Luonnonvakio

Luonnonvakio on suure, jonka numeerinen arvo on universaali eli riippumaton paikasta tai ajasta. Luonnonvakiota voidaan verrata matemaattiseen vakioon, kuten piihin. Luonnonvakioita ovat muun muassa Planckin vakio h, valon nopeus tyhjiössä c, gravitaatiovakio γ ja tyhjiön permittiivisyys eli sähkövakio ε0. Näiden ilmoitetut lukuarvot saattavat muuttua historian saatossa, mutta se johtuu mittaustekniikoiden parantumisesta tai käytetystä yksikköjärjestelmästä, ei vakion arvon muuttumisesta. 

Vuonna 1937 Paul Dirac esitti, että vakiot saattavat pienentyä suoraan verrannollisesti maailmankaikkeuden ikään. Sittemmin on kokeellisesti pyritty etsimään hypoteettisen luonnonvakioiden muuttumisen ylärajaa aikayksikköä kohti. Protonin ja elektronin massojen suhde on pysynyt 0,00001 prosentin tarkkuudella samana ainakin viimeiset seitsemän miljardia vuotta.

Dimensiolliset ja dimensiottomat luonnonvakiot 
Dimensiollisten luonnovakioiden lukuarvo riippuu käytettävistä yksiköistä. Koska yksiköt ovat vain sopivasti määriteltyjä määriä suuretta, ei mikään teoria voi ennustaa dimensiollisten luonnonvakioiden arvoja. Esimerkiksi valonnopeus määritellään tavallisesti yksiköllä metriä per sekunti, jolloin saadaan arvoksi 299 792 458. Jos valonnopeus määriteltäisiin vaikkapa kilometreinä sekunnissa, olisi sen arvo 299 792,458.

Dimensiottomien luonnonvakioiden lukuarvot eivät riipu käytettävistä yksiköistä, koska yksiköt supistuvat pois. Ne ovat tavallisesti saman dimensioisten vakioiden osamääriä. Koska dimensiottomat vakiot ovat pelkkiä lukuja on mahdollista, että jokin tulevaisuuden teoria ennustaa niiden arvon. Kaikki luonnonlait voidaan ilmaista ilman dimensiollisia luonnonvakioita poistamalla yhtälöistä kaikki yksiköt (), jolloin jäljelle jää vain dimensiottomia vakioita. Tämän vuoksi dimensiottomia vakioita kutsutaan myös perustavanlaatuisiksi luonnonvakioiksi ().

Hienorakennevakio α on yksi tunnetuimmista dimensiottomista vakioista. Sen arvo on mitattu varsin tarkasti (7,297 352 5376 x 10-3)
, mutta sitä ei ole lukuisista yrityksistä huolimatta toistaiseksi pystytty johtamaan mistään teoriasta. Toinen tunnettu esimerkki on protonin ja elektronin massojen suhde eli  mp/me, joka on lukuarvoltaan noin 1836,152 672 47.

Osalle luonnonvakioista voidaan nykyisin ilmoittaa tarkat arvot, koska SI-järjestelmässä perusyksiköt on määritelty niiden avulla.

Yleiset luonnonvakiot

Sähkömagneettiset vakiot 
<noinclude>

Atomi- ja ydinfysiikan vakiot 
{| class="wikitable"
|-
!Vakio
!Tunnus
!Arvo
!Suhteellinen epätarkkuus
|- 
| colspan=1 |Bohrin säde
|
|5,291 772 108(18) × 10−11 m
|3,3 × 10−9
|-
| colspan=1 |Klassinen elektronin säde
|
|2,817 940 2894(58) × 10−15 m
|2,1 × 10−9
|-
| colspan=1 |Elektronin massa
|
| 9,109 382 15(45) × 10−31 kg
|5,0 × 10−8
|-
|colspan=1 | Fermin kytkentävakio
|
|1,166 39(1) × 10−5 GeV−2
|8,6 × 10−6
|-
|colspan=1 |Hienorakennevakio
|
|7,297 352 537 6(50) × 10−3
|6,8 × 10−10
|-
|colspan=1 |Hartreen energia
|
|4,359 744 17(75) × 10−18 J
|1,7 × 10−7
|-
|colspan=1 |Protonin massa
|
| 1,672 621 637(83) × 10−27 kg
|5,0 × 10<sup>−8<sup>
|-
|colspan=1 |Kiertoliikekvantti
|
|3,636 947 550(24) × 10−4 m² s−1
|6,7 × 10−9
|-
|colspan=1 |Rydbergin vakio
|
|10 973 731,568 525(73) m−1
|6,6 × 10−12
|-
|colspan=1 |Thomsonin vaikutusala
|
|6,652 458 73(13) × 10−29 m²
|2,0 × 10−8
|-
|colspan=1 |Weinbergin kulma 
|
|0,222 15(76)</td>
3,4 × 10−3
|-
|}<noinclude>

Kemian ja termodynamiikan vakiot 
<noinclude>

Lähteet