基本常數

自然界存在一些重要的基本常數(通用常數)fundamental constants(universal constants)，這些參數遍及各處都是不變的。例如質子和電子的電荷e、質子的質量

、電子的質量

、光在真空中的速度c、普朗克常數h、玻爾茲曼常數k等。為什麼説它們是自然界重要的基本常數？下面舉幾個例子説明。

這一數據是國際科技數據委員會的最新(1998年12月3日)推薦值(下同)。其中C為電荷的單位庫侖。

自然界所有物質的電荷都是e的整數倍。所以物質的電荷不是連續的，而是一份一份的，最小份額就是e，這就是通常所説的物質電荷是量子化的。e是電荷的基本單元。

近代物理學預言了夸克的存在，認為每個夸克攜帶1/3e或2/3e的電荷，稱為分數電荷。分數電荷的預言引起了人們的極大震動，因為這將打破e是電荷基本單元的概念。但是到目前為止尚未發現自由的夸克，也就是説分數電荷的假設還沒有得到證實，人們仍然維持着e是電荷基本單元的概念。

質子和電子的質量是另外兩個重要的基本常數，它們的現代測定值為：

質子和電子都存在各自的反粒子，即負質子和正電子，它們的質量分別和質子、電子的質量相等，電荷和質子、電子的符號相反而數值相等。質子、電子和負質子、正電子分別互為反粒子，即質子、電子分別也是負質子、正電子的反粒子。

基本粒子族羣中有許多粒子，除了光子和中微子等靜止質量為零或接近零的粒子外，自由粒子中，只有質子、電子和它們的反粒子是穩定粒子，其餘都是不穩定的。因此這幾種粒子的電荷和質量顯得格外突出，為什麼這樣一個數值就能形成穩定的粒子，而其他數值就都是不穩定的，其中必有緣故。可以認為

等數據中包含了自然界的重大秘密。

正、負質子、電子和各自的反粒子相遇時將發生湮滅，轉化為其他粒子。既然負質子、正電子和它們的反粒子非常相似，而我們周圍的世界又都由質子和電子構成，為什麼很少見到負質子和正電子呢?有人認為，宇宙中存在另一個世界，基本上由負質子和正電子構成，不過那個世界離我們生活的世界十分遙遠，人類是難以到達的。幸虧它們相距遙遠，這兩個世界不能相遇，否則勢必引發湮滅反應，造成兩敗俱傷。是不是真的存在一個由負質子和正電子構成的世界?這也只是一種猜測，有待進一步證實。

c是光在真空中的傳播速度，也就是光子的運動速度，是另一個奇妙的物理量。

就目前瞭解，光速是物質運動的速度極限。光速的另一個奇妙的特性是，在不同速度的座標系中測量的光速都是相同的，稱為光速不變原理。這就是説，不論光源是否在運動，測得的光速都是c。這是不可思議、有悖於常理的。根據我們的經驗，在不同速度的座標系中測定的物體速度是不同的，例如飛機中靜止的物體，地面上人看來正在高速運動中。但是光速卻不是這樣。

愛因斯坦根據光速不變性原理創建了狹義相對論，給出了以下兩個公式，顯示了光速的另外一層意義：

第一個式子表示物體的質量m隨物體速度v的增加而增加。通過這個關係，將質量和速度兩個物理量聯繫了起來。其中

為靜止質量，當速度v接近光速c時，質量m將趨於無限大。從這一點也可以説明c是物體的速度極限。

第二個式子稱為質能關係，與質量m相聯繫的是能量

。通過這個關係，將質量和能量這兩個物理量聯繫了起來，在核能利用中發揮了重要的作用。

為什麼在座標變換中光速是一個不變量?為什麼光速是物體速度的極限?能不能打破這個極限?能不能預言光速的準確值?這些都是極有興趣的大問題，也都是難以回答的自然界的基本問題。

下面列出常見基本常數：