imported>KaiMartin (Die letzte Textänderung von 111.75.189.149 wurde verworfen. Falsche Sprache, falsches Thema, nicht vom Feinsten.) |
imported>Wassermaus (→Liste einiger Konstanten: fehlendes Minuszeichen ergänzt) |
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Eine '''physikalische Konstante''' oder '''Naturkonstante''' (gelegentlich auch '''Elementarkonstante'''<ref>{{Literatur | | Eine '''physikalische Konstante''' oder '''Naturkonstante''' (gelegentlich auch '''Elementarkonstante'''<ref>{{Literatur |Autor=Robert Rompe, Hans-Jürgen Treder |Titel=Was sind und was bedeuten die Elementarkonstanten 7 |Sammelwerk=Annalen der Physik. 7. Folge |Band=42 |Nummer=Heft 4-6 |Verlag=J. A. Barth |Ort=Leipzig |Datum=1985 |Seiten=559–576 |Online=[http://zs.thulb.uni-jena.de/servlets/MCRFileNodeServlet/jportal_derivate_00159110/19854970422_ftp.pdf zs.thulb.uni-jena.de] |Format=PDF |KBytes=1220 |Abruf=2016-02-10}}</ref>) ist eine [[physikalische Größe]], die in der theoretischen Beschreibung physikalischer Gesetzmäßigkeiten erscheint und deren Wert sich weder beeinflussen lässt noch räumlich oder zeitlich verändert. | ||
Als '''fundamentale | == Fundamentale Konstanten == | ||
Als '''fundamentale Naturkonstanten''' werden die Konstanten bezeichnet, die sich auf allgemeine Eigenschaften von Raum, Zeit und physikalischen Vorgängen beziehen und nicht aus physikalischen Theorien und/oder anderen Konstanten abgeleitet werden können.<ref name="uzan-2017" /> Dies sind insbesondere die [[Lichtgeschwindigkeit]], das [[Plancksches Wirkungsquantum|Plancksche Wirkungsquantum]], die [[Elementarladung]], die [[Boltzmann-Konstante]] und die [[Gravitationskonstante]].<ref name="cohen" /> | |||
Welche Konstanten als „fundamental“ angesehen werden, hängt aber auch vom aktuellen Stand der wissenschaftlichen Entwicklung ab, von neuen Erkenntnissen und von der Formulierung der zugehörigen Theorien.<ref name="uzan-2018" /> Das [[Wärmeäquivalent]], das um 1850 bestimmt wurde, wird heute nicht mehr als Naturkonstante angesehen, sondern nur noch als Umrechnungsfaktor der Maßeinheiten [[Joule]] und [[Kalorie]]. Die Boltzmann-Konstante ''k''<sub>B</sub> ist für die Formulierung der [[Entropie]] eine fundamentale Naturkonstante,<ref name="cohen" /> man kann aber in der [[Thermodynamik]] die Temperatur auch durch die Energie ausdrücken – dann ist ''k''<sub>B</sub> nur ein Skalenfaktor zwischen den Maßeinheiten [[Kelvin]] und Joule.<ref name="faktor-kB" /> Ebenso ist ''c'' nur ein Umrechnungsfaktor, wenn man in der [[Relativitätstheorie]] Raum und Zeit als ''eine'' Größe betrachtet.<ref name="cohen" /> Die [[Elektrische Feldkonstante|elektrische]] und [[magnetische Feldkonstante]] kommen in der Beschreibung der [[Elektrodynamik]] mit dem Größensystem der [[Gaußsches Einheitensystem|Gauß’schen Einheiten]] gar nicht vor. | |||
[[Größe der Dimension Zahl|Dimensionslose]] Konstanten, z. B. die [[Feinstrukturkonstante]] oder das Verhältnis der Elektronmasse zur Planck-Masse, sind hingegen unabhängig von Formulierungen der Theorie und Größensystemen. | |||
Weitere elementare (oder grundlegende) Naturkonstanten beziehen sich auf die einzelnen Teilchenarten und Wechselwirkungen, z. B. ihre Massen und Ladungen. Abgeleitete Naturkonstanten lassen sich aus den fundamentalen und elementaren Konstanten berechnen. Beispielsweise ist der [[Bohrscher Radius|Bohrsche Radius]], eine für die Atomphysik maßgebliche Konstante, aus dem Planckschen Wirkungsquantum, der Lichtgeschwindigkeit, der Elementarladung und der Masse des [[Elektron]]s zu berechnen. | |||
In der | In Listen elementarer Konstanten werden oft auch Werte aufgeführt, die keine elementaren Konstanten sind, die aber mit dem heute verfügbaren Wissen nicht berechenbar sind.<ref name="weinberg" /> Beispiele hierfür sind die Masse und das magnetische Moment des [[Proton]]s und des [[Neutron]]s, von denen seit den 1970er Jahren bekannt ist, dass sie keine elementaren Teilchen sind. | ||
== Andere Verwendung des Begriffs == | |||
Teilweise werden auch [[Parameter (Mathematik)|Parameter]] oder [[Koeffizient]]en, die nur in einer bestimmten Anordnung oder Konstellation konstant sind, als „Konstante“ bezeichnet, so etwa die [[Kepler-Konstante]], die [[Lebensdauer (Physik)|Zerfallskonstante]] oder die [[Federkonstante]]. Dies sind aber keine physikalischen Konstanten, sondern Parameter der untersuchten Anordnung. | |||
== Konstanten als Maßeinheiten == | |||
Referenzwerte, die dem Menschen aus seiner Umgebung geläufig sind, wurden und werden manchmal als „Konstanten“ angesehen und als Maßeinheiten verwendet – zum Beispiel die Dauer des Umlaufs der Erde um die Sonne ([[Jahr]]), der atmosphärische Druck oder die [[Erdbeschleunigung]], in der [[Astronomie]] und [[Geodäsie]] die Erd- und [[Sonnenmasse]], der [[Erdradius]] oder die [[astronomische Einheit]] (mittlerer Abstand Erde-Sonne). Diese Werte sind keine Naturkonstanten. Sie sind dem Menschen in seiner irdischen Umgebung nützlich, haben aber in der Regel keine darüber hinausgehende Bedeutung grundlegender Art und erweisen sich bei zunehmender Messgenauigkeit auch nicht als wirklich konstant. Allerdings dienten sie zur ersten Festlegung von [[Maßeinheit]]en (auch z. B. für [[Sekunde]], [[Meter]], [[Kilogramm]]) und wurden später zum Teil über die SI-Einheiten exakt festgelegt ([[Standardatmosphäre]], [[Normfallbeschleunigung]], astronomische Einheit). | |||
Moderne Bemühungen gingen dahin, die Maßeinheiten möglichst durch direkten Bezug zu (fundamentalen oder elementaren) Naturkonstanten zu definieren. Die dafür ausgewählten Naturkonstanten erhielten dadurch einen fest definierten, unveränderlichen Zahlenwert. Seit der [[Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Revision des Internationalen Einheitensystems]] mit Wirkung vom 20. Mai 2019 sind alle [[SI-Einheit]]en durch vier (sofern man ''k''<sub>B</sub> als fundamental betrachtet) fundamentale<ref name="SI-Brosch-211" /> Naturkonstanten (''c'', ''h'', ''e'', ''k''<sub>B</sub>), einen speziellen atomaren Übergang (ν<sub>Cs</sub>) und zwei willkürlich festgelegte<ref name="SI-Brosch-211" /><ref name="ptb2016" /> Konstanten (''N''<sub>A</sub>, ''K''<sub>cd</sub>) definiert.<ref name="CGPM-26-1" /> | |||
In der [[Teilchenphysik]] und [[Kosmologie]] vereinfacht man Gleichungen durch Verwendung von [[Natürliche Einheiten|natürlichen Einheiten]] bzw. [[Planck-Einheiten]], in der Atomphysik verwendet man [[atomare Einheiten]]. | |||
== Konstanz der Naturkonstanten == | |||
Ob die Naturkonstanten auch über astronomische Zeiträume hinweg wirklich ''konstant'' sind, ist Gegenstand aktueller Forschung. So wurde das Licht, das vor Milliarden Jahren von [[Quasar]]en ausgesandt wurde, spektroskopisch analysiert. Eine von Anfang an umstrittene Untersuchung schien auf eine leichte Abnahme der Feinstrukturkonstante um etwa ein hundertstel Promille im Verlauf von zehn Milliarden Jahren hinzudeuten, wurde aber durch spätere Resultate widerlegt. Nach Daten aus der [[Naturreaktor Oklo|Oklo-Mine]] in Westafrika, wo vor etwa 2 Milliarden Jahren [[Uran]] so stark angehäuft war und einen so hohen Gehalt des [[Isotop]]s <sup>235</sup>U hatte, dass eine Kernspaltungs-[[Kettenreaktion]] stattfand, hatte die Feinstrukturkonstante damals denselben Zahlenwert wie heute. | |||
== Feinabstimmung der Naturkonstanten == | |||
{{Hauptartikel|Feinabstimmung der Naturkonstanten}} | |||
Um den physikalischen Zustand des beobachtbaren Universums zu erklären, wird von einigen Autoren eine [[Feinabstimmung der Naturkonstanten]] postuliert. Es ist jedoch umstritten, ob es diese Feinabstimmung tatsächlich gibt oder ob diese nur eine Folge eines unzureichenden Verständnisses ist. | |||
== Liste einiger Konstanten == | |||
Die folgende Tabelle listet einige physikalischen Konstanten auf. Die Zahlenwerte beruhen auf [[Committee on Data for Science and Technology#CODATA-Empfehlungen für physikalische Konstanten|CODATA 2018]]. Die Ziffern in Klammern hinter einem Zahlenwert bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes. (Beispiel: Die sogenannte [[Messunsicherheit#Quantitative Angaben|Kurzschreibweise]] 6,674 30(15) ist gleichbedeutend mit 6,674 30 ± 0,000 15.) Die Unsicherheit ist als [[CODATA#Standardunsicherheiten von CODATA-Werten|geschätzte Standardabweichung]] des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben. | |||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
! | |- class="hintergrundfarbe6" | ||
! | ! colspan="2" | Bezeichnung der Konstante | ||
! | ! Symbol(e) | ||
!style=" | ! colspan="3" | Wert ([[Internationales Einheitensystem|SI]]) | ||
|- | |||
! colspan="6" style="text-align:left;" class="hintergrundfarbe8" | Fundamentale Konstanten und von diesen abgeleitete Konstanten | |||
|- | |||
| rowspan="31" | | |||
! colspan="5"| [[Raumzeit|Raum und Zeit]] | |||
|- | |- | ||
| | | [[Lichtgeschwindigkeit]] | ||
| <math display="inline">c</math> | |||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|299792458|post=m·s<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CGPM-26-1" /><ref name="CODATAc" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="definiert" group="t" /> | |||
|- | |- | ||
| [[ | ! colspan="5"| [[Elektrodynamik]] | ||
| <math> | |- | ||
| | | [[Elementarladung]] | ||
| <math display="inline">e</math> | |||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,602176634|−19|post=C}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CGPM-26-1" /><ref name="CODATAe" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="definiert" group="t" /> | |||
|- | |- | ||
| [[Magnetische Feldkonstante]] | | [[Magnetische Feldkonstante]] | ||
| <math>\ | | <math display="inline">\mu_0=\frac{2h\alpha}{e^2c}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,25663706212|-6|suffix=(19)|post=H·m<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAmu0" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess <ref name="mynull" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[Elektrische Feldkonstante]] | | [[Elektrische Feldkonstante]] | ||
| <math>\varepsilon_0 = \frac{1}{\ | | <math display="inline">\varepsilon_0 = \frac{1}{\mu_0 c^2}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;padding-right:0px;" | {{ZahlExp|8,8541878128|-12|suffix=(13)|post=A·s·V<sup>−1</sup>·m<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAep0" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess <ref name="mynull" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Coulomb-Konstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">k_{\textrm{C}} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|8,9875517922|9|suffix=(14)|post=V·s·A<sup>−1</sup>·m<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess <ref name="mynull" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Wellenwiderstand des Vakuums]] | ||
| <math>e</math> | | <math display="inline">Z_{\textrm{w0}} = \mu_0\,c=\frac{2h\alpha}{e^2}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|3,76730313667|2|suffix=(57)||post=Ω}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAz0" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess <ref name="mynull" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | !colspan="5"| [[Quantenphysik]] | ||
|- | |- | ||
| | | [[Plancksches Wirkungsquantum]] | ||
| <math display="inline">h</math> | |||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|6,62607015|−34|post=J·s}}<br />= {{ZahlExp|4,135667696|−15|suffix=…|post=eV·s}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CGPM-26-1" /><ref name="CODATAh" /><br /><ref name="CODATAhev" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="definiert" group="t" /> | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Reduziertes Plancksches Wirkungsquantum]] | ||
| <math> | | <math display="inline">\hbar = \frac{h}{2\pi}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,054571817|−34|suffix=…|post=J·s}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAhbar" />|| style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Magnetischer Fluss#Quantentheorie|Magnetisches Flussquantum]] | ||
| <math>\ | | <math display="inline">\Phi_0 = \frac{h}{2 e}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|2,067833848|-15|suffix=…|post=Wb}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAflxquhs2e" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| | |||
|- | |- | ||
| | | [[Josephson-Konstante]] | ||
| <math>\ | | <math display="inline">K_\mathrm J = \frac{1}{\Phi_0} = \frac{2 e}{h}</math> | ||
| < | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|4,835978484|14|suffix=…|post=Hz·V<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAkjos" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| | |||
|- | |- | ||
| | | [[Von-Klitzing-Konstante]] | ||
| <math display="inline">R_\mathrm K = \frac{h}{e^2}</math> | |||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|25812,80745|suffix=…|post=Ω}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATArk" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Quantenpunktkontakt|Leitwerts­quantum]] | ||
| <math> | | <math display="inline">G_0 = \frac{2e^2}{h}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|7,748091729|-5|suffix=…|post=S}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAconqu2e2sh" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Feinstrukturkonstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">\alpha = \frac{ \mu_0\, e^2 c}{2 h}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|7,2973525693|-3|suffix=(11)}}<br />= ({{ZahlExp|137,035999084|suffix=(21)}})<sup>−1</sup> || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAalph" /><br /><ref name="CODATAalphinv" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Fermi-Konstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">G_{\mathrm F}^0=\frac{G_\mathrm F}{(\hbar c)^3}= \frac{\sqrt{2}}{8} \frac{g^{2}}{(m_\mathrm{W}c^2)^{2}}</math> | ||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|4,5437957|14|suffix=(23)|post=J<sup>−2</sup>}}<br />= {{ZahlExp| 1,1663787|-5|suffix=(6)|post=GeV<sup>−2</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAgf" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | |||
| | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Weinbergwinkel]] (sin<sup>2</sup>) | ||
| <math display="inline">\sin^2\theta_\mathrm W = 1-\left (\frac{m_\mathrm W}{m_\mathrm Z}\right )^2</math> | |||
| <math>2 | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|0,22290||suffix=(30)}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAsin2th" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| | |||
|- | |- | ||
| [[ | !colspan="5"| [[Gravitation]] und [[Kosmologie]] | ||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Gravitationskonstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">G</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|6,67430|−11|suffix=(15)|post=m<sup>3</sup>·kg<sup>−1</sup>·s<sup>−2</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAbg" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
|[[ | | [[Planck-Masse]] | ||
|<math> | | <math display="inline">m_\text{Planck} = \sqrt{\frac{\hbar\,c}{G}}</math> | ||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|2,176434|−8|suffix=(24)|post=kg}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAplkm" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | |||
| | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Planck-Länge]] | ||
| <math> | | <math display="inline">l_\text{Planck} = \frac{\hbar}{m_\text{Planck}\,c}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,616255|-35|suffix=(18)|post=m}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAplkl" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| | | [[Planck-Zeit]] | ||
| <math display="inline">t_\text{Planck} = \frac{l_\text{Planck}}{c}</math> | |||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|5,391247|−44|suffix=(60)|post=s}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAplkt" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | |||
|- | |- | ||
| | | [[Planck-Temperatur]] | ||
| <math> | | <math display="inline">T_\text{Planck} = \frac{m_\text{Planck}c^2}{k_\mathrm B}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,486784|32|suffix=(16)|post=K}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAplktmp" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
!colspan="5"| [[Thermodynamik]] | |||
|- | |- | ||
| | | [[Boltzmann-Konstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">k_\textrm{B}</math> | ||
| < | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,380649|−23|post=J·K<sup>−1</sup>}}<br />= {{ZahlExp|8,617333262|−5|suffix=…|post=eV/K}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CGPM-26-1" /><ref name="CODATAk" /><br /><ref name="CODATAkev" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="definiert" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| | | Spektrale Strahlungskonstante | ||
| <math> | | <math display="inline">c_\mathrm{1L} = \frac{2 h c^2}\mathrm{sr}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,191042972|-16|suffix=…|post=W·m<sup>2</sup>·sr<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAc1l" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | Erste [[Plancksches Strahlungsgesetz|Strahlungskonstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">c_1 = 2\pi\,h c^2</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|3,741771852|-16|suffix=…|post=W·m<sup>2</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAc11strc" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | Zweite [[Plancksches Strahlungsgesetz|Strahlungskonstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">c_2 = \frac{h c}{k_\mathrm B}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,438776877|-2|suffix=…|post=m·K}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAc22ndrc" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[Stefan-Boltzmann-Konstante]] | |||
| <math> | | <math display="inline">\sigma = \frac{2 \pi^5 k_\mathrm B^4}{15\,h^3 c^2}</math> | ||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|5,670374419|-8|suffix=…|post=W·m<sup>−2</sup>·K<sup>−4</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAsigma" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | |||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| <math> | | [[Wiensches Verschiebungsgesetz#Wien-Konstante|Wien-Konstante]] | ||
| <math display="inline">b = \frac{hc}{k_\mathrm B}\cdot \frac 1 {4{,}965\,114\,\ldots}</math><ref name="wien" group="t">Der exakte Wert der hier als 4,965114 angegebenen Zahl ist die Lösung der Gleichung <math display="inline">x=5(1-\mathrm e^{-x})</math>.</ref> | |||
| <ref name=" | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|2,897771955|-3|suffix=…|post=m·K}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref>{{Literatur |Autor=Peter J. Mohr |Titel=CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2006 |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics |Band=80 |Nummer=2 |Datum=2008-01-01 |Seiten=633–730 |Online=http://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.80.633 |Abruf=2016-11-07 |DOI=10.1103/RevModPhys.80.633}}</ref> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
|- | |- | ||
! colspan="6" style="text-align:left" class="hintergrundfarbe8" | Elementare Konstanten | |||
|- | |- | ||
| | | rowspan="16" | | ||
| | !colspan="5" | [[Elektron]] | ||
|- | |- | ||
| | | [[Elektron]]enmasse | ||
| <math display="inline">m_{\rm e}</math> | |||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|9,1093837015|−31|suffix=(28)|post=kg}}<br />= {{ZahlExp|5,48579909065|−4|suffix=(16)|post=u}}<br />= {{ZahlExp|0,51099895000|suffix=(15)|post=MeV/''c''<sup>2</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAme" /><br /><ref name="CODATAmeu" /><br /><ref name="CODATAmec2mev" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | |||
|- | |- | ||
| | | [[Compton-Wellenlänge]] des Elektrons | ||
| <math> | | <math display="inline">\lambda_\mathrm C = \frac{h}{m_\mathrm e c} =2\pi\alpha\,a_0</math> | ||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|2,42631023867|−12|suffix=(73)|post=m}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAecomwl" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | |||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| | | [[Klassischer Elektronenradius]] | ||
| <math> | | <math display="inline">r_\mathrm e = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\,\frac{e^2}{m_\mathrm e c^2} = \alpha^2\,a_0</math> | ||
| <ref name=" | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|2,8179403262|−15|suffix=(13)|post=m}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAre" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Thomson-Streuung|Thomson-Wirkungs­querschnitt]] | ||
| <math>\ | | <math display="inline">\sigma_\mathrm e = \frac{8\pi}{3}r^2_\mathrm e</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|6,6524587321|-29|suffix=(60)|post=m<sup>2</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAsigmae" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Bohrsches Magneton]] | ||
| <math> | | <math display="inline">\mu_\mathrm B = {\frac{e\,\hbar}{2\,m_\mathrm e}}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|9,2740100783|−24|suffix=(28)|post=J·T<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAmub" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| | |||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[Magnetisches Moment]] des Elektrons | | [[Magnetisches Moment]] des Elektrons | ||
| <math>\mu_\ | | <math display="inline">\mu_\mathrm e</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|-9,2847647043|−24|suffix=(28)|post=J·T<sup>−1</sup>}}<br />= {{ZahlExp|-1,00115965218128||suffix=(18)|post=''μ''<sub>B</sub>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAmuem" /><br /><ref name="CODATAmuemsmub" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Landé-Faktor]] des Elektrons | ||
| <math>\frac{e}{ | | <math display="inline">g_\mathrm e = 2 \frac{\mu_\mathrm e}{\mu_\mathrm B}</math> <ref name="lande" group="t" /> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|-2,00231930436256|suffix=(35)}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAgem" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| | | [[Gyromagnetisches Verhältnis]] des Elektrons | ||
| <math display="inline">\gamma_\mathrm e = -2 \frac{\mu_\mathrm e}{\hbar} = \frac{g_\mathrm e\mu_\mathrm B}{\hbar} </math> | |||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,76085963023|11|suffix=(53)|post=s<sup>−1</sup>·T<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAgammae" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | |||
|- | |- | ||
| | | [[Spezifische Ladung]] des Elektrons | ||
| <math>m_\ | | <math display="inline">-\frac{e}{m_\mathrm e}</math> | ||
| | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|-1,75882001076|11|suffix=(53)|post=C·kg<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAesme" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | ! colspan="5"| [[Atomphysik]] | ||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Bohrscher Radius]] | ||
| <math>\ | | <math display="inline">a_0 = \frac{4 \pi \varepsilon_0 \hbar^2}{e^2\,m_\mathrm e} = \frac{1}{\alpha}\frac{\lambda_\mathrm C}{2\pi} =\frac\hbar{\alpha m_\mathrm e c}</math> | ||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|5,29177210903|−11|suffix=(80)|post=m}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAbohrrada0" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | |||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| | | [[Rydberg-Konstante]] | ||
| <math display="inline">R_\infty = \frac{e^4\,m_\mathrm e}{8 \varepsilon_0^2 h^3 c}= \frac{\alpha^2 m_\mathrm e c}{2h}=\frac\alpha{4\pi a_0}</math> | |||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|1,0973731568160|7|suffix=(21)|post=m<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAryd" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | |||
|- | |- | ||
| | | [[Rydberg-Konstante|Rydberg-Frequenz]] | ||
| | | <math display="inline">R_\infty\,c = \frac{\alpha^2 m_\mathrm e c^2}{2h}</math> | ||
| <math> | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|3,2898419602508|15|suffix=(64)|post=Hz}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATArydchz" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| | |||
| <ref name=" | |||
| | |||
| | |||
|- | |- | ||
| [[Rydberg-Energie]] | | [[Rydberg-Energie]] | ||
| <math>R_\infty\ | | <math display="inline">R_\infty h c = \frac{E_\mathrm h}{2} = \frac{\alpha^2}{2} m_\mathrm e c^2</math> | ||
| < | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|2,1798723611035|-18|suffix=(42)|post=J}}<br />= {{ZahlExp|13,605693122994|suffix=(26)|post=eV}}|| style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATArydhcj" /><br /><ref name="CODATArydhcev" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Hartree-Energie]] | ||
| <math> | | <math display="inline">E_\mathrm h = \frac{e^4 \,m_\mathrm e}{4\, \varepsilon_0^2 \,h^2} = \alpha^2 m_\mathrm e c^2</math> | ||
| < | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|4,3597447222071|-18|suffix=(85)|post=J}}<br />= {{ZahlExp|27,211386245988|suffix=(53)|post=eV}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAhr" /><br /><ref name="CODATAhrev" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | mess | ||
|- | |- | ||
! colspan="6" style="text-align:left;" class="hintergrundfarbe8" | Frei definierte Konstanten | |||
|- | |- | ||
| | | rowspan="8" | | ||
|- | |- | ||
!colspan="5"| [[stoffmenge]]nbezogene (molare) Konstanten | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Avogadro-Konstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">N_\textrm{A}</math> | ||
| < | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|6,02214076|23|post=mol<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CGPM-26-1" /><ref name="CODATAna" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="definiert" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[Faraday-Konstante]] | | [[Faraday-Konstante]] | ||
| <math>F = e\,N_\ | | <math display="inline">F = e\,N_\textrm{A}</math> | ||
| < | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|96485,33212|suffix=…|post=C·mol<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAf" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | | [[Gaskonstante]] | ||
| <math> | | <math display="inline">R = N_\mathrm{A}k_\mathrm{B}</math> | ||
| < | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|8,31446261815324|post=J·K<sup>−1</sup>·mol<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAr" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /> | ||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| [[ | !colspan="5"| Konstanten bei [[Normbedingungen]] | ||
|- | |- | ||
| [[Loschmidt-Konstante]] | |||
| [[ | | <math display="inline">n_0= \frac{p_0}{k_\mathrm B \, T_0}= \frac{N_\mathrm A \, p_0}{R\,T_0}</math> | ||
| <math> | | style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|2,686780111|25|suffix=…|post=m<sup>−3</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAn0std" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /><ref name="norm" group="t" /> | ||
| | |||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
| | | [[Ideales Gas#Molares Volumen bei Normbedingungen|Molares Volumen eines idealen Gases]] | ||
| <math> | | <math display="inline"> V_{m_0}=\frac{R\,T_0}{p_0}= \frac{N_\textrm{A}}{n_0}</math> | ||
| style="border-right:0px;" | {{ZahlExp|0,02241396954|suffix=…|post=m<sup>3</sup>·mol<sup>−1</sup>}} || style="border-left:0px;padding-left:1px;border-right:0px;padding-right:1px;" | <ref name="CODATAmvolstd" /> || style="border-left:0px;padding-left:0px;" | fix <ref name="abgeleitet" group="t" /><ref name="norm" group="t" /> | |||
| | |||
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| < | |||
| | |||
|- | |||
| <ref name=" | |||
|- | |||
| <ref name=" | |||
|- | |- | ||
|colspan="6" | |colspan="6" | „fix“ = Maßzahl festgelegt (bei Verwendung des SI)<ref name="CGPM-26-1" /><br />„mess“ = experimentell zu bestimmender Messwert | ||
<references group="t"> | <references group="t"> | ||
<ref name="definiert"> | <ref name="definiert"> | ||
<ref name="abgeleitet"> | Konstante mit festgelegter Maßzahl im SI, Wert wird zur Definition von SI-Einheiten verwendet | ||
<ref name="norm"> | </ref> | ||
<ref name="abgeleitet"> | |||
Kombination von Konstanten mit im SI festgelegter Maßzahl | |||
</ref> | |||
<ref name="mynull" group="t"> | |||
Bis zur [[Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Revision der SI-Einheiten]] 2019 hatte μ<sub>0</sub> den exakten Wert 4π·10<sup>−7</sup> H/m. Dadurch waren auch ε<sub>0</sub>, ''k''<sub>C</sub> und ''Z''<sub>w0</sub> exakt festgelegt. | |||
</ref> | |||
<ref name="norm"> | |||
Diese Konstante gilt für [[Standardbedingungen|Normbedingungen]], die willkürlich festgelegt wurden als: Temperatur ''T''<sub>0</sub> = 273,15 K und Druck ''p''<sub>0</sub> = 101,325 kPa. | |||
</ref> | |||
<ref name="lande"> | |||
Der Landé-Faktor wird auch mit umgekehrtem Vorzeichen definiert. | |||
</ref> | |||
</references> | </references> | ||
|} | |} | ||
== Literatur == | == Literatur == | ||
* [[Harald Fritzsch]]: ''Das absolut Unveränderliche: die letzten Rätsel der Physik''. Piper, München | * [[Harald Fritzsch]]: ''Das absolut Unveränderliche: die letzten Rätsel der Physik''. Piper, München / Zürich 2005, ISBN 978-3-492-04684-8 | ||
* [[John D. Barrow]]: ''Das | * [[John D. Barrow]]: ''Das 1×1 des Universums: Neue Erkenntnisse über die Naturkonstanten''. Rowohlt Taschenbuch Verlag, Reinbek bei Hamburg 2006, ISBN 978-3-499-62060-7 | ||
* P.J. Mohr, B.N. Taylor: ''CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 1998''. Rev. Mod. Phys. vol. 72 (2000), | * P.J. Mohr, B.N. Taylor: ''CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 1998''. In: ''Rev. Mod. Phys.'', vol. 72 (2000), S. 351–495 [http://www.usm.uni-muenchen.de/data/const_pap.pdf online] (PDF; 1,1 MB) | ||
* P.J. Mohr, B.N. Taylor: ''CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2002''. Rev. Mod. Phys. vol. 77 (2005), | * P.J. Mohr, B.N. Taylor: ''CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2002''. In: ''Rev. Mod. Phys.'', vol. 77 (2005), S. 1–107, [[doi:10.1103/RevModPhys.77.1]] | ||
* P.J. Mohr, B.N. Taylor, D.B. Newell: ''CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2006''. Rev. Mod. Phys. vol. 80 (2008), | * P.J. Mohr, B.N. Taylor, D.B. Newell: ''CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2006''. In: ''Rev. Mod. Phys.'', vol. 80 (2008), 633–730, [[doi:10.1103/RevModPhys.80.633]] | ||
* | * ''Brief Overview of the CODATA 2010 Adjustment of the Values of the Constants''. [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/briefOverview2010.pdf physics.nist.gov] (PDF; 313 kB) <!-- Kann und sollte entfernt werden, sobald die offizielle Publikation zum 2010er Adjustment vorliegt --> | ||
* P.J. Mohr, B.N. Taylor, D.B. Newell: ''CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010'' | * P.J. Mohr, B.N. Taylor, D.B. Newell: ''CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010''. [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Preprints/lsa2010.pdf Preprint physics.nist.gov] (PDF 1,1 MB) | ||
* [http://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/masstaebe/Hefte_Komplett_PDF/mst07.pdf ''maßstäbe 7 – Die Unveränderlichen''] (PDF; 3,7 MB) | * [http://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/masstaebe/Hefte_Komplett_PDF/mst07.pdf ''maßstäbe 7 – Die Unveränderlichen''.] (PDF; 3,7 MB) In: ''Magazin der [[Physikalisch-Technische Bundesanstalt|PTB]]'', Ausgabe September 2006 | ||
== Weblinks == | == Weblinks == | ||
{{Wiktionary|Naturkonstante}} | {{Wiktionary|Naturkonstante}} | ||
* {{ | * {{Internetquelle | ||
* {{Webarchiv | url=http://www.pro-physik.de/Phy/pdfs/ger_Complete_de.pdf | |url=http://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/broschueren/Einheiten_deutsch.pdf | ||
|titel=Faltblatt: Die gesetzlichen Einheiten in Deutschland | |||
|hrsg=[[Physikalisch-Technische Bundesanstalt]] | |||
|datum=2015-06 | |||
|format=PDF; 1,6 MB | |||
|abruf=2015-11-22}} | |||
* {{Webarchiv |url=http://www.pro-physik.de/Phy/pdfs/ger_Complete_de.pdf |text=Zusammenstellung vieler physikalischer Konstanten |wayback=20060614194949}} (PDF-Datei; 100 kB) | |||
* [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html NIST-Datenbank für physikalische Konstanten] (englisch) | * [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html NIST-Datenbank für physikalische Konstanten] (englisch) | ||
* [http://www.faz.net/aktuell/wissen/physik-chemie/physik-die-ewig-unveraenderlichen-1163531.html ''Die ewig Unveränderlichen'' FAZ-Artikel zu neuen Forschungsresultaten zur Konstanz der Naturkonstanten] | * [http://www.faz.net/aktuell/wissen/physik-chemie/physik-die-ewig-unveraenderlichen-1163531.html ''Die ewig Unveränderlichen'' FAZ-Artikel zu neuen Forschungsresultaten zur Konstanz der Naturkonstanten] | ||
* {{Alpha Centauri|211}} | * {{Alpha Centauri|211}} | ||
* [ | * [https://pdg.lbl.gov/2021/reviews/contents_sports.html Sammlung physikalischer Konstanten der Particle Data Group, PDG] (englisch) | ||
* [https://www.bipm.org/en/bipm-workshops/fundamental-constants BIPM Symposium: The Fundamental Constants of Physics – What are they and what is their role in redefining the SI?], 7. September 2017 (englisch) | |||
== Einzelnachweise == | == Einzelnachweise == | ||
<references> | <references> | ||
<ref name=" | <ref name="CGPM-26-1"> | ||
<ref name=" | {{Internetquelle | ||
<ref name=" | |url=https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/26-2018/resolution-1 | ||
<ref name=" | |titel=Resolution 1 of the 26th CGPM. On the revision of the International System of Units (SI) | ||
<ref name=" | |titelerg= | ||
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<ref name=" | |hrsg=[[Internationales Büro für Maß und Gewicht|Bureau International des Poids et Mesures]] | ||
< | |datum=2018 | ||
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<ref name=" | <!---- CODATA-Referenzen alphabetisch sortiert (außer für Proton und Neutron, die kommen danach separat) -----> | ||
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|abruf=2019-08-04}} Da ''c'' und ''h'' mit einer endlichen Zahl von Dezimalstellen exakt festgelegt sind, kann auch die spektrale Strahlungskonstante mit einer endlichen Zahl von Dezimalstellen exakt dargestellt werden: ''c''<sub>1L</sub> = {{ZahlExp|1,1910429723971884140794892|−16|post=Wm<sup>2</sup>sr<sup>−1</sup>}} | |||
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|kommentar=Wert für den schwachen Mischungswinkel. Üblicherweise wird nicht der Winkel selbst, sondern das Quadrat seines Sinus’ angegeben. | |||
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<!------- CODATA-Referenzen für p+n auskommentiert | |||
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|kommentar=Wert für die Masse des Neutrons in der [[Atomare Masseneinheit|atomaren Masseneinheit]] u | |||
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|kommentar=Wert für die Masse des Protons in Kilogramm | |||
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|kommentar=Wert für die Masse des Protons in der atomaren Masseneinheit u | |||
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|kommentar=Wert für das Kernmagneton | |||
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|kommentar=Wert für das magnetische Moment des Neutrons | |||
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{{Internetquelle | |||
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|kommentar=Wert für das magnetische Moment des Neutrons in Kernmagnetonen | |||
|abruf=2021-09-27}} | |||
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|titel=CODATA Recommended Values | |||
|hrsg=[[National Institute of Standards and Technology|NIST]] | |||
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|kommentar=Wert für das magnetische Moment des Protons | |||
|abruf=2019-06-03}} | |||
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<ref name="CODATAmupsmun"> | |||
{{Internetquelle | |||
|url=http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mupsmun | |||
|titel=CODATA Recommended Values | |||
|hrsg=[[National Institute of Standards and Technology|NIST]] | |||
|sprache=en | |||
|kommentar=Wert für das magnetische Moment des Protons in Kernmagnetonen | |||
|abruf=2021-09-27}} | |||
</ref> | |||
Ende CODATA-Referenzen für p+n -----> | |||
<ref name="cohen"> | |||
Gilles Cohen-Tannoudji: ''Lambda, the Fifth Foundational Constant Considered by Einstein'' {{arXiv|1802.08317}}, 23. Februar 2018, und [https://www.bipm.org/documents/20126/43891604/Lambda_the_fifth_foundational_constant.pdf/b32e40d8-a3d5-7dc6-0b5e-bd2001e097b3 Präsentation] auf dem [[Internationales Büro für Maß und Gewicht|BIPM]] Symposium on the fundamental constants of physics (CCU-Sympo-2017)vom 7. September 2017, abgerufen am 18. Oktober 2021 | |||
</ref> | |||
<ref name="uzan-2017"> | |||
„Fundamental constants: [...] any parameter not determined by the theories we are using“, Jean-Philippe Uzan: ''[https://www.bipm.org/documents/20126/43891613/2017_09_bipm.pdf/98825198-ade7-7b24-956a-0e15c0e9bd66 Fundamental constants, gravitation and cosmology]'', [[Internationales Büro für Maß und Gewicht|BIPM]], Symposium on the fundamental constants of physics (CCU-Sympo-2017), 7. September 2017. | |||
</ref> | |||
<ref name="uzan-2018"> | |||
Jean-Philippe Uzan: ''[https://www.bipm.org/documents/20126/43974415/Presentation-CGPM26-Uzan.pdf/72d52944-04d5-9981-47d8-b065dd103c99 The role of the (Planck) constants in physics]'', Präsentation auf der 26. [[Generalkonferenz für Maß und Gewicht|CGPM]], 19. November 2018 | |||
</ref> | |||
<ref name="faktor-kB"> | |||
„Dabei muss man sich darüber im Klaren sein, dass die Boltzmann-Konstante [...] keine wirkliche Naturkonstante von der Art etwa der Feinstrukturkonstanten oder der elektrischen Elementarladung ist, sondern lediglich ein Skalenfaktor, dessen Bestimmung im Rahmen des gegenwärtigen [2007] Internationalen Einheitensystems (SI) überhaupt erst deshalb nötig ist, weil dieses das Kelvin als Basiseinheit mit Hilfe des Wassertripelpunktes unabhängig von den anderen Basiseinheiten (insbesondere Meter, Sekunde und Kilogramm) definiert. Implizit wird dadurch nämlich für die thermische Energie kT eine zusätzliche eigene Einheit neben dem Joule (definiert als die Arbeit 1 Newton × 1 Meter), der SI-Einheit der Energie, eingeführt.“, Bernd Fellmuth, Wolfgang Buck, Joachim Fischer, Christof Gaiser, Joachim Seidel: ''Neudefinition der Basiseinheit Kelvin'', PTB-Mitteilungen 117 (2007), Heft 3, S. 287, [https://oar.ptb.de/files/download/56d6a9bcab9f3f76468b459d online] | |||
</ref> | |||
<ref name="ptb2016"> | |||
[https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/ptb_mitteilungen/mitt2016/Heft2/PTB-Mitteilungen_2016_Heft_2.pdf Experimente für das neue Internationale Einheitensystem (SI)], PTB-Mitteilungen 126 (2016) Nr. 2 S. 13 | |||
</ref> | |||
<ref name="SI-Brosch-211"> | |||
[https://www.bipm.org/en/publications/si-brochure ''Le Système international d’unités''.] 9e édition, 2019 (die sogenannte „SI-Broschüre“), Kap. 2.1.1: „Nature des sept constantes définissant le SI“ S. 16 (französisch), „The nature of the seven defining constants“ S. 128 (englisch) | |||
</ref> | |||
<ref name="weinberg">„The membership of a list of ‘fundamental’ constants necessarily depends on who is compiling the list.“ [[Steven Weinberg]], [[Holger Bech Nielsen|H. B. Nielsen]], [[John Gerald Taylor|J. G. Taylor]]: [https://www.jstor.org/stable/37409 Overview of Theoretical Prospects for Understanding the Values of Fundamental Constants], Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, Vol. 310, No. 1512, The Constants of Physics (20. Dezember 1983), S. 249–252 | |||
</ref> | |||
</references> | </references> | ||
Eine physikalische Konstante oder Naturkonstante (gelegentlich auch Elementarkonstante[1]) ist eine physikalische Größe, die in der theoretischen Beschreibung physikalischer Gesetzmäßigkeiten erscheint und deren Wert sich weder beeinflussen lässt noch räumlich oder zeitlich verändert.
Als fundamentale Naturkonstanten werden die Konstanten bezeichnet, die sich auf allgemeine Eigenschaften von Raum, Zeit und physikalischen Vorgängen beziehen und nicht aus physikalischen Theorien und/oder anderen Konstanten abgeleitet werden können.[2] Dies sind insbesondere die Lichtgeschwindigkeit, das Plancksche Wirkungsquantum, die Elementarladung, die Boltzmann-Konstante und die Gravitationskonstante.[3]
Welche Konstanten als „fundamental“ angesehen werden, hängt aber auch vom aktuellen Stand der wissenschaftlichen Entwicklung ab, von neuen Erkenntnissen und von der Formulierung der zugehörigen Theorien.[4] Das Wärmeäquivalent, das um 1850 bestimmt wurde, wird heute nicht mehr als Naturkonstante angesehen, sondern nur noch als Umrechnungsfaktor der Maßeinheiten Joule und Kalorie. Die Boltzmann-Konstante kB ist für die Formulierung der Entropie eine fundamentale Naturkonstante,[3] man kann aber in der Thermodynamik die Temperatur auch durch die Energie ausdrücken – dann ist kB nur ein Skalenfaktor zwischen den Maßeinheiten Kelvin und Joule.[5] Ebenso ist c nur ein Umrechnungsfaktor, wenn man in der Relativitätstheorie Raum und Zeit als eine Größe betrachtet.[3] Die elektrische und magnetische Feldkonstante kommen in der Beschreibung der Elektrodynamik mit dem Größensystem der Gauß’schen Einheiten gar nicht vor.
Dimensionslose Konstanten, z. B. die Feinstrukturkonstante oder das Verhältnis der Elektronmasse zur Planck-Masse, sind hingegen unabhängig von Formulierungen der Theorie und Größensystemen.
Weitere elementare (oder grundlegende) Naturkonstanten beziehen sich auf die einzelnen Teilchenarten und Wechselwirkungen, z. B. ihre Massen und Ladungen. Abgeleitete Naturkonstanten lassen sich aus den fundamentalen und elementaren Konstanten berechnen. Beispielsweise ist der Bohrsche Radius, eine für die Atomphysik maßgebliche Konstante, aus dem Planckschen Wirkungsquantum, der Lichtgeschwindigkeit, der Elementarladung und der Masse des Elektrons zu berechnen.
In Listen elementarer Konstanten werden oft auch Werte aufgeführt, die keine elementaren Konstanten sind, die aber mit dem heute verfügbaren Wissen nicht berechenbar sind.[6] Beispiele hierfür sind die Masse und das magnetische Moment des Protons und des Neutrons, von denen seit den 1970er Jahren bekannt ist, dass sie keine elementaren Teilchen sind.
Teilweise werden auch Parameter oder Koeffizienten, die nur in einer bestimmten Anordnung oder Konstellation konstant sind, als „Konstante“ bezeichnet, so etwa die Kepler-Konstante, die Zerfallskonstante oder die Federkonstante. Dies sind aber keine physikalischen Konstanten, sondern Parameter der untersuchten Anordnung.
Referenzwerte, die dem Menschen aus seiner Umgebung geläufig sind, wurden und werden manchmal als „Konstanten“ angesehen und als Maßeinheiten verwendet – zum Beispiel die Dauer des Umlaufs der Erde um die Sonne (Jahr), der atmosphärische Druck oder die Erdbeschleunigung, in der Astronomie und Geodäsie die Erd- und Sonnenmasse, der Erdradius oder die astronomische Einheit (mittlerer Abstand Erde-Sonne). Diese Werte sind keine Naturkonstanten. Sie sind dem Menschen in seiner irdischen Umgebung nützlich, haben aber in der Regel keine darüber hinausgehende Bedeutung grundlegender Art und erweisen sich bei zunehmender Messgenauigkeit auch nicht als wirklich konstant. Allerdings dienten sie zur ersten Festlegung von Maßeinheiten (auch z. B. für Sekunde, Meter, Kilogramm) und wurden später zum Teil über die SI-Einheiten exakt festgelegt (Standardatmosphäre, Normfallbeschleunigung, astronomische Einheit).
Moderne Bemühungen gingen dahin, die Maßeinheiten möglichst durch direkten Bezug zu (fundamentalen oder elementaren) Naturkonstanten zu definieren. Die dafür ausgewählten Naturkonstanten erhielten dadurch einen fest definierten, unveränderlichen Zahlenwert. Seit der Revision des Internationalen Einheitensystems mit Wirkung vom 20. Mai 2019 sind alle SI-Einheiten durch vier (sofern man kB als fundamental betrachtet) fundamentale[7] Naturkonstanten (c, h, e, kB), einen speziellen atomaren Übergang (νCs) und zwei willkürlich festgelegte[7][8] Konstanten (NA, Kcd) definiert.[9]
In der Teilchenphysik und Kosmologie vereinfacht man Gleichungen durch Verwendung von natürlichen Einheiten bzw. Planck-Einheiten, in der Atomphysik verwendet man atomare Einheiten.
Ob die Naturkonstanten auch über astronomische Zeiträume hinweg wirklich konstant sind, ist Gegenstand aktueller Forschung. So wurde das Licht, das vor Milliarden Jahren von Quasaren ausgesandt wurde, spektroskopisch analysiert. Eine von Anfang an umstrittene Untersuchung schien auf eine leichte Abnahme der Feinstrukturkonstante um etwa ein hundertstel Promille im Verlauf von zehn Milliarden Jahren hinzudeuten, wurde aber durch spätere Resultate widerlegt. Nach Daten aus der Oklo-Mine in Westafrika, wo vor etwa 2 Milliarden Jahren Uran so stark angehäuft war und einen so hohen Gehalt des Isotops 235U hatte, dass eine Kernspaltungs-Kettenreaktion stattfand, hatte die Feinstrukturkonstante damals denselben Zahlenwert wie heute.
Um den physikalischen Zustand des beobachtbaren Universums zu erklären, wird von einigen Autoren eine Feinabstimmung der Naturkonstanten postuliert. Es ist jedoch umstritten, ob es diese Feinabstimmung tatsächlich gibt oder ob diese nur eine Folge eines unzureichenden Verständnisses ist.
Die folgende Tabelle listet einige physikalischen Konstanten auf. Die Zahlenwerte beruhen auf CODATA 2018. Die Ziffern in Klammern hinter einem Zahlenwert bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes. (Beispiel: Die sogenannte Kurzschreibweise 6,674 30(15) ist gleichbedeutend mit 6,674 30 ± 0,000 15.) Die Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
Bezeichnung der Konstante | Symbol(e) | Wert (SI) | |||
---|---|---|---|---|---|
Fundamentale Konstanten und von diesen abgeleitete Konstanten | |||||
Raum und Zeit | |||||
Lichtgeschwindigkeit | $ {\textstyle c} $ | 299792458 m·s−1 | [9][10] | fix [t 1] | |
Elektrodynamik | |||||
Elementarladung | $ {\textstyle e} $ | 1.602176634e-19 C | [9][11] | fix [t 1] | |
Magnetische Feldkonstante | $ {\textstyle \mu _{0}={\frac {2h\alpha }{e^{2}c}}} $ | 1.25663706212(19)e-6 H·m−1 | [12] | mess [t 2] | |
Elektrische Feldkonstante | $ {\textstyle \varepsilon _{0}={\frac {1}{\mu _{0}c^{2}}}} $ | 8.8541878128(13)e-12 A·s·V−1·m−1 | [13] | mess [t 2] | |
Coulomb-Konstante | $ {\textstyle k_{\textrm {C}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}} $ | 8.9875517922(14)e9 V·s·A−1·m−1 | mess [t 2] | ||
Wellenwiderstand des Vakuums | $ {\textstyle Z_{\textrm {w0}}=\mu _{0}\,c={\frac {2h\alpha }{e^{2}}}} $ | 3.76730313667(57)e2 Ω | [14] | mess [t 2] | |
Quantenphysik | |||||
Plancksches Wirkungsquantum | $ {\textstyle h} $ | 6.62607015e-34 J·s = 4.135667696…e-15 eV·s |
[9][15] [16] |
fix [t 1] | |
Reduziertes Plancksches Wirkungsquantum | $ {\textstyle \hbar ={\frac {h}{2\pi }}} $ | 1.054571817…e-34 J·s | [17] | fix [t 3] | |
Magnetisches Flussquantum | $ {\textstyle \Phi _{0}={\frac {h}{2e}}} $ | 2.067833848…e-15 Wb | [18] | fix [t 3] | |
Josephson-Konstante | $ {\textstyle K_{\mathrm {J} }={\frac {1}{\Phi _{0}}}={\frac {2e}{h}}} $ | 4.835978484…e14 Hz·V−1 | [19] | fix [t 3] | |
Von-Klitzing-Konstante | $ {\textstyle R_{\mathrm {K} }={\frac {h}{e^{2}}}} $ | 25812.80745… Ω | [20] | fix [t 3] | |
Leitwertsquantum | $ {\textstyle G_{0}={\frac {2e^{2}}{h}}} $ | 7.748091729…e-5 S | [21] | fix [t 3] | |
Feinstrukturkonstante | $ {\textstyle \alpha ={\frac {\mu _{0}\,e^{2}c}{2h}}} $ | 7.2973525693(11)e-3 = (137.035999084(21))−1 |
[22] [23] |
mess | |
Fermi-Konstante | $ {\textstyle G_{\mathrm {F} }^{0}={\frac {G_{\mathrm {F} }}{(\hbar c)^{3}}}={\frac {\sqrt {2}}{8}}{\frac {g^{2}}{(m_{\mathrm {W} }c^{2})^{2}}}} $ | 4.5437957(23)e14 J−2 = 1.1663787(6)e-5 GeV−2 |
[24] | mess | |
Weinbergwinkel (sin2) | $ {\textstyle \sin ^{2}\theta _{\mathrm {W} }=1-\left({\frac {m_{\mathrm {W} }}{m_{\mathrm {Z} }}}\right)^{2}} $ | 0.22290(30) | [25] | mess | |
Gravitation und Kosmologie | |||||
Gravitationskonstante | $ {\textstyle G} $ | 6.67430(15)e-11 m3·kg−1·s−2 | [26] | mess | |
Planck-Masse | $ {\textstyle m_{\text{Planck}}={\sqrt {\frac {\hbar \,c}{G}}}} $ | 2.176434(24)e-8 kg | [27] | mess | |
Planck-Länge | $ {\textstyle l_{\text{Planck}}={\frac {\hbar }{m_{\text{Planck}}\,c}}} $ | 1.616255(18)e-35 m | [28] | mess | |
Planck-Zeit | $ {\textstyle t_{\text{Planck}}={\frac {l_{\text{Planck}}}{c}}} $ | 5.391247(60)e-44 s | [29] | mess | |
Planck-Temperatur | $ {\textstyle T_{\text{Planck}}={\frac {m_{\text{Planck}}c^{2}}{k_{\mathrm {B} }}}} $ | 1.486784(16)e32 K | [30] | mess | |
Thermodynamik | |||||
Boltzmann-Konstante | $ {\textstyle k_{\textrm {B}}} $ | 1.380649e-23 J·K−1 = 8.617333262…e-5 eV/K |
[9][31] [32] |
fix [t 1] | |
Spektrale Strahlungskonstante | $ {\textstyle c_{\mathrm {1L} }={\frac {2hc^{2}}{\mathrm {sr} }}} $ | 1.191042972…e-16 W·m2·sr−1 | [33] | fix [t 3] | |
Erste Strahlungskonstante | $ {\textstyle c_{1}=2\pi \,hc^{2}} $ | 3.741771852…e-16 W·m2 | [34] | fix [t 3] | |
Zweite Strahlungskonstante | $ {\textstyle c_{2}={\frac {hc}{k_{\mathrm {B} }}}} $ | 1.438776877…e-2 m·K | [35] | fix [t 3] | |
Stefan-Boltzmann-Konstante | $ {\textstyle \sigma ={\frac {2\pi ^{5}k_{\mathrm {B} }^{4}}{15\,h^{3}c^{2}}}} $ | 5.670374419…e-8 W·m−2·K−4 | [36] | fix [t 3] | |
Wien-Konstante | $ {\textstyle b={\frac {hc}{k_{\mathrm {B} }}}\cdot {\frac {1}{4{,}965\,114\,\ldots }}} $[t 4] | 2.897771955…e-3 m·K | [37] | fix [t 3] | |
Elementare Konstanten | |||||
Elektron | |||||
Elektronenmasse | $ {\textstyle m_{\rm {e}}} $ | 9.1093837015(28)e-31 kg = 5.48579909065(16)e-4 u = 0.51099895000(15) MeV/c2 |
[38] [39] [40] |
mess | |
Compton-Wellenlänge des Elektrons | $ {\textstyle \lambda _{\mathrm {C} }={\frac {h}{m_{\mathrm {e} }c}}=2\pi \alpha \,a_{0}} $ | 2.42631023867(73)e-12 m | [41] | mess | |
Klassischer Elektronenradius | $ {\textstyle r_{\mathrm {e} }={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\,{\frac {e^{2}}{m_{\mathrm {e} }c^{2}}}=\alpha ^{2}\,a_{0}} $ | 2.8179403262(13)e-15 m | [42] | mess | |
Thomson-Wirkungsquerschnitt | $ {\textstyle \sigma _{\mathrm {e} }={\frac {8\pi }{3}}r_{\mathrm {e} }^{2}} $ | 6.6524587321(60)e-29 m2 | [43] | mess | |
Bohrsches Magneton | $ {\textstyle \mu _{\mathrm {B} }={\frac {e\,\hbar }{2\,m_{\mathrm {e} }}}} $ | 9.2740100783(28)e-24 J·T−1 | [44] | mess | |
Magnetisches Moment des Elektrons | $ {\textstyle \mu _{\mathrm {e} }} $ | -9.2847647043(28)e-24 J·T−1 = -1.00115965218128(18) μB |
[45] [46] |
mess | |
Landé-Faktor des Elektrons | $ {\textstyle g_{\mathrm {e} }=2{\frac {\mu _{\mathrm {e} }}{\mu _{\mathrm {B} }}}} $ [t 5] | -2.00231930436256(35) | [47] | mess | |
Gyromagnetisches Verhältnis des Elektrons | $ {\textstyle \gamma _{\mathrm {e} }=-2{\frac {\mu _{\mathrm {e} }}{\hbar }}={\frac {g_{\mathrm {e} }\mu _{\mathrm {B} }}{\hbar }}} $ | 1.76085963023(53)e11 s−1·T−1 | [48] | mess | |
Spezifische Ladung des Elektrons | $ {\textstyle -{\frac {e}{m_{\mathrm {e} }}}} $ | -1.75882001076(53)e11 C·kg−1 | [49] | mess | |
Atomphysik | |||||
Bohrscher Radius | $ {\textstyle a_{0}={\frac {4\pi \varepsilon _{0}\hbar ^{2}}{e^{2}\,m_{\mathrm {e} }}}={\frac {1}{\alpha }}{\frac {\lambda _{\mathrm {C} }}{2\pi }}={\frac {\hbar }{\alpha m_{\mathrm {e} }c}}} $ | 5.29177210903(80)e-11 m | [50] | mess | |
Rydberg-Konstante | $ {\textstyle R_{\infty }={\frac {e^{4}\,m_{\mathrm {e} }}{8\varepsilon _{0}^{2}h^{3}c}}={\frac {\alpha ^{2}m_{\mathrm {e} }c}{2h}}={\frac {\alpha }{4\pi a_{0}}}} $ | 1.0973731568160(21)e7 m−1 | [51] | mess | |
Rydberg-Frequenz | $ {\textstyle R_{\infty }\,c={\frac {\alpha ^{2}m_{\mathrm {e} }c^{2}}{2h}}} $ | 3.2898419602508(64)e15 Hz | [52] | mess | |
Rydberg-Energie | $ {\textstyle R_{\infty }hc={\frac {E_{\mathrm {h} }}{2}}={\frac {\alpha ^{2}}{2}}m_{\mathrm {e} }c^{2}} $ | 2.1798723611035(42)e-18 J = 13.605693122994(26) eV |
[53] [54] |
mess | |
Hartree-Energie | $ {\textstyle E_{\mathrm {h} }={\frac {e^{4}\,m_{\mathrm {e} }}{4\,\varepsilon _{0}^{2}\,h^{2}}}=\alpha ^{2}m_{\mathrm {e} }c^{2}} $ | 4.3597447222071(85)e-18 J = 27.211386245988(53) eV |
[55] [56] |
mess | |
Frei definierte Konstanten | |||||
stoffmengenbezogene (molare) Konstanten | |||||
Avogadro-Konstante | $ {\textstyle N_{\textrm {A}}} $ | 6.02214076e23 mol−1 | [9][57] | fix [t 1] | |
Faraday-Konstante | $ {\textstyle F=e\,N_{\textrm {A}}} $ | 96485.33212… C·mol−1 | [58] | fix [t 3] | |
Gaskonstante | $ {\textstyle R=N_{\mathrm {A} }k_{\mathrm {B} }} $ | 8.31446261815324 J·K−1·mol−1 | [59] | fix [t 3] | |
Konstanten bei Normbedingungen | |||||
Loschmidt-Konstante | $ {\textstyle n_{0}={\frac {p_{0}}{k_{\mathrm {B} }\,T_{0}}}={\frac {N_{\mathrm {A} }\,p_{0}}{R\,T_{0}}}} $ | 2.686780111…e25 m−3 | [60] | fix [t 3][t 6] | |
Molares Volumen eines idealen Gases | $ {\textstyle V_{m_{0}}={\frac {R\,T_{0}}{p_{0}}}={\frac {N_{\textrm {A}}}{n_{0}}}} $ | 0.02241396954… m3·mol−1 | [61] | fix [t 3][t 6] | |
„fix“ = Maßzahl festgelegt (bei Verwendung des SI)[9] „mess“ = experimentell zu bestimmender Messwert
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