基本物理常数

[拼音]：jiben wuli changshu

[外文]：fundamental constants of physics

是物理领域的一些普适常数，主要是指原子物理学中常用的一些常数。最基本的有真空中光速с，普朗克常数h、基本电荷e、电子静止质量me和阿伏伽德罗常数NA等。基本物理常数共有30多个，加上其组合量则有40～50个，它们之间有着深刻的联系，并不是彼此独立的。

基本物理常数的发现和测量，在物理学的发展中起了很大的作用。纵观近代物理学史可以看到，一些重大的物理现象的发现和物理理论的创立，常常同基本物理常数的发现或准确测定有着密切的联系。例如，电子的发现是通过对电子的荷质比e/m的测定获得的;M.普朗克建立量子论的同时，发现了普朗克常数;狭义相对论的出发点之一就是真空中的光速不变；等等。由此可见，基本物理常数出现于许多不同的物理现象之中，每一种物理现象的规律都同一种确定的常数有关。

物理学发展到今天，形成了许多分支，如固体物理学、原子物理学、原子核物理学、粒子物理学、天体物理学等等，包括大至宇宙、小至基本粒子的广阔领域。但是物理学的这些分支都是用统一的物理理论结合在一起的，这些基本理论有经典电动力学、相对论（见狭义相对论、广义相对论）、统计力学（见统计物理学）、量子力学等。这些理论的定量预言的准确程度，依赖于在理论中出现的基本物理常数值的准确性。特别重要的是，仔细研究由物理学不同领域的实验所确定的这些常数值，能逐个考察物理学一些基本理论的一致性和正确性。由于应用了高稳定激光、约瑟夫森效应、X射线干涉术、量子霍耳效应等许多新方法，使基本物理常数测量的准确度有所提高，很多常数的测量准确度已达10-6量级，更高的可达10-8～10-10量级。常数的准确值增加一位，就会有可能发现物理学中前所未知的矛盾，或获得解决目前所存在的某个矛盾的线索。

基本物理常数的重要性还表现在定义计量单位从而建立计量基准的工作上。普朗克早在1906年就建议用基本常数来定义计量基本单位，由于当时常数的测量准确度还很低，这个愿望不能实现。60年代以来，随着常数值的准确度不断提高，上述建议就有了现实意义。如由于可同时准确测量高稳定激光波长λ和频率v，就能够通过с＝λv来准确定出真空中的光速с，长度单位可以通过时间单位（频率的倒数）和光速с导出；与此类似，通过公式v=γpB（式中γp为质子回磁比）可以由频率通过γp导出磁感应强度B，从而确定电流单位；在交流约瑟夫森效应中，由于v=(2e/h)·V，即可由频率单位通过2e/h的SI制的值来确定电压单位V；等等。可以看到，现在计量基准的发展趋势就是利用目前准确度最高的频率单位，通过有关的基本物理常数来定义其他的基本或导出单位。因此，未来的基本单位的定义和准确度在一定程度上依赖于基本物理常数的测定值和准确度。

在常数的数据处理中，多年来国际上一直采用最小二乘法平差来得出常数的一组最佳值。用这种方法可尽量减少常数最佳值的偶然误差，但并不能消除测量中的系统误差。

基本常数的平差是1929年R.T.伯奇首先进行的，他的工作一直继续到1945年。后来三次平差是J.W.M.杜蒙和E.R.科恩进行的。1969年，B.N.泰勒等人根据交流约瑟夫森效应测量的e/h值以及其他有关常数值，结合量子电动力学的理论研究，作出了新的平差。

70年代以来，基本常数的平差工作，是在国际科学协会科学技术数据委员会（简称CODATA）的基本常数工作组的直接主持下进行的。有 7个国家的专家参加了这项工作，由科恩和泰勒根据各国积累的实验数据具体分析编纂而得。1973年他们曾正式发表了一组国际推荐的基本常数表，称为1973年平差（此表载于J.Phys. Chem.Ref. Data， Vol. 2， No. 4，p. 741，1973和 CODATA Bulleting，No. 11，1973）。

由于基本常数领域中工作的不断进展，常数数值也会不断更新，因此在大约十年左右将进行一次基本常数的新的平差，由此获得新的国际推荐值。1986年完成了一次平差。它是由CODATA基本常数任务组的泰勒和科恩负责编纂的。与1973年常数平差的国际推荐值相比，1986年平差的国际推荐值的不确定度有了明显的减小。大多数常数的不确定度减小一个量级。基本物理常数的1986年推荐值列于表1、续表、续表、续表，能量转换因子列于表2。