В математике и физике константы представляют собой фундаментальные величины, не подверженные никаким изменениям. Например, число π — отношение длины окружности к ее диаметру — всегда приблизительно равно 3,14159. Причем это верно вне зависимости от размера окружности!
Открыть нельзя изменить: 5 самых важных научных констант и как они управляют Вселенной
Разгадать устройство мироздания не так уж и сложно, если знать код. Набор этих магических чисел остается неизменным где бы вы ни находились: на Земле, вблизи черной дыры или в другой галактике. Встречайте — фундаментальные константы! Они определяют все: силу гравитации, скорость света и даже то, как именно атомы соединяются в молекулы. Раскрываем секреты самых важных для науки констант — от числа π, известного еще древним архитекторам, до постоянной Планка, которая подарила нам квантовую физику.
Freepik
Немного о константах
Константа — фиксированная величина, которая сохраняет свое значение неизменным в рамках процесса или системы.
Чем константы отличаются от других величин:
-
константы могут быть представлены латинскими буквами или символами;
-
в ходе вычислений они не меняют конечного результата;
-
бывают как физическими (например, скорость света), так и абстрактными (т.е. математическими).
Константы служат основой для научных закономерностей и вычислений, обеспечивают стабильность и предсказуемость в описании природных явлении и проведении математических операций. Их неизменность позволяет ученым строить точные модели нашей Вселенной — от траектории движения планет до поведения элементарных частиц. Несмотря на кажущуюся экзотичность таких нерушимых чисел, их довольно много. Для более близкого знакомства предлагаем самые популярные из них.
Число Пи
Как уже было сказано выше, π — математическая константа, равная отношению длины окружности к ее диаметру. Это соотношение универсально и неизменно, независимо от масштабов этой окружности — от микроскопических объектов до, скажем, космических орбит. Геометрические расчеты с использованием π лежат в основе многих современных технологий — от архитектурного проектирования до космических миссий, включая полеты на Луну.
Поскольку π это иррациональное число, его десятичное представление не просто бесконечно, но еще и не имеет периода.
Для работы систем GPS и расчетов миссий космических агентств достаточно 15-16 знаков числа Пи после запятой. Измерение диаметра наблюдаемой Вселенной с точностью до радиуса атома водорода потребует около 28 знаков.
Постоянная Планка
Постоянная Планка (обозначается как ħ) — фундаментальная константа квантовой физики, связывающая энергию фотона с его частотой.
Значение постоянной Планка (в системе СИ) — 6,62607015×10⁻³⁴ Дж·с.
Появилось это чудо вычислительной мысли в 1900 году. Макс Планк искал формулу для описания излучения абсолютно черного тела. Чтобы сохранить точность расчетов, он ввел понятие «квантования энергии», хотя первоначально считал это лишь математическим приемом. Тогда ученый открыл, что энергия излучается квантами — дискретными порциями, а не непрерывно. Представьте, что добавляете сахар в кофе кусочками — можно кинуть 1 или 2 (или больше, если вы сладкоежка) куска, но не 1,5.
Постоянная Планка объясняет ряд вещей:
- поведение атомов и элементарных частиц;
- принципы работы лазеров, солнечных панелей и компьютерных чипов;
- эволюционные процессы звезд и многое другое!
Скорость света в вакууме
Скорость света в вакууме составляет ровно 299 792 458 метров в секунду.
Специальная теория относительности Эйнштейна (СТО), фундамент современной физики, устанавливает скорость света как абсолютный предел для любого движения во Вселенной. Теория гласит: если объект разгоняется до световой скорости, его масса становится бесконечной, что делает дальнейшее ускорение невозможным. Эта константа настолько точна и неизменна, что легла в основу международной системы измерений. Например, метр определяется через расстояние, которое свет проходит за определенный промежуток времени. Таким же образом с помощью скорости света определяются эталоны килограмма и кельвина.
Число Авогадро
Постоянная Авогадро показывает количество частиц — атомов, молекул, ионов — в одном моле любого вещества. Это число названо в честь великого итальянского ученого Амедео Авогадро. Он открыл, что равные объемы газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое количество молекул. Сам термин «число Авогадро» ввел французский физик Жан Перрен.
Моль был введен как удобная единица измерения из-за того, что макроскопические количества веществ состоят из огромного числа мельчайших частиц. Ранее моль определяли через массу углерода (С-12), но с 2019 года его значение зафиксировано.
Постоянная Авогадро или число Авогадро — 6,02214076 × 10²³ частиц.
Гравитационная постоянная
Гравитационная постоянная (G) — это фундаментальная физическая константа, которая входит в формулу Закона всемирного тяготения и количественно определяет силу притяжения между любыми двумя объектами, обладающими массой.
Исаак Ньютон открыл Закон всемирного тяготения, описывающий силу притяжения между любыми двумя телами в 1686 году. Он оценил гравитационную постоянную, но точное измерение удалось провести лишь спустя столетие: в 1798 году эксперимент Генри Кавендиша с точностью около 1% позволил взвесить Землю и определить массы других планет. Уже в XX веке Альберт Эйнштейн в общей теории относительности (ОТО) предложил новое объяснение гравитации как искривления пространства-времени, где константа G также играет далеко не последнюю скрипку.