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Costante fisica: differenze tra le versioni

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Una '''costante fisica''' è una [[grandezza fisica]] oppure un [[numero adimensionale]] che è universale in natura e indipendente dall'istante e dal luogo in cui viene misurata (costante di natura)<ref name="CostantiDiNatura">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |p=9|capitolo=Prima dell'inizio}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref>. Al contrario di una [[costante matematica]], essa non può prescindere dall'operazione di misura.
 
Ci sono molte costanti in natura, molte delle quali sono riconducibili a combinazioni della [[costante di Planck]] ''ħ'', la [[costante di gravitazione universale]] ''G'', la [[velocità della luce]] nel vuoto ''c'', la [[costante dielettrica del vuoto]] ε<sub>0</sub>, e la [[carica elementare]] ''e''. Le costanti sono prevalentemente grandezze dimensionate, anche se ci sono esempi di costanti adimensionali come per esempio il rapporto tra la masse del protone e la massa dell'elettrone o la [[costante di struttura fine]]. Sono spesso legate ad un'interpretazione di un fenomeno, oppure assumono significato specifico all'interno del modello teorico che le definisce.
 
== Costanti fisiche dimensionali e adimensionali ==
Il valore numerico delle costanti fisiche dimensionali dipende dal sistema di unità di misura usato, per esempio il [[Sistema Internazionale]] o il [[Sistema CGS]]. Tali sistemi scelgono arbitrariamente come unità grandezze che non rappresentano la misura di un fenomeno fisico universalmente valido, ma grandezze "comparabili" con quelle dell'esperienza umana; nella definizione delle unità di misura "umane" sulla base di fenomeni fisici universali sono introdotti dall'uomo coefficienti arbitrari, come per esempio il numero 9192631770 nella definizione di [[secondo]], coefficienti che hanno lo scopo di avere a disposizione un'unità di misura "maneggevole"<ref name="UnitàUmane">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |p=14-18|capitolo=Viaggio verso la realtà ultima}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref>.
 
Risulta pertanto evidente che i valori numerici delle costanti fisiche espressi in unità di misura che hanno un elemento di arbitrarietà introdotto dall'[[uomo]], come per esempio quello della [[velocità della luce]] ''c'' espresso in metri al secondo (299792458), non sono valori che le teorie fisiche possono predire.
 
Utilizzando un sistema di misura basato su "standard extraumani",<ref name="StandardExtraumani">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |capitolo=Standard extraumani}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref> come le [[unità naturali]] proposte da [[George Johnstone Stoney]]<ref name="ScalaStoney">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |p=22-28|capitolo=Viaggio verso la realtà ultima}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref> o quelle successivamente proposte da [[Max Planck]]<ref name="UnitàPlanck">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |p=28-35|capitolo=Viaggio verso la realtà ultima}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref>, una opportuna teoria potrebbe arrivare a predire il valore numerico di tali costanti.
 
I rapporti di grandezze fisiche simili non dipendono dal sistema di misura, quindi sono [[numero adimensionale|numeri puri]] il cui valore potrebbe essere predetto da una teoria fisica. Inoltre tutte le equazioni che descrivono [[legge fisica|leggi fisiche]] possono essere espresse senza l'uso di costanti fisiche dimensionali, mediante un processo chiamato [[adimensionalizzazione]] e usando solo costanti adimensionali. I fisici teorici tendono a considerare queste quantità adimensionali come [[costante fisica fondamentale|costanti fisiche fondamentali]]. Tuttavia l'espressione ''costante fisica fondamentale'' è anche usata in altri modi. Per esempio il [[NIST|National Institute of Standards and Technology]] [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/] la usa per riferirsi a qualsiasi costante universale che si ritiene essere costante, come la velocità dalla luce ''c''.
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Alcuni scienziati hanno speculato che le costanti fisiche possano variare con l'[[età dell'universo]]. Nessun esperimento scientifico ha potuto [[Principio di falsificabilità|falsificare]] l'ipotesi di costanza nel tempo, ma si è riusciti a porre un limite superiore alla variazione massima relativa, per esempio circa 10<sup>−5</sup> per anno per la costante di struttura fine e 10<sup>−11</sup> per la costante di gravitazione universale.
 
[[Paul Dirac]] nel [[1937]] ipotizzò che la "costante" di gravitazione universale G fosse inversamente proporzionale all'età dell'universo<ref name="IpotesiDirac">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |p=99|capitolo=Il mistero dei grandissimi numeri}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref>; questa ipotesi fu dimostrata inattendibile nel [[1948]] da [[Edward Teller]], poiché avrebbe comportato nel passato che la [[Terra]] fosse molto più calda e che gli [[oceani]] sarebbero stati in [[ebollizione]] fino a 200/300 milioni di anni fa, quindi la [[vita]] come la conosciamo non sarebbe apparsa.<ref name="ConfutazioneTeller">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |pp=99-100|capitolo=Il mistero dei grandissimi numeri}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref>
 
[[George Gamow]] suggerì successivamente che la [[carica elementare]] ''e'' crescesse proporzionalmente alla radice quadrata dell'età dell'universo, ma anche questa ipotesi fu scartata poiché il valore di ''e'' in passato sarebbe stato troppo piccolo per consentire la nascita di [[stelle]] come il [[Sole]].<ref name="IpotesiGamow">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |pp=100-101|capitolo=Il mistero dei grandissimi numeri}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref>
 
<!--Attualmente è in discussione [http://www.arxiv.org/abs/hep-th/0208093] [http://xxx.arxiv.gov/abs/physics/0110060]
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{{Vedi anche|Principio antropico}}
{{NN|Fisica|Giugno 2013}}
Alcuni fisici hanno calcolato che se alcune costanti fisiche fossero leggermente diverse il nostro universo sarebbe radicalmente diverso, tale che una forma di vita intelligente analoga alla nostra probabilmente non si sarebbe potuta sviluppare.<ref name="PrincipioAntropico">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |capitolo=Il principio antropico}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref> Il [[principio antropico]] debole afferma che solo grazie al fatto che le costanti fisiche assumono certi valori è possibile che si sviluppi la vita intelligente che è in grado di osservare la natura e di ricavare i valori delle costanti.
 
Per esempio per il [[processo tre alfa]] le costanti che determinano la forza elettromagnetica e la forza nucleare devono stare in un ridotto corridoio di variazione affinché l'abbondanza relativa di [[carbonio]] e [[ossigeno]] prodotta all'interno delle [[stelle]] non sia totalmente sbilanciata dall'una o dall'altra parte.<ref name="ProcessoTreAlfa">{{cita libro|wkautore=John David |Barrow| wkautore=John David | Barrow | I numeri dell'universo| 2003| Mondadori | Milano |pp=146-151|capitolo=Il principio antropico}} ISBN 978-88-04-53248-4</ref>
 
In merito alle costanti fondamentali il principio antropico è basato soprattutto su un'argomentazione [[statistica]] per cui è estremamente improbabile che:
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| [[Equazioni di Maxwell|Equaz.di Maxwell]]
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| [[Costante dielettrica del vuoto]] || ''ε_0''ε<sub>0</sub>
| 8,854&nbsp;187 817... × 10<sup>−12</sup> || F·m<sup>−1</sup>
| [[Equazioni di Maxwell|Equaz.di Maxwell]]
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