:break-word}.mw-parser-output .citation q{인용:")"""\"""'""'"}.mw-parser-output .citation:target{background-color:rgba(0,127,255,0.133)}.mw-parser-output.id-lock-freea,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-free{.배경:linear-gradient(transparent,transparent),url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/Lock-green.svg")right 0.1em center/9pxno-repeat}.mw-parser-output .id-lock-limiteda,.mw-parser-output .id-lock-registration a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-limiteda,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-registration{.배경:linear-gradient(transparent,transparent),url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/Lock-gray-alt-2.svg")right 0.1em center/9pxno-repeat}.mw-parser-output .id-lock-subscription a,.mw-parser-output .citation .cs1-lock-subscription{.배경:linear-gradient(transparent,transparent),url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Lock-red-alt-2.svg")right 0.1em center/9pxno-repeat}.mw-parser-output{배경 .cs1-ws-icon:linear-gradient(transparent,transparent),url("//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Wikisource-logo.svg")right 0.1emcenter/12pxno-repeat}.mw.-parser-output .cs1-code{색:상속을 하다;배경:상속을 하다;국경 아무 것도 없고 패딩: 물려받다}.mw-parser-output .cs1-hidden-error{디스플레이:아무도, 색:#d33}.mw-parser-output .cs1-visible-error{색:#d33}.mw-parser-output .cs1-maint{디스플레이:아무도, 색:#3a3, margin-left:0.3em}.mw-parser-output .cs1-format{:95%font-size}.mw-parser-output .cs1-kern-left{.Padding-left:0.2em}.mw-parser-output .cs1-kern-right{padding-right:0.2em}.mw-parser-output .citation .mw-selflink{font-weight:상속}Richard P.파인만(1985년).QED:이상한 이론 빛과 물질의.프린스턴 대학 출판부. p. 129.아이 에스비엔 978-0-691-08388-9.

Singh는 [20]최근 8개의 옥토니온 차원으로 사전 공간, 사전 양자 이론에서의 통일에 기초한 미세 구조 상수의 이론적 도출을 제시했습니다.이 글은 다음과 같은 표현을 도출한다.

1000만분의 2의 측정값과 일치합니다.일명 Karolyhazy 보정이 설명되고 전기-약 대칭 파괴 척도에 대한 특정 에너지 척도가 가정되면 일치는 정확하다고 주장된다.

표준 모델

1970년대 입자 물리학의 원래 표준 모델은 입자의 질량과 전기 약력과 강한 의 강도를 설명하는 19개의 기본 무차원 상수를 포함했다.1990년대에 중성미자는 질량이 0이 아닌 것으로 밝혀졌고 진공각이라고 불리는 양은 [citation needed]0과 구별할 수 없는 것으로 밝혀졌다.

완전한 표준 모델에는 25개의 기본 무차원 상수가 필요하다(Baez, 2011).현재, 그들의 수치는 널리 받아들여지는 이론의 관점에서 이해되지 않고 오직 측정으로만 결정된다.이 25개의 상수는 다음과 같습니다.

하전 소 페르미온의 질량비에 대한 가능한 이론적 설명은 8진법의 예외적인 조던 대수에 기초한 표준 모델의 좌우 대칭 확장의 맥락에서 Bhatt [19]등에 의해 제공되었다.

우주 상수

우주의 암흑 에너지의 밀도로 생각될 수 있는 우주 상수는 물리 우주론의 기본 상수로서 약 [21]10의−122 무차원 값을 가지고 있습니다.다른 무차원 상수는 우주의 균질성을 측정하는 것으로, Q로 나타내며, 이것은 마틴 리스에 의해 아래에 설명된다. 광자당 바리온 질량, 광자당 차가운 암흑 물질 질량, [22]광자당 중성미자 질량.

바로우 및 티플러

Barrow와 Tipler(1986)는 천체 물리학, 우주론, 양자 물리학, 원격학 및 인류 원리에 대한 광범위한 논의를 미세 구조 상수, 양성자 대 전자 질량비(2002년) 및 강한 중력에 대한 결합 상수에 고정시킨다.

마틴 리스의 6개 숫자

마틴 리스는 그의 책 "단순한 여섯 개의 숫자"[23]에서 다음과 같은 6개의 차원 없는 상수에 대해 숙고합니다. 그 상수의 가치는 현재 물리 이론과 우주의 알려진 구조에 있어 기본이라고 생각합니다.

Nθ는 물리학의 기본적인 상호작용을 지배한다.다른 상수(D 제외)는 우주의 크기, 나이 및 팽창을 제어합니다.이 다섯 개의 상수는 경험적으로 추정되어야 한다.반면 D는 반드시 0이 아닌 자연수이며 불확실성이 없다.따라서 대부분의 물리학자들은 이것을 이 항목에서 논의된 종류의 차원 없는 물리 상수로 간주하지 않을 것이다.

그럴듯한 기초 물리 이론은 반드시 이 여섯 개의 상수와 일치해야 하고, 이론의 수학에서 그 값을 도출하거나, 아니면 그들의 값을 경험적인 것으로 받아들여야 합니다.

SI에서 사용

2019년에는 모든 SI 단위와 파생 [28]: 177f, 197f 단위의 정의에 대한 기본 물리 상수가 도입되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Stroke, H. H., ed., The Physical Review: 최초의 100년 (베를린/하이델베르크: 스프링거, 1995), 페이지 525.
  2. ^ Vértes, A., Nagy, S., Klencsarr, Z., Lovas, R. G., & Rösch, F., ed, 핵화학 핸드북, (베를린/하이델베르크: Springer, 2011), 페이지 367.
  3. ^ Baez, John (2011-04-22). "How Many Fundamental Constants Are There?". math.ucr.edu. Retrieved 2018-04-13.
  4. ^ Rich, James (2013-04-02). "Dimensionless constants and cosmological measurements". arXiv:1304.0577 [astro-ph.CO].
  5. ^ Michael Duff (2014). "How fundamental are fundamental constants?". Contemporary Physics. 56: 35–47. arXiv:1412.2040. doi:10.1080/00107514.2014.980093. S2CID 118347723.
  6. ^ Duff, M. J. (13 August 2002). "Comment on time-variation of fundamental constants". arXiv:hep-th/0208093.
  7. ^ Duff, M. J.; Okun, L. B.; Veneziano, G. (2002). "Trialogue on the number of fundamental constants". Journal of High Energy Physics. 2002 (3): 023. arXiv:physics/0110060. Bibcode:2002JHEP...03..023D. doi:10.1088/1126-6708/2002/03/023. S2CID 15806354.
  8. ^ a b "Introduction to the Fundamental Physical Constants". physics.nist.gov. Retrieved 2018-04-13.
  9. ^ http://physics.nist.gov/cuu/Constants/ NIST
  10. ^ "Physical constant". Encyclopedia Britannica. Retrieved 2018-04-13.
  11. ^ Karshenboim, Savely G. (August 2005). "Fundamental Physical Constants: Looking from Different Angles". Canadian Journal of Physics. 83 (8): 767–811. arXiv:physics/0506173. Bibcode:2005CaJPh..83..767K. doi:10.1139/p05-047. ISSN 0008-4204. S2CID 475086.
  12. ^ Mohr, Peter J.; Newell, David B.; Taylor, Barry N. (2016-09-26). "CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2014". Reviews of Modern Physics. 88 (3): 035009. arXiv:1507.07956. Bibcode:2016RvMP...88c5009M. doi:10.1103/RevModPhys.88.035009. ISSN 0034-6861. S2CID 1115862.
  13. ^ 쿤츠, I. 일반상대성을 넘어선 중력 이론(베를린/하이델베르크: 스프링거, 2019), 페이지 58-61.
  14. ^ Parker, Richard H.; Yu, Chenghui; Zhong, Weicheng; Estey, Brian; Müller, Holger (2018-04-13). "Measurement of the fine-structure constant as a test of the Standard Model". Science. 360 (6385): 191–195. arXiv:1812.04130. Bibcode:2018Sci...360..191P. doi:10.1126/science.aap7706. ISSN 0036-8075. PMID 29650669. S2CID 4875011.
  15. ^ Prialnik, D. K., 별의 구조와 진화 이론 소개(캠브리지:케임브리지 대학 출판부, 2000), 페이지 82.
  16. ^ Kragh, Helge (2015-10-14). "On Arthur Eddington's Theory of Everything". arXiv:1510.04046 [physics.hist-ph].
  17. ^ Gamow, G. (1968-02-01). "Numerology of the Constants of Nature". Proceedings of the National Academy of Sciences. 59 (2): 313–318. Bibcode:1968PNAS...59..313G. doi:10.1073/pnas.59.2.313. ISSN 0027-8424. PMC 224670. PMID 16591598.
  18. ^ Rivero, A.; Gsponer, A. (February 2, 2008). "The strange formula of Dr. Koide". p. 4. arXiv:hep-ph/0505220.
  19. ^ a b Bhatt, Vivan; Mondal, Rajrupa; Vaibhav, Vatsalya; Singh, Tejinder P (2022). "Majorana neutrinos, exceptional Jordan algebra, and mass ratios for charged fermions". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 49 (4): 045007. arXiv:2108.05787. Bibcode:2022JPhG...49d5007B. doi:10.1088/1361-6471/ac4c91. ISSN 0954-3899. S2CID 236986839.
  20. ^ Singh, Tejinder P. (2021-09-08). "Quantum theory without classical time: Octonions, and a theoretical derivation of the Fine Structure Constant 1/137". International Journal of Modern Physics D. 30 (14): 2142010. arXiv:2110.07548. Bibcode:2021IJMPD..3042010S. doi:10.1142/S0218271821420104. ISSN 0218-2718. S2CID 238856941.
  21. ^ Jaffe, R. L., & Taylor, W., The Physical of Energy (Cambridge:Cambridge University Press, 2018), 페이지 419.
  22. ^ Tegmark, Max (2014). Our Mathematical Universe: My Quest for the Ultimate Nature of Reality. Knopf Doubleday Publishing Group. p. 252. ISBN 9780307599803.
  23. ^ Radford, T. "Just Six Numbers: The Deep Force that Shaping the Universe by Martin Rees—review", The Guardian, 2012년 6월 8일.
  24. ^ a b Rees, M. (2000), 페이지
  25. ^ Rees, M. (2000), 페이지 53.
  26. ^ Rees, M. (2000), 페이지 110.
  27. ^ Rees, M. (2000), 페이지 118.
  28. ^ International Bureau of Weights and Measures (2019-05-20), SI Brochure: The International System of Units (SI) (PDF) (9th ed.), ISBN 978-92-822-2272-0, archived from the original (PDF) on 2017-01-13

참고 문헌

외부 기사

일반
기본 상수의 분산에 관한 기사