Por que necessitamos de constantes?
Para estudar o universo em sua totalidade a partir do infinitamente pequeno (com aceleradores) ao infinitamente grande (com telescópios).
As constantes são usados como ferramentas para testar os limites de nossas teorias científicas (teorias da gravitação de Newton, a gravitação newtoniana Quântica, Mecânica Quântica, a Eletrodinâmica Quântica a Relatividade restrita, a Mecânica Newtoniana, a Relatividade Geral).
No século 17 Newton escreveu o "Principia" (1687), muitos acreditam que ele é o fundamento da física moderna porque introduz os conceitos de espaço, de tempo, de gravitação e do universo no sentido de que as leis são unificados. Para a física moderna para se desenvolver, ele precisa das leis universais, a fim de repetir a experiência, aqui e alhures, hoje e amanhã. Essas leis universais são exercidas dentro de um quadro que é o universo. Foi nessa época que passamos a partir do conceito de mundo ao conceito de universo.
Assim, as constantes desempenham um papel central nas teorias físicas. Paradoxalmente as constantes podem variar ao longo de grandes períodos de tempo, no entanto, as constantes são usados para estruturar o domínio de validade dos diferentes teorias físicas e astrophysical. Jean-Philippe UZAN (IAP classifica-las em três categorias:
- As constantes físicas características de um sistema dado, por exemplo a massa do electrão.
- As constantes descrevem uma classe de fenómenos, tais como a constante gravitacional.
- As constantes universais que aparecem em muitas leis físicas, tais como a velocidade da luz, ainda que a velocidade da luz, pode ser classificada na classe de fenómenos electromagnéticos.
Em resumo, caracterizar uma constante entre essas três classes, de acordo com o conhecimento que temos de física, disse Jean-Philippe UZAN.
As três constantes fundamentais da natureza são:
- A velocidade da luz (eletromagnetismo, relatividade) é um limite de velocidade para a transmissão de informações, a velocidade que não podemos exceder.
- A constante gravitacional (gravitação) é uma força constante de atracção entre os corpos, a força de atracção entre dois corpos maciços é proporcional ao produto das suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre o seu centro de massa respectivo.
- A constante de Planck (mecânica quântica) descreve o tamanho dos quanta. Esta constante é usado na mecânica quântica para ligar especialmente a energia de um fóton a sua frequência. Na relatividade geral e modelo padrão, temos 20 constantes. Em adição a estas constantes, são usados três unidades fundamentais da física, que são quilo, metro e segundo.
O valor de uma constante está intimamente conectado com o valor arbitrário do metro, do quilograma e do segundo. É por isso que, em vez definir relatórios, relatórios de massa ou relatórios de poder a fim de evitar erros de cálculo. Com constante, por exemplo, medindo a distância entre a Terra ea Lua, podemos testar a universalidade da queda livre. Podemos verificar que a Terra ea Lua cair da mesma forma no campo gravitacional. Com a constante, podemos nós preguntamos se o espectro de absorção dos diferentes elementos é o mesmo que há 10 bilhões de anos.
Cientistas realizada a medição e interacção electromagnética era inferior a 0,001%. Apenas a camada exterior da estrela é visível, que é a única fonte de informação sobre a estrela. | | Além disso, para conhecer a constituição de uma estrela olhamos a interação eletromagnética entre a luz emitida pela estrela e os elementos que ele atravessa.
A luz emitida pela photosphere é a de um corpo incandescente, o seu espectro é contínuo. Mas, na realidade, o espectro observado da Terra tem listras. O fundo contínuo do espectro está riscada por numerosas linhas de absorção. Uma parte da luz emitida é absorvida pelo photosphere. Assim esta absorção é a assinatura dos elementos químicos na atmosfera da estrela. | Constants | | Value | | | | | | Speed of light The speed of light in vacuum, c rated for celerity, is a physical constant. The speed of light is the speed of propagation of a wave phenomenon. Its value was set at 299 792 458 m / s in 1983 by the International Bureau of Weights and Measures. | c | 299 792 458 m/s | | astronomical unit The astronomical unit is a unit used to measure distances between objects in the solar system. This unit, established in 1958, represents the distance between the Earth and the Sun. Since the 28th General Assembly of the International Astronomical Union (2012), the astronomical unit is exactly 149 597 870 700 m. | au | 149 597 870 700 m | | Light year A light year is a unit of distance used in astronomy. A light-year is equal to the distance that light travels in a vacuum in the space of one year (31,557,600 seconds), about 10,000 billion kilometers. | a.l. | 9 460 895 288 762 850 m | | Parsec The parsec is a unit of length used in astronomy. Its name comes from the contraction of "parallax-second." The parsec is defined as the distance at which one astronomical unit (AU) subtends an angle of one arc second. A parsec equals 206 270.6904 au or 3.2616 light years or 30 857 656 073 828 900 m. | pc | 30 857 656 073 828 900 m | | Gravitational constant The gravitational constant G is a constant of the force of the attraction between bodies, the force of attraction between two massive bodies is proportional to the product of their masses and inversely proportional to the square of the distance between the respective center of mass. | G | 6,673 84×10-11 m³.kg-1.s-2 | | Cosmological constant The cosmological constant is the average energy density of the vacuum on cosmological scales. The magnitude of this constant is inconnue.En 1917, Einstein added a parameter to its equations of general relativity (1915), he called the constant cosmological this to make the theory compatible with the vision of a static universe. Since 1929 we know, thanks to Edwin Hubble that the universe is expanding because when the electromagnetic spectrum all distant cosmic objects analysis, oberserve a redshift. | Λ | free parameter 0 or ≠0 | | Boltzmann constant The Boltzmann constant (k or kB), the name of Ludwig Boltzmann, is a physical constant that links the energy level of the individual particle, with temperature. This fundamental physical constant is equal to R / N. R is the gas constant. N is Avogadro's number equal to N = 6.022 × 1023 mol -1 ), the number of particles in a mole. The sensation of heat or cold is actually a transfer of energy from one body to another in the form of heat. Entropy derived from k. | k | 1,3806488×10-23 J.K-1 | | Hubble constant Hubble constant (H0) is a cosmological constant of proportionality between distance and apparent rate of recession of the galaxies in the observable universe. It is connected to the famous Hubble's Law describing the expansion of the universe. The Hubble constant gives the current expansion rate of the universe. The observations give an approximate value of 73 km / s / Mpc. For example, a galaxy located 1 megaparsec (about 3.26 million light years) moves away due to the expansion of the universe (excluding the effect of the proper motion of the object is negligible at high distance), at a speed of 73 km / s, a 10 galaxy Mpc moves away at a speed of 730 m / s... | h0 | 73 km/s/Mpc | | Planck constant Planck constant h, describes the size of quanta. This constant is used in quantum mechanics to link in particular the energy of a photon to its frequency. | h | 6,62606957×10-34 J.s | | Planck length The Planck length is generally described as the length from which the gravity would begin to exhibit quantum effects, which would require a theory of quantum gravity to be described. Planck length would be the minimum length that is possible to measure significantly. In superstring theory, the Planck length sets the minimum diameter of a string. | lp | 1,616 24(12)×10-35 m | | Planck time Planck time is the time it would take a photon in a vacuum to travel a distance equal to the Planck length. Since the Planck length is the smallest measurable length and the speed of light the fastest possible speed, the Planck time is the smallest time measurement with a physical meaning in the context of our theories. The age of the universe is estimated at about 14 billion years, or 4x1017 seconds. Therefore approximately sixty orders of magnitude separate the Planck scale of the cosmic scale. Our current fundamental theories, quantum mechanics and general relativity, are unable to include in a unified scheme quantities so disproportionate. | tp | 5,19121 71(40)×10-44 s | | Planck mass Planck mass or the mass of a Planck particle is the hypothetical tiny black hole whose Schwarzschild radius is equal to the Planck length. Unlike all other base units Planck and most Planck units derived the Planck mass has a more or less conceivable human scale. Tradition has it that this is the mass of the egg of the flea. The Planck mass is an idealized mass thought to have a special significance for quantum gravity. | mp | 1,672 621 71(29)×10-27 kg | | Planck temperaturePlanck temperature is the highest temperature in the physical theories. At one end of the temperature scale was the lowest temperature possible, the absolute zero (0 K) and on the other the highest possible temperature, which is the Planck equal to 1.416 x 10 32 K. This temperature corresponds to the temperature of the Universe at the time called Planck time is 10 -44 seconds after the bigbang. | Tp | 1.41679 x 1032 K | Fine-structure
constant In physics, the fine structure constant, represented by the Greek letter α is a fundamental constant that governs the electromagnetic force ensuring consistency of atoms and molecules. It was proposed in 1916 by the German physicist Arnold Sommerfeld. In quantum electrodynamics, the fine structure constant serves as the coupling constant, representing the strength of interaction between the electrons and photons. Its value can not be predicted by the theory, but only determined by experimental results. This is actually one of the 29 free parameters of the Standard Model of particle physics. | α | 7,2973525698(24)×10-3 | | Proton mass The nuclei of Atoms are composed of protons and neutrons. around these nuclei, revolves a cloud of electrons. These three elements (protons, neutrons and electrons) are practically all matter. While the electron is considered as a particle "no size", the proton, which is made up of quarks, is an "extended" object. | mn | 1,674 927 28(29)×10-27 kg | | Electron mass The electron is an elementary particle that has a charge of negative sign. This is one of the components of the atom with neutrons and protons but the electron is rather a kind of electric point weighing, which no one knows or where he is or where it goes. He turns on itself like a spinning top without stopping and it has some form of connivance very discrete (weak interaction) with many other particles. | me | 9,109 382 6(16)×10-31 kg | | Muon mass In the standard model of particle physics, the muon is an elementary particle with a negative charge. The muon has the same physical properties as the electron, but with a mass 207 times larger, it is also called heavy electron. | mµ | 1,883 531 40(33)×10-28 kg | | Tau mass Tau or tauon is a particle of the lepton family. its properties are close to those of the electron and the muon, but it is more massive and short-lived. With its associated neutrino and t quarks (top) and b (bottom or beauty), it forms the third series (the most massive) of fermions in the standard model. | mτ | 3,167 77(52)×10-27 kg | | Boson mass Z0 The Gluon is the mediator of the strong interaction, ie of the nuclear force, the photon is the mediator of the electromagnetic interaction, the weak interaction but still has no mediator. The physicist Peter Higgs imagined one in the 1960s. This hypothetical particle called Boson. Thus the Higgs mechanism fills the entire universe and all space, molasses, a field of bosons. | mz° | 1,625 56(13)×10-25 kg | | Boson mass W The Gluon is the mediator of the strong interaction, ie of the nuclear force, the photon is the mediator of the electromagnetic interaction, the weak interaction but still has no mediator. The physicist Peter Higgs imagined one in the 1960s. This hypothetical particle called Boson. Thus the Higgs mechanism fills the entire universe and all space, molasses, a field of bosons. | mw | 1,4334(18)×10-25 kg |
nota: Metro (símbolo m) é o comprimento do trajecto percorrido no vazio pela luz durante 1/299 792 458 segundo.
nota: Quilograma (símbolo kg) é a unidade básica de massa no Sistema Internacional de Unidades (SI). É definido como sendo igual à massa do protótipo internacional do quilograma. Esta é a única unidade que é definida por um objecto físico, e não uma propriedade física fundamental.
nota: Segundo (símbolo s) é a duração de 9192631770 períodos de radiação correspondente à transição entre os níveis hiperfinas do estado fundamental do átomo de césio 133. Ele é um múltiplo do período da onda emitida por um átomo de césio-133 quando um os seus electrões altera de níveis de energia.
nota: Cientistas da mecânica quântica: Ludwig Boltzmann, Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Louis de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e Paul Dirac. Cientistas da relatividade geral: Alex Grossmann, Willem de Sitter, Albert Einstein, Arthur Stanley Eddington, Karl Schwarzschild, Alexander Friedmann, Georges Lemaitre. | |  Imagem: Linhas de absorção dos elementos químicos. Quando um produto químico é atravessado por luz branca, o espectro de cores que chega até nós, é composta por listras pretas. Estas linhas são a assinatura dos elementos químicos atravessados pela luz. Assim, podemos conhecer a composição química de uma estrela, como a luz branca da photosphere atravessa os iões presentes na atmosfera. Para um mesmo elemento, as linhas de absorção correspondendo às linhas de emissão (ver os dois espectros, na parte inferior da imagem). Como um elemento químico absorve as radiações que é capaz de transmitir, as linhas de absorção e de emissão têm o mesmo comprimento de onda. As linhas pretas no espectro de absorção de lítio correspondem com as linhas coloridas do espectro de emissão.
Uso não comercial e educacional apenas.nota: As três unidades de medida em astronomia úteis para expressar as distâncias:
- um ano-luz (a.l.) Um ano-luz é uma unidade de distância usada na astronomia. Conforme a definição da União Astronômica Internacional (UAI), um ano-luz é a distância que a luz atravessa no vácuo em um Ano Juliano (31557600 segundo), cerca de 10 000 mil milhões de quilómetros. é uma unidade de distância usada na astronomia é 63 242,17881 UA, é exatamente igual a 9 460 895 288 762 850 metros.
- um parsec (pc O parsec é a distância em que uma unidade astronômica subtende um ângulo de um segundo de arco.) é igual a 206 270,6904 UA ou 3,2616 anos-luz ou 30 857 656 073 828 900 metros.
- Uma unidade astronômica (au (símbolo: u ou) Fundada em 1958, é a unidade de distância usada para medir as distâncias de objetos no sistema solar, esta distância é igual à distância da Terra ao sol. valor da unidade astronômica é exatamente 149 597 870 700 m na sua Assembleia Geral realizada em Pequim, 20-31 agosto de 2012, a União astronômica Internacional (IAU) adotou uma nova definição da unidade astronômica, unidade . comprimento usado por astrônomos de todo o mundo para expressar o tamanho do Sistema Solar e do Universo Ele vai realizar cerca de 150 milhões milhas Um ano-luz é de aproximadamente 63.242 Mercury UA: .. 0,38 ua, Venus: 0 , 72 AU, da Terra: 1,00 UA, Mars: 1,52 UA, Cinturão de Asteroides: 2 a 3,5 UA, 5,21 UA de Júpiter, Saturno: 9,54 UA, Urano: 19,18 ua , Netuno: 30,11 ua, Kuiper Belt: 30 a 55 UA, a Nuvem de Oort:. 50.000 AU)) é desde o 30 de agosto de 2012, exatamente 149 597 870 700 metros.
Tabela de equivalência de unidades de distâncias:
|
pc |
al |
au |
km |
| pc |
1 |
3,26 |
206265 |
3,09x1013 |
| al |
0,307 |
1 |
63242 |
9,46x1012 |
| au |
4,85x10-6 |
1,58x10-5 |
1 |
1,50x108 |
| km |
3,24x10-14 |
1,06x10-13 |
6,68x10-9 |
1 |
|
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