Structura fină constantă. numită de obicei, este o constantă fizică fundamentală. caracterizând forța interacțiunii electromagnetice. Acesta a fost descris pentru prima dată în 1916 de către fizicianul german Arnold Sommerfeld, ca măsură a corecțiilor relativiste în descrierea liniilor spectrale atomice în cadrul modelului Bohr al atomului. Se mai numește și Sommerfeld constantă.
Constanta structurii fine (PTS) este o cantitate fara dimensiuni, iar valoarea ei numerica nu depinde de sistemul ales de unitati. În acest moment, se recomandă utilizarea următoarei valori [1].
În sistemul SI poate fi de asemenea definit ca:
- constanta Dirac (sau constanta lui Planck dată) este viteza luminii într-un vid. Este constanta electrica.
În sistemul de unități CGSU, unitatea de încărcare electrică este definită astfel încât constanta electrică este unitatea. Apoi, constanta structurii fine este definita ca:
Constanta structurii fine poate fi, de asemenea, definită ca pătratul raportului dintre sarcina electrică elementară și sarcina Planck.
Interpretarea fizică
Constanta structurii fine este raportul dintre două energii:
- Energia necesară pentru a depăși repulsia electrostatică dintre doi electroni. le - au adus de la infinit la o anumită distanță, și
- energia unui foton cu o lungime de undă.
Din punct de vedere istoric, prima interpretare a constantei structurii fine a fost raportul dintre viteza electronului din prima orbita circulara din modelul Bohr al atomului si viteza luminii. Acest raport a apărut în lucrările lui Sommerfeld și determină magnitudinea împărțirii fine a liniilor spectrale hidrogen.
În electrodinamica cuantică, constanta structurii fine are valoarea constantă a interacțiunii. caracterizând forța interacțiunii dintre sarcini electrice și fotoni. Valoarea sa nu poate fi prezisă teoretic și este introdusă pe baza datelor experimentale. Constanta structurii fine este unul dintre cei douăzeci de "parametri externi" ciudați ai modelului standard în fizica elementară a particulelor.
Faptul că mult mai puțin decât unitatea ne permite să folosim teoria perturbării în electrodinamica cuantică. Rezultatele fizice ale acestei teorii sunt reprezentate sub forma unei serii de puteri, iar termenii cu grade în creștere devin din ce în ce mai puțin importanți. În schimb, o constantă mare de interacțiune în cromodinamica cuantică face calcule cu interacțiuni puternice extrem de complexe.
În teoria interacțiunii electroweak se arată că valoarea constanta a structurii fine (forța interacțiunii electromagnetice) depinde de energia caracteristică a procesului în cauză. Se afirmă că structura fină constantă crește logaritmic cu creșterea energiei. Valoarea observată a constantei structurii fine este valabilă la energiile de ordinul masei de electroni. Energia caracteristică nu poate lua valori mai mici, deoarece electronul (ca poziția posterioară) are cea mai mică masă dintre particulele încărcate. Prin urmare, ei spun că aceasta este valoarea structurii fine constante la zero energie. În plus, faptul că energiile caracteristice cresc, interacțiunea electromagnetică abordează puterea prin alte două interacțiuni, este importantă pentru teoriile de mare unificare.
În cazul în care predicția electrodinamicii cuantice au fost corecte, constanta structurii fine ar avea o valoare infinită la valoarea de energie, cunoscut sub numele de Landau pol. Aceasta limitează domeniul de aplicare al electrodynamicii cuantice la domeniul aplicabilității teoriei perturbării.
Cât de constantă este constantă structura fină? regulă
Fizicienii s-au intrebat mereu daca constanta structurii fine este constanta, adica daca are intotdeauna acea valoare in timpul existentei universului. Unele teorii cred că nu este așa. Primele teste experimentale ale acestei întrebări, dintre care cele mai interesante sunt studiile liniilor spectrale ale stelelor îndepărtate și investigarea unui reactor nuclear natural din Oklo. Ei nu au dezvăluit nici o schimbare în structura fină constantă.
Explicație antropocentrică Editați
O explicație pentru valoarea constantei structurii fine include principiul antropic, care prevede că valoarea constantei structurii fine este atât de important, deoarece altfel ar fi imposibil pentru existența materiei stabile și, prin urmare, de viață și inteligente ființe care nu ar fi putut apărea în cazul în care valoarea era diferit. De exemplu, se știe că, dacă numai 4% mai mult, producția de carbon din interiorul stelelor ar fi imposibilă. Dacă au existat mai mult de 0,1, atunci procesele de fuziune termonucleară nu au putut să apară în interiorul stelelor. [7]
Formule numerologice
Constanta structurii fine, fiind o cantitate fara dimensiuni care nu corespunde cu nici o constanta matematica cunoscuta. a fost întotdeauna un obiect de admirație pentru fizicieni. Richard Feynman. unul dintre fondatorii electrodinamicii cuantice, a numit-o „una dintre cele mai mari mistere ale fizicii blestemate:. un număr magic care vine la noi, fără nici o înțelegere a persoanei sale“ Spre sfârșitul vieții, un alt fizician - Arthur Eddington - a construit o "dovadă" numerologică care este un întreg exact și chiar a corelat-o cu numărul Eddington. care estimează numărul de baryoni din univers. Experimentele efectuate mai târziu au arătat că nu este un număr întreg.
Este posibilă și o asociere cu dimensiunea spațiului-timp presupusă [8]. într-una dintre cele mai promițătoare teorii recente - așa-numitul „M-teorie“, în curs de dezvoltare ca o generalizare a teoriei supercorzile, și revendicări pentru a descrie toate interacțiunile fizice și particulele elementare - spatiu-timp presupus 11-dimensional. În acest caz, o măsurătoare la nivel macro este perceput ca timp, trei - ca dimensiuni spațiale macroscopice, celelalte șapte - este așa-numitele (cuantice) măsurători „laminate“, care sunt simțite doar pe micro-nivel. PTS combină numerele 1, 3 și 7 cu multiplicatori multipli de zece și 10 pot fi interpretați ca dimensiunea totală a spațiului în teoria superstringurilor.
Într-un mod similar, matematicianul James Gilson a sugerat că constanta structurii fine poate fi matematic, cu un grad înalt de precizie definit ca
O altă expresie care reproduce constantă structura fină cu un grad ridicat de precizie este
Dar această ecuație nu este, de asemenea, exactă:
Într-un articol recent de Olchaka [8] oferă o formulă mai compactă și distinctă aproximând constanta structurii fine cu o precizie nu este mai rău decât formula Gilson. Valoarea PTS în acest caz, este asociată cu o cheie pentru dinamica haosului Feigenbaum constantă. Această constantă, în termeni mai generali, caracterizează viteza de aproximare a soluțiilor pentru neliniar sistemelor dinamice la o stare de „instabilitate în orice moment“ sau „haos dinamic“. Până în prezent, valoarea calculată a constantei Feigenbaum (în precizia necesară pentru calcularea PTS) este.
Amploarea TCP este foarte precis calculată, ca rădăcină a ecuației simple
și este ceea ce aproximează valoarea experimentală până la a zecea zecimală. Exactitatea coincidenței este
1,3 intervale standard ale erorii experimentale de astăzi.
De asemenea, trebuie remarcat faptul că, din punct de vedere al electrodinamicii cuantice moderne, constanta structurii fine este o constantă de cuplare în desfășurare. care este, depinde de scara energetică a interacțiunii. Acest fapt privează cea mai mare parte a sensului fizic al unei încercări de a construi o formulă numerologică pentru un transfer de impuls anumit (în special zero, dacă este vorba de sens).
Fapte interesante Edit href = Edit
Consultați și Edit
Link-uri Edit
- Structură constantă (engleză)
- Actualizați istoricul
- Constanta structurii fine și efectul Hall cuantic (engleză)
Note Edit
Utilizarea extensiei AdBlock a fost detectată.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: