Стоуниевские единицы

Сто́униевские едини́цы — в физике образуют систему единиц, названную в честь ирландского физика Джорджа Джонстона Стони, впервые предложившего их в 1881-м году. Они являются первым историческим примером естественных систем единиц, т.е. единиц измерения, разработанных таким образом, что в качестве безразмерных физических единиц служат определенные фундаментальные физические константы.

Единицы

Количество	Выражение	Значение в единицах СИ
Длина (L)	$l_{\text{S}}=\sqrt{\frac{G{k}_{\text{e}}{e}^2}{c^4}}$	Шаблон:Val
Масса (M)	$m_{\text{S}}=\sqrt{\frac{k_{\text{e}}{e}^2}{G}}$	Шаблон:Val
Время (T)	$t_{\text{S}}=\sqrt{\frac{G{k}_{\text{e}}{e}^2}{c^6}}$	Шаблон:Val
Электрический заряд (Q)	$q_{\text{S}}=e$	Шаблон:Val

Набор констант, которые Стоуни использовал в качестве основных единиц, следующий:

• $c$ — скорость света в вакууме,
• $G$ — гравитационная постоянная,
• $k_e=\frac{1}{4\pi {\epsilon }_0}$ — постоянная Кулона,
• $e$ — элементарный заряд.

Это означает, что в единицах Стоуни числовые значения всех этих констант равны единице:

$c=G=k_{\text{e}}=e=1.$

Набор основных единиц Стоуни аналогичен тому, который использовался в единицах Планка, предложенных Планком независимо тридцать лет спустя, но Планк нормализовал постоянную Планка вместо элементарного заряда. (В современном использовании единицы Планка понимаются как нормализующие приведенную постоянную Планка вместо постоянной Планка.) В единицах Стоуни числовое значение приведенной постоянной Планка равно

$\hslash =\frac{1}{\alpha }\approx 137.0359991,$

где $\alpha$ — постоянная тонкой структуры. В современной физике единицы Планка используются чаще, чем единицы Стоуни, особенно в квантовой гравитации (включая теорию струн). Редко единицы Планка называют единицами Планка-Стоуни.

История

Джордж Стоуни был одним из первых учёных, которые поняли, что электрический заряд квантуется; из этого квантования и трех других констант, которые он считал универсальными (скорость из электромагнетизма и коэффициенты в уравнениях электростатической и гравитационной силы), он вывел единицы, которые теперь названы в его честь. Джеймс Г. О'Хара указал в 1974 г., что полученная Стони оценка единицы заряда, 10^-20 ампер-секунд, была Шаблон:Дробь от современного значения заряда электрона. Причина в том, что Стоуни использовал приблизительное значение 10¹⁸ для числа молекул, присутствующих в одном кубическом миллиметре газа при стандартной температуре и давлении. Используя современные значения постоянной Авогадро Шаблон:Val, а для объема грамм-молекулы (при стандартных условиях) Шаблон:Val, современное значение Шаблон:Val, вместо 10¹⁸ Стоуни.

Единицы Стоуни и единицы Планка

Длина и энергия Стоуни, вместе называемые шкалой Стоуни, не так уж далеки от длины, энергии и масштаба Планка. Шкала Стоуни и шкала Планка — это масштабы длины и энергии, на которых квантовые процессы и гравитация происходят вместе. Таким образом, в этих масштабах требуется единая теория физики. Единственной заметной попыткой построить такую теорию на основе шкалы Стоуни была попытка Г. Вейля, который связал гравитационную единицу заряда с длиной Стоуни и, по-видимому, вдохновил Дирака на увлечение гипотезой больших чисел. С тех пор шкала Стоуни в значительной степени игнорировалась в развитии современной физики, хотя время от времени она всё ещё обсуждается.