物理學中有哪些不講道理的常量?

例如光速c和普朗克常量h


最不講道理的,我想還是精細結構常數這個常數了:

alpha = frac{e^{2}}{4pivarepsilon_{0}hbar c}

是用來描述原子物理學中原子譜線分裂的一個常數。

其不講道理的特點如下:

  • 從量綱上看,其是一個無量綱數常數,在這一點上與自然對數 e 、圓周率 pi 相似,是無法使用第一性原理導出來的。
  • 從數值上看, alpha approx dfrac{1}{137}(今天的推薦值為dfrac{1}{137.035999}) ,高度接近一個整數的倒數(而且137是質數)。這一點引發了許多著名物理學家的思考,其中就有Pauli、Dirac等,更有些著名物理學家因為這個數變成了「民科」:

測量光在引力場偏折的那位Eddington,寫了篇文章,說從第一性原理出發,純思辨能推出 alpha 是136的倒數,後來被人發現當時測出來的數據有誤,而Eddington本人也被戲稱為(Adding-one)。

  • 從組成上來看,精細結構常數包含了所有常見的電磁作用、量子力學的常數。電子電荷 e ,約化Planck常數 hbar (這意味著我們也能拆分出 圓周率pi ),真空介電常數 varepsilon_0 ,光速 c (此兩者又能產生真空磁導率 mu_0 ),而這些基本就是電動力學、量子力學裡面的所有需要的常數了。而且它們的組合竟然是個無量綱的。同時,利用精細結構常數,可以將氫原子的能級、半徑,電子速率等寫的很簡單。

電子速率: v_{n}=frac{alpha c}{n}

氫原子能級 E_{n}=-frac{1}{2}m_{e}(frac{alpha c}{n})^{2}=-frac{alpha ^{2}}{2n^{2}}E_{0}

  • 從歷史上看,這個無量綱常數是1916年Sommerfeld在解釋光譜的精細結構時引入的,因此被稱為精細結構常數,又稱Sommerfeld常數。時量子力學還沒有建立,還處於舊量子論時期,而這個數卻在十幾年後誕生的量子電動力學中大放異彩,成為表徵低能標電磁相互作用的耦合常數。

譬如人類歷史上理論預言與實驗相比精度最高的電子反常磁矩問題,其一圈修正就是:

a = frac{alpha}{2 pi} approx 0.0011614

其中就有精細結構常數 alpha ,量子電動力學的預測值與實驗觀測值在超過10位有效數字時仍然一致,因此電子異常磁矩是物理學史上確認準確性最高的常數。

沒有人知道為什麼這個數字如此神秘,如此接近 dfrac{1}{137} ,偉大的Feynman說:

這個數字自五十多年前發現以來一直是個謎。所有優秀的理論物理學家都將這個數貼在牆上,為它大傷腦筋……它是物理學中最大的謎之一,一個該死的謎:一個魔數來到我們身邊,可是沒人能理解它。你也許會說「上帝之手」寫下了這個數字,而我們不知道他是怎樣下的筆。

  • 最後,甚至沒有知道,它是不是個真正的「常數」,它有可能是隨著宇宙的發展而含時演化的。

它就是這麼不講道理,和你喜歡的姑娘一樣!


如果你不覺得137這個數很特殊,那精細結構常數就並沒有不講道理。正因為它太講道理了,既不會太大使得微擾論失效,也不會太小而顯得不自然,所以我們才很容易地得到有漂亮的麥克斯韋方程組。某種意義上,電子質量都比精細結構常數更不講道理,因為它來自於電弱破缺,而電弱破缺的能標是它的五十萬倍(意味著五十萬分之一的湯川耦合)。

要論不講道理,還是來談談精細調節和層級問題吧,比如標準模型費米子譜,希格斯質量或宇宙學常數。

————

又想到一個,雖然不知道該說這是物理中的還是數學中的:

196884 = 196883 + 1

來,菲爾茲獎給你,說出你的道理來吧。。


我以為最不講道理的就是光速了。
因為眾所周知,c=1


沒有不講道理的物理量,只有強迫症晚期的數學家


我覺得是個常量就不怎麼講道理


預感回答精細結構常數的會佔大半,怪不得費曼當年用137就能破解大半物理學家設的三位密碼


萬有引力公式與庫侖力公式為什麼這麼相似。


必然是e啊
我在沒學高等數學的時候就發現常數e了
那時候我在算銀行的活期的利率。我當時在想這一秒鐘存,下一秒鐘取,利率無限高啊。
我他媽真是天才。


你知道關於光柵的物競題會涉及到一個為1.22的係數嗎?


精細結構常數?一個神奇的無量綱數,非常接近於1/137


萬有引力常量G


參見狄拉克大數理論


有,這個常量如果不看文獻或不自己做題根本不知道有什麼卵用……
題主提到了普朗克常量,那我們就探討一下另一個常量:約化普朗克常量。
它和普朗克常量有什麼關係呢?
這樣的關係:
?=h/(2π)
沒錯, 那個h上有一個把的就是約化普朗克常量……
為什麼這樣寫呢?
我們知道,海森堡不確定性關係的方程最終形式是這樣的:
ΔxΔp≥h/4π
其中Δx表示位移的變化量,Δp表示動量的變化量,但是一部分人覺得重複寫h/2π太麻煩,於是:
ΔxΔp≥?/2……
這……
好像沒區別呀?!

其實,這只是這個方程獨特性造成的,對於其它方程如E=?ω或p=?k這類方程以及運算時候產生的複雜多項式,這種化簡是非常有幫助的。


最多人知道的物理常量光速C


我們離發展出可控核聚變還有50年


摩擦係數u謬(手機打不出這個符號)


幹嘛邀請我勒,我物理43啊


宇宙三大常量
光速 普朗克常量 引力常量


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