物理基础系数合理记忆应用论文
物理基础系数合理记忆应用论文 摘要:基本物理常数是物理学中的一些普适常数，是人类在探索客观世界基本运 动规律的过程中提出和确定的基本物理常量。这些常数与自然科学的各个分支有 着密切的联系，物理学中许多划时代理论的创立和新研究领域的开辟，往往与某 个基本物理常数的发现或准确测定密切相关。关键词:物理常数;光速;普朗克常数 基本物理常数是物理学中的一些普适常数，是人类在探索客观世界基本运 动规律的过程中提出和确定的基本物理常量。这些常数与自然科学的各个分支有 着密切的关系，在科学理论的提出和科学试验的发展中起着很重要的作用。基本 物理常数包括牛顿引力常数G、真空中的光速C、普朗克常数h、基本电荷e、电 子静止质量Me、阿伏伽德罗常数Na等。
物理学中许多新领域的开辟以及重大物理理论的创立，往往与相关基本物 理常数的发现或准确测定密切相关。基本物理常数描绘和反映了物理世界的基本 性质和特征，它们为不同领域的区分提供了定量的标准。基本物理常数的测定及 其精度的不断提高，经历了漫长的历史时期，生动地反映了实验技术和测量方法 的发展与更新，现在，许多基本物理常数的精度已达10-6量级，有的甚至达到10-8 ～10-10量级。本文限于篇幅，仅以光速C和普朗克常数h为例来说明。
光速是光波的传播速度，原与声波、水波等的传播速度类似，并不具有任 何“特殊的”的地位。但细分析起来，光速也似乎确有一些特殊之处。其一是光速 的数值非常大，远非其他各种波动速度所能比拟；
其二是光波可以在真空中传播， 而其他波动则离开了相应的弹性介质便不复存在，由此引来了关于以太（假想的 弹性介质）的种种争论。
1865年麦克斯韦建立了电磁场方程组，证明了电磁波的存在，并推导出了 电磁波的速度Ｃ等于电流的电磁单位与静电单位之比。1849年斐索用实验测出光 在空气中的传播速度为C =3.14858×108米/秒。分属光学和电磁学的不相及的两个 传播速度C电磁波与C光波之间出乎意料的惊人相符，使麦克斯韦立即意识到光 波就是电磁波。于是，以C为桥梁把以前认为彼此无关的光学与电磁学统一了起 来。同时，由于电磁波传播依赖的是电磁场的内在联系，无需任何弹性介质，使 得“以太”的存在和不存在没有什么差别，不需要强加在它身上种种性质。至此， 光速C的地位陡然升高。麦克斯韦电磁场理论揭示了电磁场运动变化的规律，统一了光学与电磁学， 开创了物理学的新时代。但同时它也提出了新的更深刻的问题：麦克斯韦方程组 只适用于某个特殊的惯性系还是适用于一切惯性系。如果麦克斯韦方程组只适用 于某个特殊的惯性系，则不仅违背相对性原理，且该惯性系就是牛顿的绝对空间， 地球相对它运动将受到以太风的吹拂，然而试图探测其影响的Michelson-Mor1ey 实验却得出了否定的结果。如果麦克斯韦方程组适用于一切惯性系，则根据伽利 略变换得出的经典速度合成规律，在不同惯性系中的光速应不同，甚至会出现违 背因果关系的超光速现象，也难以解释。总之，对于麦克斯韦电磁场理论，伽利 略变换和相对性原理之间存在着不可调和的深刻矛盾。直至1905年Einstein以相 对性原理和光速不变原理为前提，并借助洛伦兹变换方程建立起狭义相对论之后， 这一切矛盾和困惑才最终得以解决。
由此可见，真空中的光速C从光波的速度上升为一切电磁波的传播速度之 后，又进一步成为一切实际物体和信号速度的上限，并且在任何惯性系中C的取 值都相同。C作为基本物理常数，提供了不可逾越的速度界限，从根本上否定了 一切超距作用，成为相对论和新时空观的鲜明标志，同时又成为是否需要考虑相 对论效应的定量判断标准。
1900年普朗克为解释黑体辐射，提出谐振子能量不连续的大胆假设。1905 年Einstein为解释光电效应，把能量子假设推广到电磁波，提出“光量子”。1924 年德布罗意通过粒子与波的对比，假设微观粒子也具有波动性，也就是波粒二象 性，设其动量为p，则其德布洛依波长由下式绝定：pλ=h，这里h是一常量，叫普 朗克常数，h几乎处处出现，它宣告物理学新的研究领域――量子物理学诞生了。
量子物理学的进展表明，普朗克常数h是量子物理学的重要常数，凡是涉 及量子效应的一切物理量都与它有关，h不仅必然成为微观粒子运动特征的定量 标准，而且成为划分量子物理与经典物理的定量界限（正如C是划分相对论与非 相对论的定量界限一样）。如果物理体系具有作用量纲的物理量与h可相比拟， 则该体系的行为必须在量子力学的框架内描述；
反之，如果物理体系具有作用量 纲的物理量远大于h，则经典物理学的规律就在足够的精确度对该体系有效。普 朗克常数h的深刻含义和重要地位，使之得以跻身基本物理常数之列。
下面介绍一下近代精确测量C和h的方法。
测量真空中光速的精确方法是，直接测量激光的频率ν和真空波长λ，由两者乘积得出真空光C。1972年，通过测量甲烷谱线的频率与真空波长，得出真空 中光速为c＝299792458±1.2米/秒。1983年第17届国际计量大会规定新的米定义 为：“米是1/299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。”由于光速是定 义，不确定度为零，从此不再需要任何测量，结束了300多年精密测量C的历史。
h首先由普朗克给出，普朗克利用黑体辐射位移定律中的Wien常数b与k （Boltzmann常数）、Ｃ、h的关系，由b、k、Ｃ算出h，用实验方法测定h则始于 Millikan，他利用光电效应的实验得出h，近代精确测定h的方法是利用Josephson 效应，这是超导体的一种量子效应。
1900年，Thomson在总结以往几百年的物理学时指出：“在已经基本建成 的科学大厦中，后辈物理学家似乎只要做一些零碎的修补工作就行了；
但是，在 物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云。”这两朵乌云就是当时无法 解释的黑体辐射和Michel-son―MOrley实验，正是它们引起了物理学的深刻变革， 导致量子力学和相对论的诞生，与此同时出现了两个基本物理常数h和C。