Uloga univerzalnih fizičkih konstanti - Svet fizike
Svet fizike

Uloga univerzalnih fizičkih konstanti

by on Aug.18, 2015, under iz ugla Prof. dr Branislava Čabrića

isak-njutn-jabuka

 

 

Otkrića univerzalnih konstanti usko je vezana za nova otkrića u fizici – kao i za proširenje domena fizičkih nauka – što kao posledicu ima otvaranje novih disciplina u fizičkim naukama. Univerzalne konstante imaju važnu ulogu u fizici i njihova eventualna nepromenljivost u toku svemirskog vremena od bitnog je značaja za naše razumevanje sveta oko nas. Međutim, nije jednostavno, uvek prepoznati u problemu univerzalnih konstanti – tendencije ka sintezama – koje postoje pri drugim pogledima na sadašnje stanje fizičkih teorija.

 

  1. Fizčki zakoni, kao i jednačine koje opisuju fizičke procese, sadrže u sebi veličine koje ili za dati proces, tj. za date fizičke konstituente, ne menjaju svoje brojne vrednosti, ili ne menjaju svoje brojne vrednosti – bilo kakva da je specifična priroda fizičkih konstituenata. Prvu grupu veličina zovemo specifičnim fizičkim konstantama; druga grupa je grupa univerzalnih fizičkih konstanti. Kako fizički zakoni odražavaju proporcionalnost fizičkih veličina, konstante o kojima je reč jesu konstante u tzv. formama proporcionalnosti – što je matematička formulacija zakonitosti u fizičkom svetu.

Otkriće prve univerzalne konstante pripada Njutnu [Newton, Sir Isaac, 1642-1727]. Našavši zakon kretanja nebeskih tela (poznat pod imenom zakon gravitacije) – u formi proporcionalnosti veličine sile – masama tela i obrnute proporcionalnosti veličine sile kvadratu rastojanja tela u pitanju – on je prvi i odredio konstantu ove proporcionalnosti, uzimajući jedinice za gore pomenute fizičke veličine (masu i rastojanje). Brojna vrednost tzv. univerzalne konstante proporcionaalnosti zavisi, dakle, samo od sistema mernih jedinica.

Na početku XIX stoleća, u doba živog interesovanja za atomističke hipoteze, Avogadro [Avogadro, (Lorenzo Romano) Amedio (Carlo), 1776-1856] je formulisao zakon proporcionalnosti broja molekula broju molova, u kome konstanta proporcionalnosti upravo određuje broj molekula u molu.

U klasičnoj Termodinamici i Statističkoj fizici važan korak za shvatanje veze između tzv. mehaničkih i termodinamičkih veličina igralo je otkriće tzv. Bolcmanove [Boltzmann, Ludwig Eduard, 1844-1906] konstante u zakonu proporcionalnosti energije po stepenu slobode i apsolutne temperature.

Razvitku nauke o elektromagnetnim pojavama dugujemo otkriće novih zakona proporcionalnosti i novih konstanti proporcionalnosti. Tako proporcionalnost električne i magnetne indukcije u vakuumu veličinama električnog i magnetnog polja u vakuumu definiše univerzalne konstante električne i magnetne susceptibilnosti u vakuumu. Karakteristično je da se kombinacija ovih konstanti pojavljuje u Maksvelovim [Maxwell, James Clerk, 1831-1879] jednačinama i povezuje se sa brzinom svetlosti.

Discipline moderne fizike – kao što su Teorija relativiteta i Teorija kvanata takođe su vezane za nove univerzalne konstante. Prva od ovih disciplina za konstantnost prostiranja svetlosti u vakuumu, druga za proporcionalnost energije – frekvencija u mikroskopskim procesima. Konstanta ove proporcionalnosti naziva se Plankova [Planck, Max (Karl Ernst Ludwig), 1858-1947] konstanta.

Tako se intuitivno naslućuje da istorija univerzalnih fizičkih konstanti preslikava napredovanje fizičkih nauka i specifikaciju fizike u niz parcijalnih disciplina.

  1. Problem je tzv. dimenzione analize da utvrdi broj međusobno nezavisnih univerzalnih prirodnih konstanti, iz čega bi potom sledila izgradnja sistema “hijerarhijskih” odnosa univerzalnih konstanti. Ovo je danas praktično neizvodljivo. Suma, proizvod i količnik univerzalnih konstanti je, takođe, univerzalna konstanta, i svaka parcijalna teorija, katkad iz praktičnih katkad iz teorijskih razloga, operiše sa ovim kompleksima, koji se po potrebi mogu izvoditi. Čini se, tako, da treba na drugoj strani imati dinamički model za fizičke procese – pre svega, da bi on intervenisao u pitanju “uređenja” u “svetu” univerzalnih prirodnih konstanti.

Jedna od takvih mogućnosti mogla bi se tražiti u teorijama simetrije u fizičkim procesima iz kojih slede zakoni konzervacije određenih fizičkih veličina. Kao što je poznato, konzervacija energije, impulsa i momenta impulsa je dovoljna za izgradnju Njutnove mehanike.

Pada u oči da se nekoliko univerzalnih fizičkih konstanti mogu formulisati preko zakona proporcionalnosti energije drugim fizičkim veličinama: Bolcmanova i Plankova konstanta su tako dobivene u svom izvornom obliku. Čuvena veza između mase i energije (E = mc2) u Specijalnoj teoriji relativiteta može se shvatiti kao zakon proporcionalnosti energije – masi kojim se formuliše konstantnost brzine svetlosti. Ali se odmah vidi da ova veza nije dovoljna za opšti pristup pitanju uloge univerzalnih fizičkih konstanti u izgradnji opštih fizičkih teorija iz prvih principa, tako da jedan od ovih principa bude unapred dati broj univerzalnih konstanti određene prirode.

  1. U relativističkoj kvantnoj fizici procesi se klasificiraju po jačini interakcije konstituenata za datu dinamičku situaciju. Veliki uspeh ove fizičke discipline je klasifikacija svih mikroprocesa u četiri kategorije interakcija, pri čemu je svaka od ovih okarakterisana univerzalnom konstantom interakcije. Ove konstante nisu sve simultano bezdimenzionalni brojevi. Jedno staro pitanje dobija ovde svoj širi značaj: kakva je veza između univerzalnih prirodnih konstanti i “prirodnog” mernog sistema. Lako je pokazati da se uz jednu specifičnu konstantu (masa elementarne čestice) i dve univerzalne konstante (Plankova konstanta i brzina svetlosti) može definisati sistem osnovnih jedinica dužine i vremena.

Na današnjem stepenu naših znanja o fizičkim procesima odsustvo jedinstvene fizičke slike sveta ogleda se eklatantno i u problemu univerzalnih fizičkih konstanti čiji se opšti značaj više naslućuje no što one ulaze u logički sistem naših znanja o fizičkim procesima  [1].

LITERATURA

[1]  Marić, Z., Milojević, A., Dijalektika (Beograd), br. 3, 21-23 (1966).

 

Cabric

 

 

 

 

Prof. dr Branislav Čabrić

Prorodno-matematički fakultet, Kragujevac,

e-mail:  branko.cabric@gmail.com

 

 

Share

1 Comment for this entry

Leave a Reply

Looking for something?

Use the form below to search the site:

Still not finding what you're looking for? Drop a comment on a post or contact us so we can take care of it!

preporučite nas

Share