Jednostki w fizyce

Pytanie

Pyta Paweł Zienowicz

W fizyce posługujemy się wieloma jednostkami i stałymi. Od zawsze odnosiłem wrażenie, że konieczność posługiwania się stałymi wynika z tego, że przyjęte przez nas jednostki są subiektywne, a nie obiektywne — związane z nami i naszym postrzeganiem świata, a nie z samą konstrukcją świata. Czy w fizyce próbowano wszystkie jednostki skonstruować tak jak jednostki Plancka, sprowadzając wartości stałych do liczb całkowitych (najlepiej do jedności)? Może wtedy fizyka stałaby się jeszcze bardziej harmonijna i przejrzysta.

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Wiele z wykorzystywanych przez nas jednostek ma charakter subiektywny. Możemy tę subiektywność częściowo wyeliminować korzystając z jednostek Plancka. Jednak nawet jeśli skorzystamy z tych jednostek, to w standardowej teorii oddziaływań silnych i elektrosłabych nie przestaną występować stałe fizyczne, nazywane często parametrami teorii. Są nimi trzy tzw. sprzężenia cechowania (analogiczne do stałej struktury subtelnej), dwa parametry potencjału pola Higgsa, oraz sprzężenia tego pola z polami materii (sprzężenia Yukawy). Wartości tych parametrów mają wpływ na obiektywne fakty fizyczne, np. że elektron jest znacznie lżejszy od kwarku top, albo, że średnia prędkość elektronu w atomie wodoru jest znacznie mniejsza od prędkości światła.

Można zapytać czy możliwe jest istnienie teorii, która byłaby bardziej fundamentalna od naszej obecnej teorii oddziaływań silnych i elektrosłabych, a w której (w jednostkach Plancka) wszystkie parametry wyrażałyby się przez stałe matematyczne (liczby całkowite, $\pi$, itp.). Hipotezy takiej nie można wykluczyć, szczególnie w ramach teorii strun, w której próżniowe wartości oczekiwane pól nazywanych modułami decydują o wartościach parametrów bezwymiarowych przy niskich energiach. Nie udało się jednak dotąd skonstruować żadnego wewnętrznie spójnego modelu opartego na teorii strun, który jednoznacznie przewidziałby znane nam z eksperymentów wartości sprzężeń cechowania, Yukawy, itp.