ثابت های فیزیکی

   طبق یک تعریف کلی ثابت های فیزیکی (Physical constants) یا ثابت های پایه ای فیزیک یا ثابت های جهانی (universal constant) کمیت های فیزیکی هستند که در تمام جهان ثابت هستند و مقدار آنها با گذر زمان ثابت باقی مانده و تغییر نمی کند. به عبارت دقیق تر میزان تغییرات این ثابت های در گذر زمان بسیار بسیار کم است. معروف ترین این ثابت عبارتند از: ثابت سرعت نور، ثابت گرانش، ثابت دی الکتریک، بار الکترون، ثابت بولتزمن، ثابت پلانک و ..

این ثوابت به ساختار کلی جهان مرتبط هستند. تمامی مقادیر آنها با دقت بالا در آزمایشگاه و از طریق آزمایش های مربوطه قابل استخراج هستند. با پیشرفت های علمی و گذر زمان شواهدی به دست آمده است نشان می دهد که اگرچه بسیار ناچیز اما این مقادیر ثابت نیستند. تغییر این ثابت ها بسیار کم بوده و در دوره های زمانی بسیار زیاد (هزاران و شاید میلیون ها سال) آنها ثابت در نظر گرفته می شوند.

   اداره بین‌المللی اوزان و مقیاس‌ها (International Bureau of Weights and Measures) از متولیان اصلی برای اعلام دقیق مقادیر ثابت های پایه ای فیزیکی به شمار می رود. اندازه شناسی (Metrology) علم اندازه گیری کمیت های فیزیکی و استانداردسازی آنهاست.

اگرچه بسیاری از ما در نتیجه استفاده مداوم از بعضی از این ثابت ها آنها را کاملا به خاطر سپرده ایم مانند ثابت گرانش یا سرعت نور، اما بسیاری از آنها فقط برای مدت کوتاهی در ذهن باقی می مانند. جستجو در کتاب های مرجع نیز معمولا کار زمان بر و وقت گیری ست. جدول ثابت های فیزیکی در دسترسی آسان به مقادیر واقعی آنها بسیار مفید خواهند بود. در جدول زیر مقادیر ثابت های جهانی واحد و یا فرمول محاسباتی هرکدام فهرست شده است.

ثابت های بنیادین فیزیک

واحد جرم اتمی	1 amu = 1.6605389 × 10−24 g 1 g = 6.022142 × 1023 amu	Atomic mass unit (amu)
عدد آووگادرو	6.022142 × 1023/mol	Avogadro’s number (NA)
ثابت بولتزمن	1.380651 × 10−23 J/K	Boltzmann’s constant (k)
بار الکترون	1.6021765 × 10−19 C	Charge on electron (e)
ثابت فارادی	9.6485338 × 104 C/mol	Faraday’s constant (F)
ثابت گاز	R=k NA 0.0820575 (L atm)/ (mol K) = 8.31447 J/(mol K)	Gas constant (R)
جرم الکترون	5.485799 × 10−4 amu = 9.109383 × 10−28 g	Mass of electron (mn)
جرم نوترون	1.0086649 amu = 1.6749273 × 10−24 g	Mass of neutron (mn)
جرم پروتون	1.0072765 amu = 1.6726217 × 10−24 g	Mass of proton (mp)
عدد پی	π = 3.1415927	Pi
ثابت پلانک	h = 6.626069 × 10 −34J s ℏ=h/2π==1.05457266·10-34 J·s	Planck’s constant (h)
سرعت نور در خلاء	c = 2.99792458 × 108 m/s	Speed of light in vacuum (c)
نفوذپذیری خلاء	μ0=4π·10-7 T2·m3/J 12.566370614·10-7 T2·m3/J	Permeability of vacuum μ0
گذردهی خلاء	ϵ0=1/μoc2 8.854187817·10-12 C2/J·m	Permittivity of vacuum ϵ0
ثابت ساختار ریز	1137.0359895	Fine structure constant α
مگنتون بور	μB=eh/4πme 9.2740154·10-24 J/T	Bohr magneton μB
مگنتون هسته	μN=eh/4πmp 5.0507866·10-27 J/T	Nuclear magneton μN
فاکتور g  الکترون آزاد	2.002319304386	Free electron g factor ge
نسبت ژیرومغناطیسی الکترون آزاد	γe=2geB/h 1.7608592·1011 1/s·T γe/2π = 28.024944 GHz/T	Free electron gyromagnetic ratio γe
گشتاور مغناطیسی الکترون	μe=−geμB/2 -9.2847701·10-24 J/T	Electron magnetic moment  μe
نسبت ژیرومغناطیسی پروتون	2.67515255·108 1/s·T γp/2π = 42.576375 MHz/T	Proton gyromagnetic ratio (H2O)   γp
گشتاور مغناطیسی پروتون	1.41060761·10-26 J/T	Proton magnetic moment μp
نسبت بار به جرم برای الکترون	1.75880·1011 C/kg	Charge-to-mass ratio for the electron
شعاع بور	5.29177·10-11 m	Bohr radius a0
شعاع الکترون	2.81792·10-15 m	Electron radius re
فاکتور پروتون (فاکتور لانده)	5.585	Proton g factor (Landé factor) gH
ثابت گرانش	6.673 ± 0.010)·10-11 m3/kg·s2	Gravitational constant G
شتاب گرانش	9.80665 m/s2	Acceleration due to gravity g
طول موج کامپتون الکترون	2.42631·10-12 m	Compton wavelength of the electron λc
واحد انرژی اتمی Hartree	1 Hartree = e2/4πϵoa0 1 Hartree = 2.625501·106 J/mol	Atomic energy unit Hartree
فرکانس لارمور پروتون	νp=γp/2πB νp= 42.5764 MHz/T (H2O)	Proton Larmor frequency
فرکانس لارمور الکترونی	νe = νe/2π (g /ge) B νe [GHz] = 13.9962 g B [T] g = 0.07144775 νe [GHz] / B [T] g = 3.04199νe[GHz] / νp [MHz] B [T] = 0.0234872 νp[MHz]	Electron Larmor frequency