Mi egy állandó a kémiában/fizikában?

Olyan fizikai mennyiségek, amik nem változnak, ha a fene fenét eszik akkor sem, legalábbis jelenlegi tudásunk szerint. Hadd mutassam be egy példával.

Megy egy kocsi. Lefékez. A sebessége eleinte volt mondjuk 31,11 m/s, de a fékezés után csak 11,55 m/s, ezért ez nem állandó.

Megy ugyanez a kocsi 31,11 m/s-al. Te elindulsz egy másikkal 20 m/s-al. Mostmár úgy látod, hogy az első kocsi sebessége 11,11 m/s, ha vele megegyező irányba mész, és úgy, hogy 51,11, ha vele ellentétes irányba.

Ezzel szemben a fény sebessége vákuumban mindig 300 000 km/s (megközelítőleg), akkor is, ha mész bármilyen irányba (a miértre a relativitásban keresd a választ, ennek kifejtésére nem vállalkozom).

Hasonlóképp, egy mól anyagban mindig 6,023*10^23 molekula lesz, bármerre mész, bárhol vagy.

Többtíz állandó van, ha nem többszáz, ezek közül én kettőt ragadtam ki, egyet a fizika és egyet a kémia területéről, de biztosíthatlak, hogy ha ráguglizol a "list of constants" kifejezésre, annyit fogsz kapni, amennyit akarsz, és talán még felét sem fogod megérteni, hogy mire hasznos.

Csak kiemelem, hogy állandónak nem azt mondjuk, hogy egy szám nem változik, hanem egy képletekben egységesen használt számot, amelynek az értéke attól függ, hogy azt a mennyiséget milyen mértékegységrendszerben fejezzük ki. A gravitációs állandó egy szorzótényező a tömegvonzás képletében, azért, mert a számításként (m1·m2/r²) kapott eredményt még meg kell szorozni 6,67384·10^-11 értékkel, hogy az 1 méter és 1 kilogramm esetére kiszámolt eredményben pont 1 newton jöjjön ki.

Ezek az állandó szorzók azért kapják az ilyen-olyan "állandó", nevet, mert a megfigyelésünk szerint ezek minden helyzetben ugyanannyinak veendők, és a mérések azt igazolják, hogy ezek a szorzók mindig ugyanannyinak jönnek ki. Ha a Világegyetem valamelyik részén kiderülne, hogy a gravitációs állandó (csak például) nem annyi, mint a Földön, az egy kicsit másféle viselkedésű természetet eredményezne, már pályákon keringenének a bolygók, más lenne a súly.

Szerintem ezek a válaszok azt "állandóság"-ra mondanak példát, de a kérdező pont azt kérdezi miért állandók.

(itt most nem az a fontos milyen mértékrendszerben)

Véleményem szerint állandónak tapasztaljuk azokat az arányokat, mutatókat, amelyek mélyebb, geometriai vagy más fizikai összefüggésrendszer szerint bármely faktor aránymódosítása esetében szükségszerűen előidézik más faktorok, komponensek aránymódosulását, így a közöttük tapasztalt összefüggés változatlan marad, és az újra és újra megállapított viszonyszám a mért paraméterek között újra és újra ugyanannak adódik.

Szerintem a g-vel mind földfelszíni gravitációs gyorsulás állandóval érvelni nem jó, hiszen nevében is van, csak akkor állandó, ha a föld középpontjától adott távolságra mérem, azaz változik a sugárral.

Jobb példa a fénysebesség, mert ott a négydimenziósan felírt téridő-egyenletek értelmében minden mérési pont saját szemszögéből ugyanannyinak tapasztalja, függetlenül a megfigyelőtől. Azaz invariáns, mindentől független állandó.

Sok kváziállandó és nem olyan sok valódi állandó van, ezeket azért illik különválaszztani. Nagyon sok szakma alkalmaz sokféle, maga tárgyalási területén állandónak tekintett gyakorlati számokat, amelyek azért mégis függenek valamitől, csak konvenció szerint megállapodunk valamiben. (pl. olvadáspontok, fajhők, mindenféle mechanikai és dinamikai állandók stb..) és jóval kevesebben vannak a valódi invariáns állandók. És még meg merem kockáztatni, ezekről az állandókról is kiderülhet, hogy nem is olyan állandók...

Maga az állandók léte inkább arra utal egy elméleti fizikusnak, hogy a konkrét mérés felett, valamilyen alapvető természeti törvény, geometriai szükségszerűség "okozza" hogy bizonyos dolgot állandónak mérünk.

Ezek a "nagyon állandók":

- fénysebesség, nevével ellentétben nem a konkrét sebességérték, hanem egy geometriai invariáns összefüggés

azaz nem azt mondja, mennyi, hanem hogy invariáns!

- finomszerkezeti állandó, a híres 1/137, kvantum-elektrodinamika (a fénysebesség, Planck-állandó, és vákkum-permittivitás arányszáma). Misztikusan fogalmunk sincs miért, de enélkül kidobhatjuk a kvantum-elektrodinamika egyenleteit, alkalmazásával viszont megkapjuk a megfigyelt valóságot. Egyik legnagyobb rejtély.

- Boltzmann-állandó, test hőmérséklete és energiája közti kapcsolat. Csak ezzel stimmel a valóság az elmélettel...

- Planck-állandó, egységnyi közvetíthető energiakvantum.

Fogalmunk sincs miért pont ennyi.

- Egységnyi töltések

Elektron vagy protontöltés, újabban inkább az az 1/3 többszörös kvarktöltések egysége. Fogalmunk sincs, miért pont ennyi, értékük nélkül nincs részecskefizika és megmaradási tételek. Vannak más, misztikusabb töltések is, hasonlóan fogalmunk sincs, de megmaradási tételek épülnek rájuk.

- Elemi részek nyugalmi tömegei

Fogalmunk sincs, de pontos bevezetésükkel stimmelnek a valóság mérései az elmélethez képest. fenti kettő nélkül nincs Standard Modell. (azaz a szép elméletet telerondítja, hogy a felvázolt meséhez körítésként meg kell választani önkényesen egy halom tömeget, töltést, és állandót, felülről bele kell tölteni)

Kicsit mélyvízbe kérdeztél, valójában ha tényleg a téridő-mélyösszefüggésekből levezethetők, akkor ez segíthet annak a bizonyos nem ismert térmodellnek a megalkotásában (pl. manapság népszerű n-dimenziós húr/bránelméletek), sőt feltételezik hogy az Univerzum geometriai méretének és különböző fázisállapotainak függvényében lassan (DE néha akár ugrásszerűen) is változhatnak, sőt szükségszerűen akár változnak is.

Így még az is lehetséges, hogy a ma tapasztalt állandók valójában csak az Univerzum mai állapotában, és csak ilyen kis időszeletekben mérve (emberiség párezer éve stb.) állandók. Ez egy nyitott kutatási terület, és kérdéses, hogy valaha megválaszolható kérdéseket feszeget-e.