Steniga enheter

Inom fysiken bildar Stoney -enheterna ett system av enheter uppkallat efter den irländska fysikern George Johnstone Stoney , som först föreslog dem 1881. De är det tidigaste exemplet på naturliga enheter , dvs. en sammanhängande uppsättning av måttenheter utformade så att valda fysiska konstanter helt definiera och ingår i uppsättningen.

Enheter

Kvantitet	Uttryck	Värde i SI-enheter
Längd (L)	$l_{\text{S}}={\sqrt {\frac {Ge^{2}}{4\pi \epsilon _{0}c^{4 }}}}$	1,3807 × 10 ⁻³⁶ m
Massa (M)	$m_{\text{S}}={\sqrt {\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}G}}}$	1,8592 × 10 ⁻⁹ kg
Tid (T)	$t_{\text{S}}={\sqrt {\frac {Ge^{2}}{4\pi \epsilon _{0}c^{6 }}}}$	4,6054 × 10 ⁻⁴⁵ s
Elektrisk laddning (Q)	$q_{\text{S}}=e\$	1,6022 × 10 ⁻¹⁹ C

Konstanterna som Stoney använde för att definiera sin uppsättning enheter är följande:

Detta betyder att de numeriska värdena för alla dessa konstanter, när de uttrycks i koherenta Stoney-enheter, är lika med ett:

{\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}}

är det numeriska värdet för den reducerade Planck-konstanten

\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}}^{~},

där $α$ är finstrukturkonstanten .

Historia

George Stoney var en av de första forskarna som förstod att elektrisk laddning kvantiserades; från denna kvantisering och tre andra konstanter som han uppfattade som universella (en hastighet från elektromagnetism och koefficienterna i de elektrostatiska och gravitationskraftsekvationerna) härledde han de enheter som nu är uppkallade efter honom. Stoneys härledda uppskattning av laddningsenheten , 10 ⁻²⁰ ampere-sekunder, var 1 ⁄ 16 av det moderna värdet av laddningen av elektronen på grund av att Stoney använde det ungefärliga värdet 10 ¹⁸ för antalet molekyler som presenteras i en kubikmillimeter av gas vid standardtemperatur och -tryck . Med de moderna värdena för Avogadro-konstanten 6,022 14 × 10 ²³ mol ⁻¹ och för volymen av en grammolekyl under dessa förhållanden på 22,4146 × 10 ⁶ mm ³ , är det moderna värdet 2,687 × 10 ¹⁶ istället för Stoneys 10 ^{10 .} .

Stoney-enheter och Planck-enheter

Stoneys uppsättning av basenheter liknar den som används i Planck-enheter , som föreslagits oberoende av Planck trettio år senare, där Planck normaliserade Planck-konstanten i stället för den elementära laddningen.

Planck-enheter är vanligare än Stoney-enheter i modern fysik, särskilt för kvantgravitation (inklusive strängteori) . Sällan kallas Planck-enheter som Planck-Stoney-enheter.

Stoney-längden och Stoney-energin, gemensamt kallad Stoney-skalan , är inte långt från Planck-längden och Planck-energin, Planck-skalan . Stoney-skalan och Planck-skalan är längd- och energiskalorna där kvantprocesser och gravitation sker tillsammans. På dessa skalor krävs alltså en enhetlig teori om fysik. Det enda anmärkningsvärda försöket att konstruera en sådan teori från Stoney-skalan var det av H. Weyl , som associerade en gravitationsenhet av laddning med Stoney-längden och som verkar ha inspirerat Diracs fascination av hypotesen om stora siffror . Sedan dess har Stoney-skalan till stor del försummats i utvecklingen av modern fysik, även om det fortfarande diskuteras ibland.

Förhållandet mellan Stoney-enheter och Planck-enheter för längd, tid och massa är ${\sqrt {\alpha }}$ , där $\alpha$ är finstrukturkonstanten .

Se även

Anteckningar

externa länkar