自然 单位制
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簡介
[编辑]如同其他
標記 與 使用 方法
[编辑]優 點 與 缺點 分析
[编辑]- 簡化
方程式 :藉著規定 基礎 物理 常數 為 1,含有 這些常數 的 方程式 會 顯 得 更 為 簡潔 ,大 多 時候 會 更 容易 了解 。例 如,在 狹義 相對 論 裏 ,能 量 與 動 量的 關係 式 似 乎相當 冗長 ,而顯 得 簡單 多 了 。
物理 詮 釋 :自然 單位 制 已 經 自動 具備 了 量 綱 分析 功 能 。例 如,在 普 朗 克 單位 制 的 定義 中 ,已 經 囊括了 量子力學 和 廣義 相對 論 的 一 些性質 。大約 在 普 朗 克 長 度 的 尺度 ,量子 重力 效 應 絕 非 湊 巧 地 會 開始 變 得 重要 。同樣 地 ,在 設計 原子 單位 制 時 ,已 經 考慮 到 電子 的 質量 與 電 量 。因 此,描述氫原子 電子 軌域的 波 耳 半徑 理 所 當然 地 成 為 原子 單位 制 的 長 度 單位 。
不 需原器 :「原器 」(prototype)是 一種用來定義單位的真實物體,例 如國際 千 克 原器 (International Prototype Kilogram)是 一塊存放於法國國際計量局的鉑銥合金圓柱體,其質量 定義 為 1公 斤 。依賴 原器 有 很多缺點 :不可能 實際 複製 出 完全 一 樣 的 原器 ,真實 物體 會 遭受腐蝕 損壞 ,核 對質 量 必需 親 自 到 法 國 跑一趟。自然 單位 制 不 需要 參照 到 原器 ,自然 就不會 被 這些缺點 拖累。不 過 ,2019年 的 新版 國際 單位 制 已 經 不 需要 原器 了 ,改 成 使用 精確 的 普 朗 克 常數 代替 國際 公 斤 原器 定義 公 斤 。
計量 精密 度 較低:當初 設計 國際 單位 制 時 ,一個主要目標是能夠適用於精密測量。例 如,因 為 這躍 遷頻 率 可 以用原子 鐘 科技 來 精密 複製 ,時間 單位 秒 是 使用 銫原子 的 原子 躍 遷頻率 來 定義 。自然 單位 制 通常 不 是 基 於可以在實驗 室 精密 複製 的 物理 量 (但 光速 可 以精密 複製 )。所以 ,自然 單位 制 的 基本 單位 所 具有 的 精密 位 數 會 低 於國際 單位 制 。例 如,普 朗 克 單位 制 所 使用 的 萬有引力 常數 ,在 實驗 室 裏 只 能 測量 至 4個 有效 數字 。
意義 過 於籠統 :設 想 採用 普 朗 克 單位 制 的 方程式 。假 若 代表 長 度 ,則 這方程式 的 含意 是 ;可 是 假 若 代表 質量 ,則 這方程式 的 含意 是 。(因 此最好 要 寫 或 者 之 類 的 )[來 源 請求 ]所以 ,假 若 變數 缺乏 明確 定義 ,則 這方程式 很有可能 被 誤解 。明 顯 不 同地 ,採用 國際 單位 制 ,對 於方程式 ,假 若 代表 長 度 ,則 這方程式 的 含意 是 ;假 若 代表 質量 ,則 這方程式 的 含意 是 。從 另一 個 角度 來 看 ,物理 學者 有 時候 會 故意 利用 到 這籠統 性質 。這時,自然 單位 制 顯 得 特別 有用 。例 如,在 狹義 相對 論 裏 ,時間 與 空間 的 關係 非常 密 切 ,假 若 ,能 夠不區分 某 變數 所 代表 的 是 時間 還 是 空間 ,或 者 ,使用 同 一個向量變數就可以一起代表時間與空間,這添加 的 功 能會 帶 給 理論 學者 很大的 便利 。
基礎 物理 常數 候 選 名 單
[编辑]L | T−1 | |||||
磁常 |
Q−2 | M | L | |||
Q2 | M−1 | L−3 | T2 | |||
Q−2 | M | L3 | T−2 | |||
Q−2 | M | L2 | T−1 | |||
M−1 | L3 | T−2 | ||||
M | L2 | T−1 | ||||
M | L2 | T−2 | ||||
Q | ||||||
M | ||||||
M |
- [查证请求]。
自然 單位 制 總覽
[编辑]普 朗 克 單位 制
[编辑]38×10−35 5.729m | 23×10−35 1.616m | ||||
71×10−9 6.139kg | 47×10−8 2.176kg | ||||
12×10−43 1.911s | 16×10−44 5.391s | ||||
82×10−19 5.290C | 55×10−18 1.875C | ||||
74×1031 3.996K | 81×1032 1.416K |
- 。
- 。
- 。
- 。
“自然 單位 制 ”(粒子 物理 學 )
[编辑]推導 | ||
---|---|---|
1 eV−1 |
1.97×10−7 m | |
1 eV |
1.78×10−36 kg | |
1 eV−1 |
6.58×10−16 s | |
1 ( |
5.29×10−19 C | |
1 eV |
1.16×104 K |
- 。
有理 化 (勞 侖茲-黑 維塞單位 制 )
- 。
非理 化 (高 斯單位 制 )
高 斯單位 制 : 、勞 侖茲-黑 維塞單位 制 : 。
- 。
史 東 納 單位 制
[编辑]1.38068×10−36 m | ||
1.85921×10−9 kg | ||
4.60544×10−45 s | ||
1.60218×10−19 C | ||
1.21028×1031 K |
- 、
- 。
其中,
原子 單位 制
[编辑](哈特 |
||
---|---|---|
5.29177×10−11 m | ||
9.10938×10−31 kg | ||
2.41889×10−17 s | ||
1.60218×10−19 C | ||
3.15774×105 K |
- 、
- 。
芮得
- 、
- 。
這些
哈特
量子 色 動力 學 單位 制
[编辑]2.10308885 × 10-16 m | ||
1.67262158 × 10-27 kg | ||
7.0151493 × 10-25 s | ||
1.60217646 × 10-19 C | ||
1.0888183 × 1013 K |
- 、
- 。
「
幾何 化 單位 制
[编辑]- 。
- 、
- 。
另外,
總 結 表 格
[编辑]「 |
||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
哈特 |
芮得 |
|||||||||
磁常 |
||||||||||
玻茲曼常 |
||||||||||
馮克 |
||||||||||
斯特凡- |
其中,
參 閱
[编辑]註解
[编辑]- ^
注意 在 這個單位 制 中 ,庫 侖常數 的 值是,因 此,如果把 萬有引力常數也定為,則 庫 侖定律 (計算 兩個 點 電荷 的 吸引 力 或 排斥 力 )跟萬有引力 定律 (計算 兩個 質點 的 吸引 力 )的 公式 剛 好 相 同
參考 文獻
[编辑]- ^ Karshenboim, Savely G.; Peik, Ekkehard, Astrophysics, clocks and fundamental constants illustrated, Springer: 7, 79, 2004, ISBN 9783540219675
- ^ Littlejohn, Robert. Gaussian, SI and Other Systems of Units in Electromagnetic Theory (PDF). Physics 221A, University of California, Berkeley lecture notes. Fall 2007 [2008-05-06]. (
原始 内容 (pdf)存 档于2012-07-11). - ^ Kowalski, Ludwik, 1986, "A Short History of the SI Units in Electricity, 互联网档
案 馆的 存 檔,存 档日期 2009-04-29." The Physics Teacher 24(2): 97-99. Alternate web link (subscription required) - ^ Gauge field theories: an introduction with applications, by Guidry, Appendix A
- ^ 5.0 5.1 An introduction to cosmology and particle physics, by Domínguez-Tenreiro and Quirós, p422
- ^ Griffiths, David J., Introduction to Elementary Particles (2nd ed.), Wiley-VCH: 9, 2008, ISBN 978-3527406012
- ^ Ray, T.P. Stoney's Fundamental Units. Irish Astronomical Journal. 1981, 15: 152 [2011-07-11]. (
原始 内容 存 档于2021-10-04). - ^ Drake, Gordon W. F. Springer Handbook of Atomic, Molecular, and Optical Physics 2nd. Springer. 2006: 5. ISBN 978-0387208022.
- ^ Turek, Ilja, Electronic structure of disordered alloys, surfaces and interfaces illustrated, Springer: 3, 1997, ISBN 9780792397984
- ^ Wilczek, Frank, 2007, "Fundamental Constants, (页面
存 档备份,存 于互联网档案 馆)" Frank Wilczek web site.
外部 連結
[编辑]美國 國家 標準 與 科技 研究 院 網 頁 :物理 常數 、單位 、不 確定 度 (页面存 档备份,存 于互联网档案 馆) ,有 很多關 於常見 的 物理 常數 的 資料 。
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