물리상수
[ Physical constant ]
물리상수는 시간에 따라 값이 변하지 않는 물리량이며, 물질의 특성을 나타내는 물질상수와 개별 물질이나 현상과 관계없이 우주의 어느 공간에서도 같은 값을 갖는 보편상수(universal constant)가 있다. 좁은 의미의 물리상수는 보편상수를 가리키는데, 보편상수는 기본상수(fundamental constant)라고도 하며, 대표적인 예로는 중력상수, 광속, 플랑크상수, 볼츠만상수, 기본전하량 등이 있다.
상수는 시간에 따라 변하지 않는 양이다. 물리상수는 측정에 의해 결정된다는 점에서 원주율(@@NAMATH_INLINE@@\pi@@NAMATH_INLINE@@ = 3.141 592 654)이나 자연로그의 밑(@@NAMATH_INLINE@@e@@NAMATH_INLINE@@ = 2.718 281 828)과 같은 수학적 상수와는 구분된다. 물리상수에는 탄성률, 유전율, 열전도도처럼 물질의 고유한 성질을 나타내는 물질상수와 개별 물질과 관계없이 자연의 근본적인 물리 현상을 기술하는데 나타나는 보편상수가 있다. 한편 용수철의 용수철 상수, RC 회로의 시상수, 지표에서의 태양의 복사 조도(irradiance)를 나타내는 태양상수 등 특정 물리계의 특징을 나타내는 양에도 상수라는 용어가 사용된다.
미국 표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology, NIST)의 홈페이지 중 기본 물리상수 페이지( )에서 보편상수의 최근의 값을 알 수 있다. 그림 1은 이 홈페이지를 갈무리한 것인데, NIST에서는 기본 물리상수(fundamental physical constants)를 '보편(universal)', '전자기적(electromagnetic)', '원자와 핵(atomic and nuclear)'과 '물리화학(physico-chemical)'의 네 범주로 나누고 있다. 이 홈페이지에서 '자주 사용되는 상수(frequently used constants)'를 표 1에 옮겨 놓았다. 이 표의 값에서 괄호 안의 숫자는 표준 불확실성인데, 이 숫자가 @@NAMATH_INLINE@@n@@NAMATH_INLINE@@ 자릿수이면 앞의 숫자의 마지막 @@NAMATH_INLINE@@n@@NAMATH_INLINE@@ 자리에 해당하는 불확실성이다. 예를 들어 원자질량단위의 값 1.660 539 040(20) x 10-27에서 괄호 안의 20은 맨 마지막 두 자리 40에 해당하는 숫자, 즉 0.000 000 020이다. 괄호가 없는 진공의 유전율, 진공의 투자율과 진공 중의 광속은 정확한 값이지만, 유전율과 투자율은 무리수이기 때문에 ...이 붙어 있다.
2018년 제26차 국제도량형총회(Conference generale des poids et mesures, CGPM)에서는 킬로그램, 암페어, 켈빈, 몰 등 네 개의 기본단위를 각각 기본상수인 플랑크상수, 기본전하량, 볼츠만상수, 아보가드로수를 바탕으로 재정의하였는데, 이 재정의를 통해 이 네 개의 상수 값은 고정되었다. 이로써 고정된 상수 값들이 표 2에 나열되어 있는데, 이들은 2019년 5월 20일부터 공식 사용된다.
그림 1. NIST의 기본 물리상수 홈페이지 ()
| 이름 | 기호 | 값 |
|---|---|---|
| 원자질량단위 | u | 1.660 539 040(20) x 10-27 kg |
| 아보가드로수 | @@NAMATH_INLINE@@N_A@@NAMATH_INLINE@@ | 6.022 140 857(74) x 1023 mol-1 |
| 볼츠만상수 | @@NAMATH_INLINE@@k_B@@NAMATH_INLINE@@ | 1.380 648 52(79) x 10-27 J·K-1 |
| 전도율 양자 | @@NAMATH_INLINE@@G_0@@NAMATH_INLINE@@ | 7.748 091 7310(18) x 10-5 s |
| 진공의 유전율 | @@NAMATH_INLINE@@\epsilon_0@@NAMATH_INLINE@@ | 8.854 187 817 … x 10-12 F·m-1 |
| 전자의 질량 | @@NAMATH_INLINE@@m_e@@NAMATH_INLINE@@ | 9.109 383 56(11) x 10-31 kg |
| 전자볼트 | eV | 1.602 176 6208(98) x 10-19 J |
| 기본전하량 | @@NAMATH_INLINE@@e@@NAMATH_INLINE@@ | 1.602 176 6208(98) x 10-19 C |
| 페러데이상수 | @@NAMATH_INLINE@@F@@NAMATH_INLINE@@ | 96 485.332 89(59) C·mol-1 |
| 미세구조상수 | @@NAMATH_INLINE@@\alpha@@NAMATH_INLINE@@ | 7.297 352 5664(17) x 10-3 |
| 미세구조상수의 역수 | @@NAMATH_INLINE@@\alpha^{-1}@@NAMATH_INLINE@@ | 137.035 999 139(31) |
| 진공의 투자율 | @@NAMATH_INLINE@@\mu_0@@NAMATH_INLINE@@ | 4@@NAMATH_INLINE@@\pi@@NAMATH_INLINE@@ x 10-7 = 12.566 370 614 … x 10-7 N·A-2 |
| 자기선속 양자 | @@NAMATH_INLINE@@\Phi_0@@NAMATH_INLINE@@ | 2.067 833 831(13) x 10-15 Wb |
| 보편기체상수 | @@NAMATH_INLINE@@R@@NAMATH_INLINE@@ | 8.314 4598(48) J·mol-1·K-1 |
| 중력상수 | @@NAMATH_INLINE@@G@@NAMATH_INLINE@@ | 6.674 08(31) x 10-11 m3·kg-1·s-1 |
| 플랑크상수 | @@NAMATH_INLINE@@h@@NAMATH_INLINE@@ | 6.626 070 040(81) x 10-34 J·s |
| 환산 플랑크상수 | @@NAMATH_INLINE@@\hbar@@NAMATH_INLINE@@ | 1.054 571 800(13) x 10-34 J·s |
| 양성자의 질량 | @@NAMATH_INLINE@@m_p@@NAMATH_INLINE@@ | 1.672 621 898(21) x 10-27 kg |
| 양성자와 전자의 질량 비 | @@NAMATH_INLINE@@m_p / m_e@@NAMATH_INLINE@@ | 1836.152 673 89(17) |
| 뤼드베리상수 | @@NAMATH_INLINE@@R_{\infty}@@NAMATH_INLINE@@ | 10 973 731.568 508(65) m-1 |
| 진공 중의 광속 | @@NAMATH_INLINE@@c@@NAMATH_INLINE@@ | 299 792 458 m s-1 |
| 슈테판·볼츠만 상수 | @@NAMATH_INLINE@@\sigma@@NAMATH_INLINE@@ | 5.670 367(13) x 10-8 W·m-2·K-4 |
| 이름 | 기호 | 값 |
|---|---|---|
| 원자질량단위 | u | 1.660 539 637 … x 10-27 kg |
| 아보가드로수 | @@NAMATH_INLINE@@N_A@@NAMATH_INLINE@@ | 6.022 140 76 x 1023 mol-1 |
| 볼츠만상수 | @@NAMATH_INLINE@@k_B@@NAMATH_INLINE@@ | 1.380 649 x 10-27 J·K-1 |
| 전자볼트 | eV | 1.602 176 634 x 10-19 J |
| 기본전하량 | @@NAMATH_INLINE@@e@@NAMATH_INLINE@@ | 1.602 176 634 x 10-19 C |
| 플랑크상수 | @@NAMATH_INLINE@@h@@NAMATH_INLINE@@ | 6.626 070 15 x 10-34 J·s |
| 환산 플랑크상수 | @@NAMATH_INLINE@@\hbar@@NAMATH_INLINE@@ | 1.054 571 818 … x 10-34 J·s |