Естественные системы единиц

В физической литературе в отдельных случаях применяются естественные системы единиц, основанные на универсальных (мировых) физических постоянных (константах), которые, будучи приняты в качестве основных единиц, определяют единицы различных физических величин. Практическое значение таких систем заключается в значительном упрощении вида отдельных уравнений физики.

Так, в системе единиц, предложенной М. Планком, в основу положены гравитационная постоянная, скорость света, постоянная Планка и постоянная Больцмана. Преимущество этой системы заключается в неизменности основания системы. Но размеры единиц делают эту систему мало удобной для практики: единица длины равна в ней 4,02∙10^-33 см, единица массы равна 5,43∙10^-5 г и единица времени равна 1,34∙10^-43 с. Вторая причина, не позволяющая ставить вопрос о переходе на такую систему, заключается в том, что еще не достигнута точность измерений выбранных универсальных констант, необходимая для установления всех производных единиц.

В атомной физике в отдельных случаях нашла применение система атомных единиц Хартри. В ней в качестве основных приняты заряд электрона, масса электрона, радиус первой боровской орбиты атома водорода и постоянная Планка. В этой системе единица энергии составляет 4,359∙10^-11 эрг, единица времени 2,419∙10^-17 с. При рассмотрении атомных объектов в такой системе единиц уравнения освобождаются от лишних числовых множителей, благодаря чему законы физики приобретают более простой вид.

В релятивистской квантовой механике пользуются системой, в которой основными единицами являются постоянная Планка, скорость света и масса какой-либо элементарной частицы (электрона или протона), в зависимости от того, какие процессы рассматриваются. В качестве четвертой единицы принимают постоянную Больцмана. В этой системе единицей длины является комптоновская длина волны электрона, равная ~ 3,85∙10^-11 см, единица временя, равна ~ 1,28∙10^-21 с, и единица энергии, равная энергии покоя электрона 0,82 ∙10^-12 эрг.

В настоящее время продолжают возвращаться к вопросу о построении такой унифицированной системы единиц, которая зиждилась бы на неизменных основаниях – универсальных физических постоянных. В этом отношении представляет интерес работа польского ученого Людовичи. Он считает, что система единиц должна удовлетворять следующим требованиям: быть неразрушимой, неизменяемой во времени, независимой от местоположения. Кроме того, эталоны должны быть легко и точно воспроизводимыми и повсеместными. Исходя из этих требований, Людовичи предлагает систему единиц, в которой за основу приняты три разных поля: гравитационное, электрическое и магнитное. В соответствии с этим предлагаются в качестве трех основных единиц следующие физические константы: гравитационная постоянная, диэлектрическая проницаемость свободного пространства и магнитная проницаемость свободного пространства. В качестве четвертой основной единицы Людовичи предлагает принять атомную константу – электрический заряд электрона.

Следует признать, что точность измерения основных единиц предлагаемой естественной системы еще недостаточна и значительно уступает точности исходных единиц современной Международной системы единиц. Кроме того, единицы распространенных величин в предложенной системе имеют неудобные для практики размеры (единица длины равна ~ 4,88∙10^-36 м, единица массы ~ 6,60∙10^-9 кг и т.д.).

В силу указанных соображений предложенные естественные системы единиц не могут в настоящее время найти применения при решении вопроса об унификации единиц измерения.

Дата добавления: 2014-12-27