13. Фундаментальные физические константы

Фундаментальные физические константы (ФФК), входящие в уравнения из различных областей физики, служат универсальным инструментом для сравнения теории с экспериментом.

Физическая константа называется фундаментальной в рамках той или иной теории (или непротиворечивого набора теорий) физических взаимодействий, если она не может быть вычислена через другие («более фундаментальные») константы данной теории.

Так, например, в классической электродинамике фундаментальными константами являются три физические величины: скорость света в вакууме с, заряд е и масса т_е электрона.

Физические величины

и фундаментальные константы

В квантовой электродинамике к перечисленным трем фундаментальным физическим константам добавляется четвертая константа — постоянная Планка h. Часто используется также константа ћ=h/(2π), применяемая в теоретической физике.

Физические величины: боровский радиус a=ћ/(m_ee²), постоянная тонкой структуры α=e²/(ћc) и некоторые другие не являются фундаментальными, хотя в ряде случаев они выполняют функции фундаментальных констант.

Так, постоянную тонкой структуры часто относят к числу фундаментальных физических констант, поскольку, например, в релятивистской квантовой системе единиц, где полагают ћ =1 и с=1 , она равна квадрату заряда электрона

Системы единиц

на основе фундаментальных констант

Естественные системы единиц в качестве основных единиц принимают определенные ФФК. При этом выбор основных единиц обусловлен не исторически сложившейся практикой измерений и существующей реализацией эталонов единиц, а основными законами природы.

Одну из первых естественных систем единиц предложил Дж. Стоуни. Он сконструировал фундаментальные единицы размерности длины, времени и массы на основе следующего набора ФФК: е — элементарный заряд, G — гравитационная постоянная Ньютона, с — скорость света в вакууме. Эта система использует ФФК двух теорий — электромагнетизма и гравитации.

14. Понятие точности измерений

Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в допущенных к применению в Российской Федерации единицах величин, а показатели точности измерений не выходят за установленные границы.

Точность результата измерений (точность измерений — an accuracy of measurement) — одна из характеристик качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.

Примечание: чем меньше погрешность измерений , тем больше его точность (РМГ 29-99).

15. Погрешность измерений

Погрешность результата измерения — это отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины. Истинное значение величины неизвестно, его применяют только в теоретических исследованиях. На практике используют действительное значение величины Х_д в результате чего погрешность измерения ΔX_изм определяют по формуле

ΔX_изм=Х_изм–Х_д,

где Х_изм — измеренное значение величины.

Систематическая и случайная погрешности

Систематическая погрешность измерения — составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

Случайная погрешность измерения — составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины.

Неопределенность измерений

Согласно «Руководству по выражению неопределенности измерений», неопределенность измерения — параметр, связанный с результатом измерения, характеризующий дисперсию значений, которые могут быть обоснованно приписаны измеряемой величине.

Неопределенность результата измерений — следствие неполноты знания измеряемой величины. Результат измерения после коррекции систематической ошибки представляет собой оценку значения измеряемой величины. Неопределенность возникает вследствие случайных воздействий и несовершенства коррекции систематических эффектов (ошибок).