Стони юниты

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

Единицы

Количество	Выражение	Значение в единицах СИ
Длина (L)	$l_{\text{S}}={\sqrt {\frac {Ge^{2}}{4\pi \epsilon _{0}c^{4}}}}$	1.3807 × 10 ⁻³⁶ м
Масса (М)	$m_{\text{S}}={\sqrt {\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}G}}}$	1.8592 × 10 ⁻⁹ кг
Время (Т)	$t_{\text{S}}={\sqrt {\frac {Ge^{2}}{4\pi \epsilon _{0}c^{6}}}}$	4.6054 × 10 ⁻⁴⁵ с
Электрический заряд (Q)	$q_{\text{S}}=~e$	1.6022 × 10 ⁻¹⁹ С

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

Более поздние авторы обычно заменяют постоянную Кулона на $.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output .sfrac.tion,.mw-parser-output .sfrac .tion{display:inline-block;vertical-align:-0.5em;font-size:85%;text-align:center}.mw-parser-output .sfrac .num{display:block;line-height:1em;margin:0.0em 0.1em;border-bottom:1px solid}.mw-parser-output .sfrac .den{display:block;line-height:1em;margin:0.1em 0.1em}.mw-parser-output .sr-only{border:0;clip:rect(0,0,0,0);clip-path:polygon(0px 0px,0px 0px,0px 0px);height:1px;margin:-1px;overflow:hidden;padding:0;position:absolute;width:1px}⁠ 1 / 4 πε 0 ⁠$ . ^[3]^[4]

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

{\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

\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 из электромагнетизма и коэффициенты в уравнениях электростатических и гравитационных сил), он вывел единицы, которые теперь названы в его честь. ^[5]^[6]Произведенная Стоуни оценка единицы заряда , 10 ⁻²⁰ ампер-секунда, был 1 ⁄ 16 современного значения заряда электрона ^[7] из-за Стоуни, использующего приблизительное значение 10 ¹⁸ для числа молекул, присутствующих в одном кубическом миллиметре газа при стандартных температуре и давлении . Используя современные значения постоянной Авогадро 6,022 14 × 10 ²³ моль ⁻¹ а для объема грамм-молекулы в этих условиях 22,4146 × 10 ⁶ мм ³, современное значение 2,687 × 10 ¹⁶, вместо 10 Стони ¹⁸.

Единицы Стоуни и единицы Планка

Набор основных единиц Стоуни аналогичен тому, который используется в единицах Планка , независимо предложенных Планком тридцать лет спустя, в которых Планк нормализовал постоянную Планка. ^[а] 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 требуется единая теория физики. Единственная заметная попытка построить такую теорию на основе шкалы Стони была попытка Германа Вейля , который связал гравитационную единицу заряда с длиной Стони. ^[9]^[10]^[11]и который, по-видимому, вдохновил Дирака на увлечение гипотезой больших чисел . ^[12]С тех пор шкала Стоуни в развитии современной физики в значительной степени игнорировалась, хотя время от времени она все еще обсуждается. ^[13]

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

См. также

Примечания

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

Ссылки

^ Рэй, Т.П. (1981), «Основные единицы Стони», Irish Astronomical Journal , 15 : 152.
^ Стоуни, Дж. Джонстон (май 1881 г.), «LII. О физических единицах природы» , The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science , 11 (69): 381–390, doi : 10.1080/14786448108627031 , ISSN 1941-5982
^ Барроу, Джон Д .; Типлер, Франк (1988), Антропный космологический принцип , Oxford University Press, стр. 291, ISBN 978-0-192-82147-8
^ 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
^ Стоуни, Г. (1881), «О физических единицах природы», Phil. Маг. , 11 (69): 381–391, дои : 10.1080/14786448108627031
^ Стоуни, Дж. Джонстон (1883), «О физических единицах природы» , The Scientific Proceedings of the Royal Dublin Society , 3 : 51–60 , получено 28 ноября 2010 г.
^ О'Хара, Дж. Г. (1993), «Джордж Джонстон Стоуни и концептуальное открытие электрона», Периодические статьи в области науки и техники , 8 : 5–28.
^ Jump up to: ^а ^б 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
^ Томилин К. (2000), «Естественная система единиц», Учеб. XX11 Международного семинара по физике высоких энергий и теории поля : 289
^ Вейль, Х. (1918), «Гравитация и электричество», Королевская прусская академия наук : 465–78.
^ Вейль, Х. (1919), «Новое расширение теории относительности», Annals of Physics , 59 (10): 101–103, doi : 10.1002/andp.19193641002
^ Горелик Г. (2002), «Герман Вейль и большие числа в релятивистской космологии», Балашов Ю.; Визгин В. (ред.), Исследования Эйнштейна в России , Биркхойзер.
^ 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
^ 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 , doi : 10.1088/1126-6708/2002/03/023 , ISSN 1029-8479 , S2CID 15806354

Внешние ссылки

[8] В современном использовании под единицами Планка понимают нормализацию приведенной постоянной Планка вместо постоянной Планка.

[1] Рэй, Т.П. (1981), «Основные единицы Стони», Irish Astronomical Journal , 15 : 152.

[2] Стоуни, Дж. Джонстон (май 1881 г.), «LII. О физических единицах природы» , The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science , 11 (69): 381–390, doi : 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 (69): 381–391, дои : 10.1080/14786448108627031

[6] Стоуни, Дж. Джонстон (1883), «О физических единицах природы» , The Scientific Proceedings of the Royal Dublin Society , 3 : 51–60 , получено 28 ноября 2010 г.

[O'Hara1-7] О'Хара, Дж. Г. (1993), «Джордж Джонстон Стоуни и концептуальное открытие электрона», Периодические статьи в области науки и техники , 8 : 5–28.

[Penz-9] Jump up to: ^а ^б 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

[Tomilin1-10] Томилин К. (2000), «Естественная система единиц», Учеб. XX11 Международного семинара по физике высоких энергий и теории поля : 289

[Weyl1-11] Вейль, Х. (1918), «Гравитация и электричество», Королевская прусская академия наук : 465–78.

[Weyl2-12] Вейль, Х. (1919), «Новое расширение теории относительности», Annals of Physics , 59 (10): 101–103, doi : 10.1002/andp.19193641002

[Gorelik1-13] Горелик Г. (2002), «Герман Вейль и большие числа в релятивистской космологии», Балашов Ю.; Визгин В. (ред.), Исследования Эйнштейна в России , Биркхойзер.

[14] 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

[15] 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 , doi : 10.1088/1126-6708/2002/03/023 , ISSN 1029-8479 , S2CID 15806354

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[а]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]