Natuurlijke eenheden

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Natuurlijke eenheden zijn een stelsel van eenheden, gebaseerd op fysische natuurconstanten. Dit staat in tegenstelling tot veel andere eenhedenstelsels, zoals bijvoorbeeld SI-eenheden die steunen op door de mens bedachte grootheden, en dus in zekere zin willekeurig zijn.

Inleiding en eenvoudig voorbeeld[bewerken]

Het basisidee van natuurlijke eenheden is als volgt: men stelt de numerieke waarde van natuurconstanten gelijk aan één. Hierdoor zijn verschillende eenheden op een natuurlijke wijze aan elkaar gerelateerd. Bovendien worden berekeningen vereenvoudigd, aangezien de natuurconstanten (die immers gelijk aan 1 zijn) niet meer expliciet gedefinieerd worden.

Stel bijvoorbeeld dat men reeds een eenheid heeft voor tijd, bijvoorbeeld de seconde, maar nog geen eenheid voor lengte. Men heeft dus al een vastgelegde notie van één tijdseenheid, maar men kan dus nog kiezen wat men definieert als één lengte-eenheid. Als men bovendien heeft gemeten wat de lichtsnelheid is, is er een natuurlijke kandidaat voor de lengte-eenheid: de afstand afgelegd door het licht in één seconde. Als men deze lengte lichtseconde noemt, definieert deze (samen met de seconde) een eenheidsstelsel voor alle metingen van tijden én afstanden. Snelheden hebben dan de eenheid lichtseconde/seconde. Bovendien is de snelheid van het licht in deze eenheden gegeven door:

 c = \frac{1 \textrm{lichtseconde}}{1 \textrm{seconde}} = 1 \textrm{lichtseconde/seconde}

en heeft dus inderdaad de numerieke waarde 1. Dat maakt rekenwerk met formules waarin de lichtsnelheid voorkomt erg eenvoudig.

Drie eenhedenstelsels[bewerken]

In de theoretische natuurkunde zijn natuurlijke eenheden zodanig gekozen dat veel gebruikte natuurconstanten de waarde 1 hebben. Natuurlijke eenheden zijn gedefinieerd als functie van die natuurconstanten. Ze vervangen de SI basiseenheden meter, kilogram, seconde en coulomb.

Hier volgen drie stelsels van natuurlijke eenheden die in deelgebieden van de theoretische natuurkunde gebruikt worden om formules te vereenvoudigen. In alle drie stelsels is de constante van Planck gelijk aan 1.

De fijnstructuurconstante is dimensieloos en behoudt dus, ook in natuurlijke eenheden, zijn waarde 1/137. Dit geeft een verband tussen de natuurconstanten lichtsnelheid en elektronlading. In elk van de stelsels is een keus gemaakt: één van beiden is gelijk aan 1, beiden kunnen niet tegelijk 1 zijn.

Zie ook[bewerken]