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物理常數

指数 物理常數

物理常數,或称物理定數、物理常量或自然常数,指的是物理学中数值固定不变的物理量。它與数学常数不同,數學常數指的是一个在數值上固定不變的值,但是這個值不一定與物理測量有關。 物理常数有很多,其中比较著名的有真空光速、普朗克常数、万有引力常数、玻尔兹曼常數及阿伏伽德罗常数。它们被假设在宇宙中任何地方和任何时刻都相同。物理常数的物理意义有很多表述形式,普朗克长度表征基本物理长度,真空光速是宇宙中最大的速度,精细结构常数则表征了电子和光子之间的相互作用,是一个无量纲量。 从1937年开始,狄拉克等物理学家开始意识到物理常数有可能随着宇宙年龄的增长而发生变化,但时至今日还没有明确的实验证据能够证明狄拉克提出的这种可能性。但科学家们已经探测到了一些物理量可能每年都依极小的量发生变化,并划定了这种变化幅度可能的上限(万有引力常数变化的量大约是一年10-11;精细结构常数变化的量大约是一年10-5)。 以下是部分物理常數的列表:.

27 关系: 基本电荷原子质量单位宇宙中子常数万有引力常数光速玻尔半径玻尔磁子磁通量量子精细结构常数真空磁导率电子物理学物理量質子质荷比阿伏伽德罗常数自由空間阻抗里德伯常量核磁子法拉第常数斯特藩-玻爾茲曼常數无量纲量旋磁比数学常数普朗克常数

基本电荷

基本电荷(符号:e,也称元电荷),是一个质子所带的电荷,或一个电子所带的负电荷的量。它是一个基本物理常数,是原子单位和一些其它自然单位制中的电荷单位。 根据国际科学技术数据委员会所公布,基本电荷的值大约为 在高斯單位制中,它的值为 自从1909年罗伯特·密立根的油滴实验中测量出基本电荷后,人们便认为它不可再分了。1960年发现了夸克,它们的电荷为1⁄3 e和2⁄3 e,所以把“基本电荷”用来指电子的电荷便不完全正确了;然而单独的夸克至今没有探测到,都是两个以上的夸克聚集在一起,使得总电荷为基本电荷的整数倍。.

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原子质量单位

原子质量单位(Atomic mass unit,amu),现称统一原子质量单位(Unified atomic mass unit,u)或道爾頓(dalton,Da),是用来衡量原子质量的单位,定义为靜止未鍵結且處於基態碳12原子质量的1/12。.

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宇宙

宇宙(Universe)是所有時間、空間與其包含的內容物所構成的統一體;它包含了行星、恆星、星系、星系際空間、次原子粒子以及所有的物質與能量,宇指空間,宙指時間。目前人類可觀測到的宇宙,其距離大約為;而整個宇宙的大小可能為無限大,但未有定論。物理理論的發展與對宇宙的觀察,引領著人類進行宇宙構成與演化的推論。 根據歷史記載,人類曾經提出宇宙學、天體演化學與,解釋人們對於宇宙的觀察。最早的理論為地心說,由古希臘哲學家與印度哲學家所提出。數世紀以來,逐漸精確的天文觀察,引領尼古拉斯·哥白尼提出以太陽系為主的日心說,以及經約翰內斯·克卜勒改良的橢圓軌道模型;最終艾薩克·牛頓的重力定律解釋了前述的理論。後來觀察方法逐漸改良,引領人類意識到太陽系位於數十億恆星所形成的星系,稱為銀河系;隨後更發現,銀河系只是眾多星系之一。在最大尺度範圍上,人們假定星系的分布,且各星系在各個方向之間的距離皆相同,這代表著宇宙既沒有邊緣,也沒有所謂的中心。透過星系分布與譜線的觀察,產生了許多現代物理宇宙學的理論。20世紀前期,人們發現到星系具有系統性的紅移現象,表明宇宙正在;藉由宇宙微波背景輻射的觀察,表明宇宙具有起源。最後,1990年代後期的觀察,發現宇宙的膨脹速率正在加快,顯示有可能存在一股未知的巨大能量促使宇宙加速膨脹,稱做暗能量。而宇宙的大多數質量則以一種未知的形式存在著,稱做暗物質。 大爆炸理論是當前描述宇宙發展的宇宙學模型。目前主流模型,推測宇宙年齡為。大爆炸產生了空間與時間,充滿了定量的物質與能量;當宇宙開始膨脹時,物質與能量的密度也開始降低。在初期膨脹過後,宇宙開始大幅冷卻,引發第一波次原子粒子的組成,稍後則合成為簡單的原子。這些原始元素所組成的巨大星雲,藉由重力結合起來形成恆星。 目前有各種假說正競相描述著宇宙的終極命運。物理學家與哲學家仍不確定在大爆炸前是否存在任何事物;許多人拒絕推測與懷疑大爆炸之前的狀態是否可偵測。目前也存在各種多重宇宙的說法,其中部分科學家認為可能存在著與現今宇宙相似的眾多宇宙,而現今的宇宙只是其中之一。.

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中子

| magnetic_moment.

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常数

常数又稱定數,是指一个数值固定不变的常量,例如圆周率\pi\,、自然对数的底e,与之相反的是變數。 在物理學上,很多經測量得出的數值都被稱為常數。例如萬有引力常數和地表重力加速度等。但有研究表明,部分這類常数并不是恒定不变的,因此就被稱作“不定常数”(inconstant constant)和“不恒定的常数”(not-so-constant constant)。.

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万有引力常数

万有引力常数(记作 G ),是一个包含在对有质量的物体间的万有引力的计算中的实验物理常数。它出现在牛顿的万有引力定律和爱因斯坦的广义相对论中。也称作重力常數或牛顿常数。不应将其与小写的 g 混淆,后者是局部引力场(等于局部引力引起的加速度),尤其是在地球表面。 根据万有引力定律,两物体间的吸引力( F )与二者的质量( m1 和 m2 )的乘积成正比,而与他们之间的距离( ''r'' )的平方成反比: 其中的比例常数 G 即是万有引力常数。 万有引力常数大概是物理常数中最难测量的了。.

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光速

光速,指光在真空中的速率,是一個物理常數,一般記作,精確值為(≈ m/s)。這一數值之所以是精確值,是因為米的定義就是基於光速和國際時間標準上的。根據狹義相對論,宇宙中所有物質和訊息的運動和傳播速度都不能超過。光速也是所有無質量粒子及對應的場波動(包括電磁輻射和引力波等)在真空中運行的速度。這一速度獨立於射源運動以及觀測者所身處的慣性參考系。在相對論中,起到把時間和空間聯繫起來的作用,並且出現在廣為人知的質能等價公式中:.

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玻尔半径

尼爾斯·玻尔於1913年提出了原子構造的波耳模型,其中電子環繞着原子核運轉。模型中提及電子只會在特定的幾個距離(視能量而定)環繞原子核運轉。而最簡單的原子──氫原子──只有一個電子軌道,該軌道也是電子可運行的最小軌道,其能量是最小的,從原子核向外找到此軌道的最可能距離就被稱為波耳半徑。.

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玻尔磁子

玻尔磁子(Bohr magneton),或稱--,以物理學家尼尔斯·玻尔為名,是根據量子力學理論所得,與電子相關的磁矩基本單位,是一項常數。其用在電子軌域角動量及自旋角動量相關磁性的表示。 電磁學常用的單位有兩種,一種是國際單位制,另一種則是厘米-克-秒制。因此,波耳磁元的定義也有兩種不同的定義。 在國際標準公制下,其定義為: 而在高斯制下,其定義為: 其中e為電子電荷,\hbar為約化普朗克常數,me為電子質量,而c則為光速。.

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磁通量量子

磁通量量子(Magnetic flux quantum)是指磁通量的最小單位,通常以Φ0為符號,其值等於h/2e(約為2.067 833 758×10−15 Wb),是物理常數。 與磁通量量子相關或是同義的單字包括:「flux quanta」、「fluxoid」、「fluxon」。.

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精细结构常数

精细结构常数是物理学中一个重要的无量纲量,常用希腊字母α表示,精细结构指的是原子物理学中原子谱线分裂的样式。其定义为 或者:\alpha.

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真空磁导率

真空磁导率(\mu_0),又称磁场常数、磁常數、自由空間磁导率或磁常數是一物理常數,指真空中的磁导率。实验测得这个数值是一个普适的常数,联系着力学和电磁学的测量。真空磁导率是由運動中的帶電粒子或電流產生磁場的公式中產生,也出現在其他真空中產生磁場的公式中,在国际单位制中,其數值為 真空磁导率是一個常數,也可以定義為一個基礎的不變量,是真空中馬克士威方程組中出現的常數之一。在經典力學中,自由空間是電磁理論中的一個概念,對應理論上完美的真空,有時稱為「自由空間真空」或「經典真空」 : 在真空中,磁场常数是磁感应强度和磁场强度的比率: 真空磁导率 \mu_0 和真空电容率 \varepsilon_0 以及光速的关系为c^2\varepsilon_0\mu_0.

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电子

电子(electron)是一种带有负电的次原子粒子,通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类,以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一,无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋,是一种费米子。因此,根據泡利不相容原理,任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子(又称正子),其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同,但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅,在這過程中,生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子,是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核,电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时,原子会带电;称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时,它带有负电,叫阴离子,失去电子时,它带有正电,叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡时,称该物体带静电。当正负电量平衡时,称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途,例如,靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆,均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力,使得電子被束縛於原子,稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子,會交換或分享它們的束縛電子,這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚,能够自由移动时,則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏,像電傳導、磁性或熱傳導,電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場,也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論,宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如,當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面,許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅,或者,會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏,精密的尖端儀器,像四極離子阱,可以長時間局限電子,以供觀察和測量。大型托卡馬克設施,像国际热核聚变实验反应堆,藉著局限電子和離子電漿,來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.

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物理学

物理學(希臘文Φύσις,自然)是研究物質、能量的本質與性質,以及它們彼此之間交互作用的自然科學。由於物質與能量是所有科學研究的必須涉及的基本要素,所以物理學是自然科學中最基礎的學科之一。物理學是一種實驗科學,物理學者從觀測與分析大自然的各種基於物質與能量的現象來找出其中的模式。這些模式(假說)稱為「物理理論」,經得起實驗檢驗的常用物理理論稱為物理定律,直到有一天被證明是有錯誤為止(具可否證性)。物理學是由這些定律精緻地建構而成。物理學是自然科學中最基礎的學科之一。化學、生物學、考古學等等科學學術領域的理論都是建構於這些物理定律。 物理學是最古老的學術之一。物理學、化學、生物學等等原本都歸屬於自然哲學的範疇,直到十七世紀至十九世紀期間,才漸漸地從自然哲學中分別成長為獨立的學術領域。物理學與其它很多跨領域研究有相當的交集,如量子化學、生物物理學等等。物理學的疆界並不是固定不變的,物理學裡的創始突破時常可以用來解釋這些跨領域研究的基礎機制,有時還會開啟嶄新的跨領域研究。 通過創建新理論與發展新科技,物理學對於人類文明有極為顯著的貢獻。例如,由於電磁學的快速發展,電燈、電動機、家用電器等新產品纷纷涌现,人類社會的生活水平也得到大幅提升。由於核子物理學日趨成熟,核能發電已不再是藍圖構想,但其所引致的安全問題也使人們意識到地球環境、生態與人類的脆弱渺小。.

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物理量

物理量,是物理之中能測量的量,例如質量、體積,或者是測量和通常以數和物理單位(通常偏好國際單位制單位)的積表達的結果。 在1971年第十四屆國際度量衡大會(General Conference of Weights & Measures)中,選擇了七個物理量作為基本量的國際單位系統,其法文名稱"Le Système International d’unités",縮寫為"SI",其基本七個物理量如下:.

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質子

|magnetic_moment.

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质荷比

荷质比又称比荷、比电荷,是一个带电粒子所带电荷与其质量之比,其单位为C/kg。计算时,粒子无论带何种电荷,应一律代入正值计算。 电子电荷e和电子静止质量 m的比值e/m(电子比荷)为电子基本常量之一,可通过磁聚焦法、磁控管法、湯姆森法及双电容法等进行测定。现代精确测量电子比荷的值为1.75881962×1011C/kg,质子比荷的值为9.578309×107C/kg,一般计算中取1×108C/kg.

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阿伏伽德罗常数

在物理学和化学中,阿伏伽德罗常数(符号:N或L)的定義是一个比值,是一個樣本中所含的基本單元數(一般為原子或分子)N,與它所含的物質量n(單位為摩爾)間的比值,公式為NA.

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自由空間阻抗

自由空間阻抗Z0是一物理常數,和自由空間中電磁波產生的電場及磁場量值有關。 其中 自由空間阻抗也等於真空磁導率μ0及真空中光速c0的乘積,其數值大約是376.73031 歐姆。由於真空磁導率及光速的數值均為定義值,不是測量值,因此自由空間阻抗也是一定義值。公尺單位的定義是光在真空中行進299,792,458分之1秒的距離,因此也同時定義了真空中光速的數值。而安培單位的定義也定義了真空磁导率為4πx10-7,自由空間阻抗為二者的乘積,因此也是一定義值。 當一平面波通過一介電材料時也有類似的物理量說明其電場及磁場之間的關係,稱為介質的或特性阻抗,其符號為η。Z0有時也稱為自由空間的本質阻抗,其符號為η0。.

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里德伯常量

里德伯常量是物理学中经常用到的常數。根据2014年CODATA的结果,它的值是 里德伯常量起初是在为表示氢原子谱线的里德伯公式中引入的,里德伯公式 其中R即为里德伯常量。 1913年丹麦物理学家尼尔斯·波尔创立的波尔模型给出了里德伯常量的表达式: 其中: 然而应用波尔模型计算出里德伯常量的数值: 而实验值 二者差值超过万分之五。英国光谱学家福勒(A.Fowler)提出了这一质疑。1914年波尔提出,这是由于假设原子核静止不动引起的。实际情况是,原子核的质量不是无穷大,它与电子围绕共同的质心转动。波尔对其理论进行了修正,用原子核和电子的折合质量μ代替了电子质量: 不同原子的里德伯常量RA不同。令 其中: 而一种原子的里德伯常量 其中M是原子核的质量。 下面给出了几个不同元素的原子里德伯常量的数值: 1H:109 677.58 cm-1 2D:109 707.42 cm-1 3T:109 717.35 cm-1 4He+:109 722.27 cm-1 7Li2+:109 728.80 cm-1 8Be3+:109 730.70 cm-1.

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核磁子

核磁子是有關磁矩的物理常數,符號μN,在國際單位制下為: 若在高斯單位制下為: 其中: 在國際單位制下,核磁子數值為 在高斯單位制下,其數值為 核磁子是像核子或原子核等重粒子磁偶極矩的自然單位。 電子因為其荷質比較核子大很多,其磁偶極矩也比核子大很多,一般會用玻尔磁子為其單位。.

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法拉第常数

法拉第常数(F)是近代科学研究中重要的物理常数,代表每摩尔电子所携带的電荷,单位C/mol,它是阿伏伽德罗常数 N.

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斯特藩-玻爾茲曼常數

斯特凡-波茲曼常數(又稱斯特凡常數),一個用希臘字母σ標記的物理常數,用於斯特凡-波茲曼定律: j^.

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无量纲量

在量綱分析中,無量綱量,或称--、无维量、无维度量、无维数量、无次元量等,指的是沒有量綱的量。它是個單純的數字,量綱為1。無量綱量在數學、物理學、工程學、經濟學以及日常生活中(如數數)被廣泛使用。一些廣為人知的無量綱量包括圓周率(π)、歐拉常數(e)和黃金分割率(φ)等。與之相對的是有量綱量,擁有諸如長度、面積、時間等單位。 無量綱量常寫作兩個有量綱量之積或比,但其最終的綱量互相消除後會得出無量綱量。比如,應變是量度形變的量,定義為長度差與原先長度之比。但由於兩者的量綱均為L(長度),因此相除後得出的量是沒有量綱的。.

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旋磁比

在物理學中,旋磁比(gyromagnetic ratio,也稱為磁旋比,magnetogyric ratio,常用\gamma表示)定义为一個自旋不為零的粒子(此時下文中的磁矩與角動量指自旋磁矩和自旋角動量)或一個體系的磁矩與角動量之比(因而稱磁旋比),對於前一種情況,也等於粒子在外磁場作用下,磁矩作拉莫爾進動時的角頻率與外加磁場的磁感應強度之比(因而稱旋磁比)。在磁共振領域中廣泛用到此概念。.

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数学常数

一个数学常数是指一个数值不变的常量,与之相反的是变量。跟大多数物理常数不一样的地方是,数学常数的定义是独立于所有物理测量的。 数学常数通常是实数或复数域的元素。数学常数可以被称为是可定义的数字(通常都是可计算的)。 其他可选的表示方法可以在数学常数 (以连分数表示排列)中找到。.

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普朗克常数

普朗克常數記為h,是一個物理常數,用以描述量子大小。在量子力學中佔有重要的角色,馬克斯·普朗克在1900年研究物体热辐射的规律时发现,只有假定电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份地进行的,计算的结果才能和实验结果是相符。这样的一份能量叫做能量子,每一份能量子等于普朗克常數乘以辐射电磁波的频率。这关系称为普朗克关系,用方程式表示普朗克关系式: 其中,E 是能量,h 是普朗克常數,\nu 是频率。 普朗克常數的值約為: 普朗克常數的量綱為能量乘上時間,也可視為動量乘上位移量: (牛頓(N)·公尺(m)·秒(s))為角動量單位.

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