Physikalische Konstante
Eine physikalische Konstante oder Naturkonstante ist eine physikalische Größe, deren Wert sich weder beeinflussen lässt, noch räumlich oder zeitlich verändert.
Als fundamentale Naturkonstante werden die Konstanten bezeichnet, die sich auf allgemeine Eigenschaften von Raum, Zeit und physikalischen Vorgängen beziehen, die für jede Art Teilchen und Wechselwirkung gleichermaßen gelten. Diese sind die Lichtgeschwindigkeit, das plancksche Wirkungsquantum und die Gravitationskonstante (siehe auch Natürliche Einheiten).
Weitere elementare (oder grundlegende) Naturkonstanten beziehen sich auf die einzelnen Teilchenarten und Wechselwirkungen, z.B. ihre Massen und Ladungen. Abgeleitete Naturkonstanten lassen sich aus den fundamentalen und elementaren Konstanten berechnen. Beispielsweise ist der bohrsche Radius, eine für die Atomphysik maßgebliche Konstante, aus dem planckschen Wirkungsquantum, der Lichtgeschwindigkeit, der Elementarladung und der Masse des Elektrons zu berechnen.
Einige Naturwissenschaften fassen wichtige Konstanten zu Gruppen von Fundamentalkonstanten zusammen, z.B. in der Astronomie und Geodäsie sind dies die genauen Referenzwerte von Erd- und Sonnenmasse, der Erdradius, die astronomische Einheit oder die Gravitationskonstante.
In der Praxis gebräuchliche Referenzwerte, wie etwa die Dauer eines Jahres, der Druck der Standardatmosphäre oder die Erdbeschleunigung, sind keine Naturkonstanten. Sie sind dem Menschen in seiner irdischen Umgebung nützlich, haben aber in der Regel keine darüber hinausgehende Bedeutung grundlegender Art. Soweit sie historisch zur Festlegung von Maßeinheiten herangezogen wurden (z.B. für Sekunde, Meter, Kilogramm), gehen die Bemühungen dahin, dies durch Bezug zu (fundamentalen oder elementaren) Naturkonstanten abzulösen. (Siehe auch SI-Einheiten.)
Tabelle einiger Naturkonstanten
Die Ziffern in Klammern hinter einem Zahlenwert bezeichnen die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes. (Beispiel: Die Angabe 6,674 28 (67) ist gleichbedeutend mit 6,674 28 ± 0,000 67.) Die Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichungdes angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben.
In der folgenden Tabelle werden u.A. folgende Maßeinheiten verwendet:
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Stand: Juni 2011
| Bezeichnung der Konstante | Symbol(e) | Wert (Kopiervorlage) |
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| Elektromagnetismus | |||
| Lichtgeschwindigkeit im Vakuum | c0, c | 299 792 458 m/s (definiert)
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| Magnetische Feldkonstante | μ0 | 4π · 10−7 Vs/(A·m) (definiert) ≈ 12,566 370 614 · 10−7 H/m |
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| Elektrische Feldkonstante | ε0 = 1/(μ0c02) | 107 / (4π · 299 792 4582) As/(Vm)
(abgeleitet) ≈ 8,854 187 817 62 · 10−12
F/m |
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| Coulomb-Konstante | k = 1/(4πε0) = μ0·c02/(4π) | 299 792 4582 · 10−7 Vm/(As)
(abgeleitet) ≈ 8 987 551 787,368 176 4
m/F |
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| Elementarladung | e | 1,602 176 565 (35) · 10−19 C
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| von-Klitzing-Konstante | RK = h/e2 | 25 812,807 4434 (84) Ω
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| Gravitation | |||
| Gravitationskonstante | G | 6,673 84 (80) · 10−11 m3 /
(kg·s2)
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| Kosmologische Konstante | 
= (8πG/c2) ρvac |
1,12 ·10−52 / m2
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| Thermodynamik | |||
| Absoluter Nullpunkt | T0 | 0 K (= −273,15 °C) (definiert) | |
| Avogadro-Konstante | NA, L | 6,022 141 29 (27) · 1023 1/mol
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| Boltzmann-Konstante | kB | 1,380 6488 (13) · 10−23 J / K
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| 8,617 3324 (78) · 10−5 eV / K
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| Loschmidt-Konstante | NL, n0 (englisch) | 2,686 7805 (24) · 1025 m−3 (bei Normbedingungen)
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| Molares Volumen eines idealen Gases | Vm | 0,022 413 968 (20) m3/mol (bei Normbedingungen)
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| Stefan-Boltzmann-Konstante | σ = 2π5 kB4 / (15 h3c2) | 5,670 373 (21) · 10−8 W / (m2 ·
K4)
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| Universelle Gaskonstante | R0 = NAkB | 8,314 4621 (75) J / (K·mol)
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| Teilchenphysik | |||
| 1. (Erste) Strahlungskonstante | c1 = 2π hc2 | 3,741 771 53 (17) · 10−16 Wm2
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| 2. (Zweite) Strahlungskonstante | c2 = hc/k | 1,438 7770 (13) · 10−2 m·K
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| Bohrscher Radius | a0 = 4π ε0 ħ2 / (me e2) | 5,291 772 1092 (17) · 10−11 m
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| Bohrsches Magneton | μB = e ħ / (2 me) | 9,274 009 68 (20) · 10−24 J/T
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| Kernmagneton | μN = e ħ / (2 mp) | 5,050 783 53 (11) · 10−27 J/T
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| Plancksches Wirkungsquantum | h | 6,626 069 57 (29) · 10−34 Js
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| 4,135 667 516 (91) · 10−15 eV·s
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= h/(2π) |
1,054 571 726 (47) · 10−34 Js
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| Feinstrukturkonstante | α = μ0 e2 c0 / (2 h) | 7,297 352 5698 (24) · 10−3
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| α−1 | 137,035 999 074 (44)
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| Elektron | |||
| - Elektronenmasse | me | 9,109 382 91 (40) · 10−31 kg
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| 5,485 799 0946 (22) · 10−4 u
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| Me | 5,485 799 0946 (22) · 10−7 kg/mol
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| - Gyromagnetisches Verhältnis des freien Elektrons |  |
1,760 859 708 (39) · 1011 s−1
T−1
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| - Klassischer Elektronenradius | re | 2,817 940 3267 (27) · 10−15 m
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| - Landé-Faktor des freien Elektrons | ge | −2,002 319 304 361 53 (53)
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| - Magnetisches Moment | μe | −9,284 764 30 (21) · 10−24 J/T
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| - Spezifische Ladung | e/me | −1,758 820 088 (39) · 1011 C / kg
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| Neutron | |||
| - Masse | mn | 1,674 927 351 (74) · 10−27 kg
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| 1,008 664 916 00 (43) u
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| - Gyromagnetisches Verhältnis |  |
1,832 471 79 (43) · 108 1/(s·T)
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| - Magnetisches Moment | μn | -0,966 236 47 (23) · 10−26 J/T
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| Proton | |||
| - Masse | mp | 1,672 621 777 (74) · 10−27 kg
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| 1,007 276 466 812 (90) u
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| - Gyromagnetisches Verhältnis des Protons |  |
2,675 222 005 (63) · 108 1/(s·T)
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| - Magnetisches Moment | μp | 1,410 606 743 (33) · 10−26 J/T
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| Rydberg-Energie | R∞ch | 13,605 692 53 (30) eV
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| Rydberg-Frequenz | R∞c | 3,289 841 960 364 (17) · 1015 Hz
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| Rydberg-Konstante | R∞ = e4 me / (8 ε02 h3 c) | 1,097 373 156 8539 (55) · 107 1/m
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| Verhältnis von Protonenmasse zu Elektronenmasse | mp/me | 1 836,152 672 45 (75)
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| Vermischtes | |||
| Atomare Masseneinheit | mu, amu, u (g / NA) | 1,660 538 921 (73) · 10−27 kg
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| Faraday-Konstante | F (e · NA) | 96 485,3365 (21) C / mol
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| Hartree-Energie | Eh | 4,359 744 34 (19) · 10-18 J
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| Magnetisches Flussquantum | Φ0 = h/(2e) | 2,067 833 758 (46) · 10−15 Wb
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Konstanz der Naturkonstanten
Ob die Naturkonstanten auch über astronomische Zeiträume hinweg wirklich konstant sind, ist Gegenstand aktueller Forschung. So schienen Messungen der Spektrallinien von Quasaren mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii auf eine leichte Abnahme der Feinstrukturkonstante um etwa ein hundertstel Promille im Verlauf von zehn Milliarden Jahren hinzudeuten. Dieses Resultat war von Anfang an umstritten; zum einen wiesen Forscher auf die unsichere Fehlerabschätzung der Datenauswertung hin, zum anderen gibt es Daten aus der Oklo-Mine in Westafrika, wo vor etwa 2 Milliarden Jahren Uran so stark angehäuft war, dass eine natürliche Kettenreaktion stattfand. Nach diesen Daten hatte die Feinstrukturkonstante damals denselben Zahlenwert wie heute. Neuere Messungen der Spektrallinien von Quasaren mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile widersprechen den früheren Resultaten am Keck-Teleskop und weisen auf die Konstanz der Feinstrukturkonstante hin.
Inzwischen sind Präzisionsmessungen möglich, die etwaige stetige Schwankungen in der Größenordnung, wie sie die Beobachtungen mit dem Keck-Teleskop nahelegen, auch im Labor in kurzen Zeiträumen überprüfen können. Untersuchungen von Theodor Hänsch und seiner Arbeitsgruppe amMax-Planck-Institut für Quantenoptik belegen die Konstanz der Feinstrukturkonstante mit einer Genauigkeit von 15 Nachkommastellen über einen Zeitraum von vier Jahren.
Veränderung der Angaben durch neue Messungen
Wie sich die Angaben der Naturkonstanten durch immer genauere Messungen ändern, hält das Committee on Data for Science and Technology, kurz CODATA, in Dokumenten fest. Das eng mit CODATA zusammenarbeitende National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA veröffentlicht bereits seit einiger Zeit online PDF-Dokumente mit aktuellen Abschätzungen der Werte der physikalischen Konstanten, darunter auch ältere Dokumente, mit denen sich z.B. alle Veränderungen im Zeitraum von 1986 bis 2006 erfassen lassen.
Wikipedia.de
Datum der letzten Änderung: Jena, den: 26.05. 2021