Costante fisica
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Una costante fisica è una grandezza fisica che è universale in natura e indipendente dal tempo (costante). Al contrario di una costante matematica, essa non può prescindere dall'operazione di misura.
Ci sono molte costanti in natura, molte delle quali sono riconducibili a combinazioni della costante di Planck ħ, la costante di gravitazione universale G, la velocità della luce nel vuoto c, la costante dielettrica ε0, e la carica elementare e. Le costanti sono prevalentemente grandezze dimensionate, anche se ci sono esempi di costanti adimensionali (es. costante di struttura fine). Sono spesso legate ad una interpretazione di un fenomeno, oppure possono assumere un significato specifico all'interno del modello teorico che le definisce.
Indice |
[modifica] Costanti fisiche dimensionali e adimensionali
Il valore numerico delle costanti fisiche dimensionali dipende dal sistema di unità di misura usato, ad esempio il Sistema Internazionale o il Sistema CGS. Come tali, i valori numeri come quello dalla velocità della luce c espresso in metri al secondo (299 792 458) non sono valori che le teorie fisiche possono predirre.
I rapporti di grandezze fisiche simili non dipendono dal sistema di misura (le unità si semplificano), quindi sono numeri puri (adimensionali) il cui valore può essere predetto da una teoria fisica. Inoltre, tutte le equazioni che descrivono leggi fisiche possono essere espresse senza l'uso di costanti fisiche dimensionali, mediante un processo chiamato adimensionalizzazione e usando solo costanti adimensionali. Infatti i fisici teorici tendono a considerare queste quantità adimensionali come costanti fisiche fondamentali.
Tuttavia, l'epressione costante fisica fondamentale è anche usata in altri modi. Per esempio, il National Institute of Standards and Technology [1] la usa per riferirsi a qualsiasi costante universale che si ritiene essere costante, come la velocità dalla luce c.
La costante di struttura fine α è probabilmente la costante fisica fondamentale adimensionale più conosciuta. Nessuno conosce perché assume proprio il suo valore (misurato circa 1/137.035999). Molti tentativi sono stati fatti per derivare questo valore dalla teoria, ma nessuno ha avuto successo. Lo stesso vale per i rapporti delle masse delle particelle fondamentali (la più semplice mp/me, circa 1836.152673). Tuttavia, con lo sviluppo della chimica quantistica nel ventesimo secolo, un vasto numero di costanti adimensionali sono state predette dalle teorie. Come in questo caso, molti fisici teorici sperano di riuscire a spiegare i valori della costanti fisiche adimensionali.
Se le costanti fisiche avessero valori diversi l'universo sarebbe molto diverso da come lo osserviamo. Per esempio, un piccolo cambiamento di pochi per cento nel valore della costante di struttura fine sarebbe sufficiente per eliminare stelle come il Sole. Questo ha portato alla formulazione del principio antropico come spiegazione del valore delle costanti adimensionali.
[modifica] Quanto le costanti fisiche sono costanti?
Iniziando da Paul Dirac nel 1937, alcuni scienziati hanno speculato che le costanti fisiche possano diminuire in proporzione con l'età dell'universo. Nessun esperimento scientifico ha potuto verificare questa ipotesi, ma si è riusciti a porre un limite superiore alla variazione massima relativa (circa 10-5 per anno per la costante di struttura dine e 10-11 per la costante di gravitazione universale).
[modifica] Principio antropico
Alcuni fisici hanno calcolato che se le costanti fisiche fondamentali (adimensionali) fossero leggermente diverse il nostro universo sarebbe radicalmente diverso, tale che una forma di vita intelligente non avrebbe potuto svilupparsi. Il principio antropico debole afferma semplicemente che è solamente grazie al fatto che le costanti fisiche assumono certi valori è possibile che si sviluppi la vita intelligente, la quale è in grado di osservare la natura e di ricavare i valori delle costanti.
[modifica] Tabella di costanti fisiche
Di seguito sono riportate denominazioni e valori misurati di varie costanti fisiche.
| Grandezza | Simbolo usuale | Valore | unità | legge fisica |
|---|---|---|---|---|
| velocità della luce nel vuoto | c | 299 792 458 | m·s-1 | equaz.di Maxwell |
| Costante dielettrica del vuoto | ε0 | 8,85 × 10-12 | F·m-1 | equaz.di Maxwell |
| permeabilità del vuoto | μ0 | 4π × 10-7 | H·m-1 | |
| costante di gravitazione universale | G | 6,672 59(85) × 10-11 | m3·kg-1·s-2 | Legge di gravitazione |
| costante di Planck | h | 6,626 068 76(52) × 10-34 | J·s | effetto fotoelettrico |
| carica dell'elettrone | e | 1,602 176 462(63) × 10-19 | C | |
| massa a riposo dell'elettrone | me | 9,109 381 88(72) × 10-31 | kg | |
| massa a riposo del protone | mp | 1,672 621 58(13) × 10-27 | kg | |
| massa a riposo del neutrone | mn | 1,674 927 16(13) × 10-27 | kg | |
| unità di massa atomica | 1 amu | 1,660 538 73(13) × 10-27 | kg | |
| numero di Avogadro | L oppure NA | 6,022 141 99(47) × 1023 | ||
| costante di Boltzmann | k | 1,380 6503(24) × 10-23 | J·K-1 | legge dei gas |
| costante di Faraday | F | 9,648 534 15(39) × 104 | C·mol-1 | |
| costante dei gas | R | 8,314 472(15) | J·K-1·mol-1 | |
| costante di struttura fine | α | 7,297 352 533(27) × 10-3 | ||
| raggio di Bohr | a0 | 5,291 772 083(19) × 10-11 | m | |
| costante di Rydberg | R∞ | 1,097 373 156 8549(83) × 107 | m-1 | |
| magnetone di Bohr | μB | 9,274 008 99(37) × 10-24 | J·T-1 | |
| volume molare per gas ideale a 1 bar, 0oC | 22,710 981(40) | L·mol-1 | ||
| energia di Hartree | Eh | 4,359 743 81(34) × 10-18 | J | |
| momento magnetico dell'elettrone | μe | -9,284 763 62(37) × 10-24 | J·T-1 | |
| momento magnetico del protone | μp | 1,410 607 61(47) × 10-26 | J·T-1 | |
| magnetone nucleare | μN | 5,050 786 6(17) × 10-27 | J·T-1 | |
| rapporto giromagnetico del protone | γp | 2,675 221 28(81) × 108 | s-1·T-1 | |
| costante di Stefan-Boltzmann | σ | 5,670 400(40) × 10-8 | W·m-2·K-4 | |
| prima costante di radiazione | c1 | 3,741 774 9(22) × 10-16 | W·m2 | |
| seconda costante di radiazione | c2 | 1,438 769 (12) × 10-2 | m·K | |
| accelerazione di gravità (livello del mare) | gn | 9,80665 | m·s-2 |
[modifica] Riferimenti
Peter J. Mohr and Barry N. Taylor, "CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 1998," Journal of Physical and Chemical Reference Data, Vol. 28, No. 6, 1999 and Reviews of Modern Physics, Vol. 72, No. 2, 2000.[2]
[modifica] Voci correlate
[modifica] Collegamenti esterni
- Archivio fisico di riferimento americano: è un database gestito dal NIST (National Istitute of Standards and Technology) consultabile liberamente che contiene moltissime costanti fisiche corredate di unità di misura ed incertezza.
