基本常数

具有相同单位的常数的比值的数

在自然科学中，为了描述自然规律，需要运用各种常数。在这些常数中，一类是有量纲的常数，例如，光速C，普朗克常数h，电子电荷e，质子质量mp，电子质量me，牛顿引力常数G，哈勃常数H等。另一类是没有量纲的常数，这些常数是具有相同单位的常数的比值。

基本介绍

自然界存在一些重要的基本常数(通用常数)fundamental constants(universal constants)，这些参数遍及各处都是不变的。例如质子和电子的电荷e、质子的质量、电子的质量、光在真空中的速度c、普朗克常数h、玻尔兹曼常数k等。为什么说它们是自然界重要的基本常数？下面举几个例子说明。

质子和电子电荷

这一数据是国际科技数据委员会的最新(1998年12月3日)推荐值(下同)。其中C为电荷的单位库仑。

自然界所有物质的电荷都是e的整数倍。所以物质的电荷不是连续的，而是一份一份的，最小份额就是e，这就是通常所说的物质电荷是量子化的。e是电荷的基本单元。

近代物理学预言了夸克的存在，认为每个夸克携带1/3e或2/3e的电荷，称为分数电荷。分数电荷的预言引起了人们的极大震动，因为这将打破e是电荷基本单元的概念。但是到目前为止尚未发现自由的夸克，也就是说分数电荷的假设还没有得到证实，人们仍然维持着e是电荷基本单元的概念。

质子质量

质子和电子的质量是另外两个重要的基本常数，它们的现代测定值为：

质子和电子都存在各自的反粒子，即负质子和正电子，它们的质量分别和质子、电子的质量相等，电荷和质子、电子的符号相反而数值相等。质子、电子和负质子、正电子分别互为反粒子，即质子、电子分别也是负质子、正电子的反粒子。

基本粒子族群中有许多粒子，除了光子和中微子等静止质量为零或接近零的粒子外，自由粒子中，只有质子、电子和它们的反粒子是稳定粒子，其余都是不稳定的。因此这几种粒子的电荷和质量显得格外突出，为什么这样一个数值就能形成稳定的粒子，而其他数值就都是不稳定的，其中必有缘故。可以认为等数据中包含了自然界的重大秘密。

正、负质子、电子和各自的反粒子相遇时将发生湮灭，转化为其他粒子。既然负质子、正电子和它们的反粒子非常相似，而我们周围的世界又都由质子和电子构成，为什么很少见到负质子和正电子呢?有人认为，宇宙中存在另一个世界，基本上由负质子和正电子构成，不过那个世界离我们生活的世界十分遥远，人类是难以到达的。幸亏它们相距遥远，这两个世界不能相遇，否则势必引发湮灭反应，造成两败俱伤。是不是真的存在一个由负质子和正电子构成的世界?这也只是一种猜测，有待进一步证实。

光速

c是光在真空中的传播速度，也就是光子的运动速度，是另一个奇妙的物理量。

就目前了解，光速是物质运动的速度极限。光速的另一个奇妙的特性是，在不同速度的坐标系中测量的光速都是相同的，称为光速不变原理。这就是说，不论光源是否在运动，测得的光速都是c。这是不可思议、有悖于常理的。根据我们的经验，在不同速度的坐标系中测定的物体速度是不同的，例如飞机中静止的物体，地面上人看来正在高速运动中。但是光速却不是这样。

爱因斯坦根据光速不变性原理创建了狭义相对论，给出了以下两个公式，显示了光速的另外一层意义：

第一个式子表示物体的质量m随物体速度v的增加而增加。通过这个关系，将质量和速度两个物理量联系了起来。其中为静止质量，当速度v接近光速c时，质量m将趋于无限大。从这一点也可以说明c是物体的速度极限。

第二个式子称为质能关系，与质量m相联系的是能量。通过这个关系，将质量和能量这两个物理量联系了起来，在核能利用中发挥了重要的作用。

为什么在坐标变换中光速是一个不变量?为什么光速是物体速度的极限?能不能打破这个极限?能不能预言光速的准确值?这些都是极有兴趣的大问题，也都是难以回答的自然界的基本问题。

常见基本常数

下面列出常见基本常数：

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