Structura fină constantă. numită de obicei ca \ (\ alpha \), 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.
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]. $$ \ alpha = 7297 \; 352 \; 537 \; 6 (50) \ ori 10 ^ = \ frac035 \; 999 \; 679 (94)> $$.
În sistemul de unități CGSU, unitatea de încărcare electrică este definită astfel încât constanta electrică este unitatea. Apoi, constanta structurii fine este definită ca: $$ \ alpha = \ frac. $$
Constanta structurii fine poate fi definită drept pătratul raportului dintre sarcina electrică elementară și sarcina Planck. $$ \ alpha = \ left (\ frac \ right) ^ 2. $$
Având în vedere relația dintre forța și gravitatiei puternic Coulomb un atom de hidrogen, structura fină poate fi exprimată în termeni de constantă puternic gravitatiei \ (\ Gamma \), masa de protoni \ (M_p \) și electroni \ (M_e \):
Constanta structurii fine este raportul dintre două energii:
- Energia necesară pentru a depăși repulsia electrostatică dintre doi electroni. le-a adus de la infinit până la unele distanțe. și
- Energia unui foton cu o lungime de undă de 2 π.
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 α este mult mai mic decât 1 face posibilă folosirea teoriei perturbării în electrodinamica cuantică. Rezultatele fizice ale acestei teorii sunt reprezentate ca o serie în puterile lui α. iar termenii cu puteri crescânde ale lui a 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 electroslab arată că valoarea constantei structurii fine (rezistența interacțiune electromagnetică) depinde de energia caracteristică a procesului. Se afirmă că structura fină constantă crește logaritmic cu creșterea energiei. Valoarea observată a constantei structurii fine este valabilă la energiile de ordinul masei electronice. Energia caracteristică nu poate lua valori mai mici, deoarece electronul (ca poziția posterioară) are cea mai mică masă dintre particulele încărcate. Prin urmare, se spune că 1 / 137,036 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 grandului unificator.
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? [Referirea]
Fizicienii s-au intrebat intotdeauna 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.
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 α a fost diferit. De exemplu, se știe că dacă α este doar cu 4% mai mare, producția de carbon din interiorul stelelor ar fi imposibilă. Dacă α a fost mai mare de 0,1. atunci procesele de fuziune termonucleară nu au putut să apară în interiorul stelelor. [2]
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“ La sfârșitul vieții sale un alt fizician - Arthur Eddington - proiectat numerologica „dovada“ că 1 / α este exact întreg, și chiar se referă la numărul Eddington. care estimează numărul de baryoni din univers. Experimentele efectuate mai târziu au arătat că 1 / α nu este un număr întreg.
Este posibilă și asocierea cu dimensionalitatea presupusă a spațiului-timp [3]. 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. TCP combină astfel, numerele 1, 3 și 7 cu factori care sunt multipli de zece, și 10 poate fi interpretat ca dimensiunea totală a spațiului în teoria corzilor.
In mod similar matematician James Gilson a sugerat că structura fină poate fi matematic, cu mare precizie, definit ca $$ \ alpha = \ frac \ frac \, (\ pi / (137 \ cdot 29))> \ cca 1/137035 \; 999 \; 7867. $$
O altă expresie care reproduce constantă structură fină cu un grad ridicat de precizie este $$ - \ ln \ cos (1 / \ alpha) \ cca 1. $$
Dar această ecuație nu este exactă: $$ - \ ln \ cos (1 / \ alpha) \ cca 1000 \; 02 (16). $$
Un articol recent al lui Olchak [3] oferă o formulă mai compactă și coerentă care aproximează structura fină constantă cu o precizie nu mai rea decât formula lui Gilson. Mărimea PTS este asociată cu cheia pentru dinamica haosului constantei Feigenbaum δ. 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 constantă Feigenbaum (în precizia necesară pentru calcularea PTS) a \ (\ delta = 4669 \ 211 \; 660 \; 910 \; 299 \; \ ldots \).
Valoarea PTS este foarte precis calculată ca rădăcina ecuației simple $$ 1 / \ alpha = 137 + \ frac, $$
care 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 punctul de vedere al electrodinamicii cuantice moderne constanta structurii fine se execută constantă de cuplare. care este, depinde de scara energetică a interacțiunii. Acest fapt privează în mare măsură de sens încercările numerologici fizice de a construi o formulă pentru o anumită (în special - la zero, în cazul în care este vorba de valoarea 1 / 137.036) a impulsului transmis.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: