Naturkonstanten

Naturkonstanten,

 

Fundamentalkonstanten, physikalische Größen, die als von der Natur konstant vorgegeben und im ganzen Universum als gültig angesehen werden. Je nach dem Bereich der Natur, für den sie Bedeutung haben, werden sie auch als atomare Konstanten beziehungsweise Atomkonstanten oder außerhalb der Atomphysik als allgemeine physikalische Konstanten bezeichnet. Zwischen vielen Naturkonstanten bestehen Beziehungen, die es erlauben, eine Naturkonstante mithilfe anderer (den universellen Naturkonstanten) darzustellen.

 

Die wichtigsten universellen Naturkonstanten sind die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c₀ und das plancksche Wirkungsquantum h, die elektrische Feldkonstante ε₀ und die magnetische Feldkonstante μ₀, die Elementarladung e sowie die Ruhemassen m_e und m_p des Elektrons und des Protons, die Avogadro-Konstante N_A und die Boltzmann-Konstante k.

 

Naturkonstanten können nicht aus theoretischen Betrachtungen berechnet, sondern nur direkt gemessen oder indirekt aus Messungen anderer Naturkonstanten abgeleitet werden, beides oft nach unterschiedlichen Methoden. Zur Ermittlung eines konsistenten Satzes von Naturkonstanten aus verschiedenen Messungen wird seit 1920 (R. T. Birge) ein Ausgleichsverfahren nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate angewandt. Die zur allgemeinen Anwendung empfohlenen Werte der Naturkonstanten beruhen auf den Ausgleichsrechnungen der »Task Group on Fundamental Constants« des »Committee on Data for Science and Technology« (CODATA) des »International Council for Science« (ICSU).

 

Naturkonstanten sind aus verschiedenen Gründen für alle Naturwissenschaften von großer Bedeutung: 1) Genauere Werte von Naturkonstanten sind für den kritischen Vergleich von Theorie und Experiment erforderlich. Damit hängt eng zusammen, dass durch Vergleich der Werte von Naturkonstanten, die sich aus Experimenten in verschiedenen Bereichen der Physik ergeben, die Selbstkonsistenz der grundlegenden Theorien geprüft werden kann. 2) Die Messung von Naturkonstanten mit immer größerer Präzision fördert die Entwicklung adäquater Verfahren, die in der Folge häufig anderweitig Anwendung finden. Die Steigerung der Messgenauigkeit um eine weitere Dezimale ist niemals trivial und erfordert gewöhnlich völlig neue Techniken. 3) Naturkonstanten haben eine Schlüsselfunktion bei der Entwicklung eines Systems reproduzierbarer und unveränderlicher Einheiten, einem Grundanliegen der Metrologie. Kann ein Einheitensystem auf Naturkonstanten bezogen werden, so ist es unabhängig von möglicherweise veränderlichen Prototypen. Für das derzeit gültige Einheitensystem (SI) ist dies bereits teilweise erreicht.

 

Literatur:

 

E. R. Cohen u. B. N. Taylor in: Reviews of modern physics, Jg. 59 (Minneapolis, Minn., 1987).