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自然科学有哪几个基本常数?

 全性保真 2018-05-03

这里先多说一句,玻尔兹曼常数k其实是由其他常数定义而来的,即理想气体常数R与阿伏加德罗常数NA的比值,所以这个常数并不能算作一个基本常数。尽管如此,正如题主所言,玻尔兹曼常数有着重要的物理意义。

在定义玻尔兹曼常数的常数中,理想气体常是理想气体状态方程中的常数,它与气体的种类没有关系,其大小约为8.314 J/mol/K。阿伏加德罗常数能够把宏观的物质的量与微观的粒子数结合起来,其大小约为6.022×10^23 /mol。

类似玻尔兹曼常数这样由其他基本常数定义而来的常数还有斯特藩-玻尔兹曼常数σ,定义它的常数包括圆周率、玻尔兹曼常数、普朗克常数以及光速。这个常数源自黑体辐射,根据斯特藩-玻尔兹曼定律,黑体辐的辐射功率与温度(开氏温标)的四次方成正比,其大小约为5.670×10^-8 W/m^2/K^4。

说到自然科学中的其他基本常数,首先想到的是光速c,其大小为299792458 m/s,这个数值是人为定义的。光在真空中的行进速度始终保持不变的光速,无论观察者从任何的参照系中进行测量都是如此,这是物理学中极为重要的发现,后来成为爱因斯坦创立狭义相对论的两大基础之一:光速不变原理。

万有引力常数G是另一个十分重要的基本常数,这是用牛顿的万有引力定律来计算引力大小的关键常数。此外,它也出现在爱因斯坦的引力场方程中。由于引力很弱,很难精确测出这个常数的大小,目前测得的大小约为6.674×10^-11 m^3/kg/s^2。

此外,自然科学中的基本常数还包括基本电荷e,除了夸克之外,其他带电物体物体的电荷量都是这个常数的整数倍,比如质子带一个正电荷。根据测量,基本电荷的大小约为1.602×10^-19 C。

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