Naturkonstanten

Naturkonstanten sind Fundamentale Größen der Physik, die unverändert universell gelten und grundlegende Eigenschaften der Natur beschreiben. Sie treten in den Gleichungen der Natur je nach Theorie als feste Zahlen auf und dienen als Bausteine vieler physikalischer Modelle. Einige tragen die Bezeichnung Gravitationskonstante oder Plancksches Wirkungsquantum, andere definieren Maßeinheiten oder charakterisieren das Verhalten von Teilchen und Feldern.

Beispiele für Naturkonstanten sind die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c, das Plancksche Wirkungsquantum h, die elementare Ladung e, die Boltzmann-Konstante kB und die Avogadro-Konstante NA. In der Elektrodynamik spielen auch die Proportionen μ0 und ε0 eine Rolle. Die Feinstrukturkonstante α ≈ 1/137 ist eine dimenslose Konstante, die die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung beschreibt. Es gibt weitere dimensionslose Konstanten, wie Quanten- bzw. Partikel-Masseverhältnisse, die unabhängig von gewählten Einheiten betrachtet werden.

Unterscheidung: Viele Naturkonstanten sind dimensionsbehaftet (sie enthalten Einheiten wie m, s, kg). Ihr numerischer Wert hängt vom gewählten Einheitensystem ab. Dimensionslose Konstanten dagegen bleiben unabhängig von Einheiten fest und tragen daher eine besonders grundlegende Bedeutung in der Theorie.

Rolle in der Praxis: Seit der Neudefinition der SI-Einheiten 2019 sind mehrere Größeneinheiten durch feste Werte von Naturkonstanten definiert, etwa c und h, sowie e, kB und NA. Naturkonstanten ermöglichen auch die Bildung natürlicher Einheiten, in denen bestimmte Konstanten auf 1 gesetzt sind (Planck-Einheiten). In der Forschung wird geprüft, ob sich Konstanten zeitlich oder räumlich verändern, was neue Physik anzeigen könnte.