스토니 단위

물리학에서 스토니 단위는 1881년에 처음 제안한 아일랜드 물리학자 조지 존스톤 스토니의 이름을 딴 단위 체계를 형성합니다. 이들은 자연 단위, 즉 선택된 물리 상수가 완전히 정의되고 집합에 포함되도록 설계된 일관된 측정 단위 집합의 가장 초기 예입니다.

단위

양	표현	SI 단위 값
길이(L)	$l_{\text}S}}={\sqrt {\frac {Ge^{2}}{4\pi \epsilon _{0}c^{4}}}}$	1.3807x10m⁻³⁶
질량(M)	$m_{\text}S}}={\sqrt {\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}G}}}$	1.8592×10⁻⁹ kg
시간(T)	$t_{\text}S}}={\sqrt {\frac {Ge^{2}}{4\pi \epsilon _{0}c^{6}}}}$	4.6054x10s⁻⁴⁵
전하(Q)	$q_{\text}S}}=~e$	1.6022x10C⁻¹⁹

Stoney가 자신의 단위 집합을 정의할 때 사용한 상수는 다음과 같습니다.^[1]^[2]

$c$ , 진공에서의 빛의 속도,
$G$ , 중력 상수,
$e$ , 전자의 전하.

후대의 저자들은 다음을 포함했습니다.^[3]^[4]

$4$ $πε$ , 역 쿨롱 상수,

이는 일관된 Stoney 단위로 표현했을 때 이 모든 상수의 수치가 1과 같다는 것을 의미합니다.

{aligned}c&=1\l_{\text}S}}\cdot t_{\text{S}}^{-1}\\G&=1\ l_{\text{S}}^{3}\cdot t_{\text{S}}^{-2}\cdot m_{\text{S}}^{-1}\\k_{\text{e}}&=1\ l_{\text{S}}^{3}\cdot t_{\text{S}}^{-2}\cdot m_{\text{S}}\cdot q_{\text{S}}^{-2}\\e&=1\ q_{\text{S}\end{align}}

Stoney 단위에서 감소된 플랑크 상수의 수치는

\hbar ={\frac {1}{\alpha}}~l_{\text{S}}^{2}\cdot t_{\text{S}}^{-1}\cdot m_{\text{S}}\approx 137.036~l_{\text{S}}^{2}\cdot t_{\text{S}}^{-1}\cdot m_{\text{S}}^{~}

$여기$ 서 α는 미세 구조 상수입니다.

역사

조지 스토니(George Stoney)는 전하가 양자화되었다는 것을 최초로 이해한 과학자 중 한 명이었습니다. 이 양자화와 그가 보편적이라고 인식한 세 가지 상수(전자기력에서 나오는 속도, 정전기 및 중력 방정식의 계수)로부터 그는 현재 자신의 이름을 딴 단위를 도출했습니다.^[5]^[6] 스토니가⁻²⁰ 도출한 10암페어초 단위의 전하량 추정치는 1 표준 온도와 압력에서 1입방 밀리미터의 기체에 존재하는 분자의 수에 대한 근사값 10을 사용하여 스토니로 인한 전자 전하의 현대적인 값의 ⁄16. 아보가드로 상수 6.02214×10²³ 몰과⁻¹ 22.4146×10⁶ mm의³ 조건에서 그램 분자의 부피에 대한 현대 값을 사용하면 Stoney의 10이¹⁸ 아니라 현대 값이 2.687×10이¹⁶ 됩니다.

스토니 단위 및 플랑크 단위

Stoney의 기본 단위 집합은 30년 후 플랑크가 독자적으로 제안한 플랑크 단위에서 사용되는 것과 유사합니다. 여기서 플랑크는 기본 전하를 대신하여 플랑크^[a] 상수를 정규화했습니다.^[8]

플랑크 단위는 특히 양자중력(끈 이론 포함)을 위해 현대 물리학에서 스토니 단위보다 더 일반적으로 사용됩니다. 드물게 플랑크 단위를 플랑크-스톤 단위라고 합니다.^[8]

Stoney 길이와 Stoney 에너지를 통칭하여 Stoney scale이라고 하며, 플랑크 길이와 플랑크 에너지인 플랑크 스케일에서 멀지 않습니다. 스토니 스케일과 플랑크 스케일은 양자 과정과 중력이 함께 일어나는 길이와 에너지 스케일입니다. 따라서 이러한 규모에서 통합된 물리학 이론이 필요합니다. 스토니 척도로부터 그러한 이론을 구성하려는 유일한 주목할 만한 시도는 헤르만 바일의 것이었는데, 그는 스토니 길이와^[9]^[10]^[11] 중력 단위를 연관시켰고, 디랙의 큰 수 가설에 매료된 것으로 보입니다.^[12] 그 이후로 스토니 척도는 여전히 때때로 논의되고 있지만 현대 물리학의 발전에서 크게 소홀해졌습니다.^[13]

길이, 시간 및 질량의 플랑크 단위에 대한 스토니 단위의 ${\sqrt {\alpha }}$ 은 α ${\sqrt {\alpha}$ 이며 ${\sqrt {\alpha }}$ 여기서 $\alpha$ $\alpha$ 는 미세 구조 상수입니다: $l_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,l_{\text{P}};$ S = $l_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,l_{\text{P}};$ $l_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,l_{\text{P}};$ {\ $displaystyle$ $l_{\text$ } $S}}={\sqrt {\alpha }}\,l_{\text{$ $P};}$ $l_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,l_{\text{P}};$ $m_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,m_{\text{P}};$ $=$ $m_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,m_{\text{P}};$ $m_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,m_{\text{P}};$ $m_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,m_{\text{P}};$ ; $displaystyle m_{\text{$ $S}}={\sqrt {\alpha }}\,m_{\text{$ $P};}$ $m_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,m_{\text{P}};$ $t_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,t_{\text{P}};$ $=$ $t_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,t_{\text{P}};$ $t_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,t_{\text{P}};$ $t_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,t_{\text{P}};$ ; $displaystyle t_{\text{$ $S}}={\sqrt {\alpha }}\,t_{\text{$ $P};}$ $q_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,q_{\text{P}}.$ $q_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,q_{\text{P}}.$ $=$ α $q_{\text{S}}={\sqrt {\alpha }}\,q_{\text{P}}.$ P. $displaystyle q_{\text{$ $S}}={\sqrt {\alpha }}\,q_{\text{$ $P}}.$

참고 항목

메모들

^ 현대적인 사용에서 플랑크 단위는 플랑크 상수 대신 감소된 플랑크 상수를 정규화하는 것으로 이해됩니다.

참고문헌

^ 레이, T.P. "스톤의 기본 단위" Irish Astronomical Journal, Vol. 15, P. 152, 1981 15 (1981): 152.
^ Stoney, G. Johnstone (May 1881). "LII. On the physical units of nature". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 11 (69): 381–390. doi:10.1080/14786448108627031. ISSN 1941-5982.
^ Barrow, John D.; Tipler, Frank (1988), The anthropic cosmological principle, Oxford University Press, p. 291, ISBN 978-0-192-82147-8
^ Flowers, Jeff; Petley, Brian (2004), "Constants, Units and Standards", in Karshenboim, Savely G.; Peik, Ekkehard (eds.), Astrophysics, clocks and fundamental constants, Springer, p. 79, ISBN 978-3-540-21967-5
^ Stoney, G. (1881), "On The Physical Units of Nature", Phil. Mag., 11: 381–391
^ Stoney, G. Johnstone (1883), "On The Physical Units of Nature", The Scientific Proceedings of the Royal Dublin Society, 3: 51–60, retrieved 2010-11-28
^ O'Hara, J. G. (1993), George Johnstone Stoney and the Conceptual Discovery of the Electron, Occasional Papers in Science and Technology, vol. 8, Royal Dublin Society, pp. 5–28
^ ^a ^b Barrow, John D. (2004), "Outer Space", in Penz, François; Radick, Gregory; Howell, Robert (eds.), Space: in science, art and society, Cambridge University Press, p. 191, ISBN 978-0-521-82376-0
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^ Uzan, Jean-Philippe (2011), "Varying Constants, Gravitation and Cosmology", Living Rev. Relativ., 14 (1): 15–16, arXiv:1009.5514, Bibcode:2011LRR....14....2U, doi:10.12942/lrr-2011-2, PMC 5256069, PMID 28179829
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외부 링크

[8] 현대적인 사용에서 플랑크 단위는 플랑크 상수 대신 감소된 플랑크 상수를 정규화하는 것으로 이해됩니다.

[1] 레이, T.P. "스톤의 기본 단위" Irish Astronomical Journal, Vol. 15, P. 152, 1981 15 (1981): 152.

[2] Stoney, G. Johnstone (May 1881). "LII. On the physical units of nature". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 11 (69): 381–390. doi:10.1080/14786448108627031. ISSN 1941-5982.

[3] Barrow, John D.; Tipler, Frank (1988), The anthropic cosmological principle, Oxford University Press, p. 291, ISBN 978-0-192-82147-8

[4] Flowers, Jeff; Petley, Brian (2004), "Constants, Units and Standards", in Karshenboim, Savely G.; Peik, Ekkehard (eds.), Astrophysics, clocks and fundamental constants, Springer, p. 79, ISBN 978-3-540-21967-5

[5] Stoney, G. (1881), "On The Physical Units of Nature", Phil. Mag., 11: 381–391

[6] Stoney, G. Johnstone (1883), "On The Physical Units of Nature", The Scientific Proceedings of the Royal Dublin Society, 3: 51–60, retrieved 2010-11-28

[O'Hara1-7] O'Hara, J. G. (1993), George Johnstone Stoney and the Conceptual Discovery of the Electron, Occasional Papers in Science and Technology, vol. 8, Royal Dublin Society, pp. 5–28

[Penz-9] Barrow, John D. (2004), "Outer Space", in Penz, François; Radick, Gregory; Howell, Robert (eds.), Space: in science, art and society, Cambridge University Press, p. 191, ISBN 978-0-521-82376-0

[Tomilin1-10] Tomilin, K. (2000), "Natural System of Units", Proc. of the XX11 International Workshop on High Energy Physics and Field Theory: 289

[Weyl1-11] Weyl, H. (1918), "Gravitation und Elekrizitaet", Koniglich Preussische Akademie der Wissenschaften: 465–78

[Weyl2-12] Weyl, H. (1919), "Eine Neue Erweiterung der Relativitaetstheorie", Annalen der Physik, 59: 101–103

[Gorelik1-13] Gorelik, G. (2002), "Hermann Weyl and Large Numbers in Relativistic Cosmology", in Balashov, Y.; Vizgin, V. (eds.), Einstein Studies in Russia, Birkhaeuser

[14] Uzan, Jean-Philippe (2011), "Varying Constants, Gravitation and Cosmology", Living Rev. Relativ., 14 (1): 15–16, arXiv:1009.5514, Bibcode:2011LRR....14....2U, doi:10.12942/lrr-2011-2, PMC 5256069, PMID 28179829

[15] Duff, M. J.; Okun, L. B.; Veneziano, G. (2002-03-09), "Trialogue on the number of fundamental constants", Journal of High Energy Physics, 2002 (3): 3, arXiv:physics/0110060, Bibcode:2002JHEP...03..023D, doi:10.1088/1126-6708/2002/03/023, ISSN 1029-8479, S2CID 15806354

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