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 служат определенные фундаментальные физические константы .

Единицы

Количество	Выражение	Значение в единицах СИ
Длина (L)	${\displaystyle l_{\text{S}}={\sqrt {\frac {Gk_{\text{e}}e^{2}}{c^{4}}}}}$	1,3807⋅10 −36 м
Масса (M)	${\displaystyle m_{\text{S}}={\sqrt {\frac {k_{\text{e}}e^{2}}{G}}}}$	1,8592⋅10 −9 кг
Время (T)	${\displaystyle t_{\text{S}}={\sqrt {\frac {Gk_{\text{e}}e^{2}}{c^{6}}}}}$	4,6054⋅10 −45 с
Электрический заряд (Q)	${\displaystyle q_{\text{S}}=e\ }$	1,6022⋅10 −19 Кл

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

• ${\displaystyle c}$ — скорость света в вакууме,
• ${\displaystyle G}$ — гравитационная постоянная ,
• ${\displaystyle k_{e}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}}$ — постоянная Кулона ,
• ${\displaystyle e}$ — элементарный заряд .

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

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

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

${\displaystyle \hbar ={\frac {1}{\alpha }}\approx 137.0359991,}$

где ${\displaystyle \alpha }$ — 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 1 ⁄ 16 от современного значения заряда электрона. Причина в том, что Стоуни использовал приблизительное значение 10 ¹⁸ для числа молекул, присутствующих в одном кубическом миллиметре газа при стандартной температуре и давлении . Используя современные значения постоянной Авогадро 6,02214⋅10 ²³ моль ^-1 , а для объема грамм-молекулы (при стандартных условиях ) 22,4146⋅10 ⁶ мм ³ , современное значение 2,687⋅10 ¹⁶ , вместо 10 ¹⁸ 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.

Сноски