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, welke 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 eist dat de numerieke waarde van de natuurconstanten gelijk is aan één. Hierdoor zijn verschillende eenheden aan elkaar gerelateerd op een natuurlijke wijze, en vereenvoudigen bovendien berekeningen, aangezien de natuurconstanten (toch gelijk aan 1) niet meer expliciet geschreven 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.

Samengevat: door een natuurkundige constante gelijk te stellen aan 1, kan men, gegeven één eenheid, op natuurlijke wijze een andere eenheid definiëren. Bijgevolg: het aantal onafhankelijke eenheden daalt. Hierdoor kan men bijvoorbeeld alle eenheden reduceren tot slechts één fundamentele eenheid, waaruit alle andere dan afgeleid zijn.

Voorbeelden[bewerken]

De twee meest gebruikte stelsels van natuurlijke eenheden zijn atoom-eenheden en Planck-eenheden. De eerste zijn veelgebruikt in de atoomfysica, en zetten alle eenheden welke relevant zijn voor de atoomfysica (massa elektron, lading elektron, ...) gelijk aan 1. Planck-eenheden zijn veelgebruikt in theoretische fysica, en stellen alle fundamentele natuurconstanten (lichtsnelheid, constante van Newton, ...) gelijk aan 1.

Beide eenhedenstelsels zijn volledig bepaald, in de zin dat het aantal natuurconstantes die op 1 gezet zijn overeenkomt met het aantal onafhankelijke eenheden. Bijgevolg liggen alle eenheden vast. (In tegenstelling tot het voorbeeldje hierboven, waar de eenheid voor tijd nog willekeurig bepaald was.)

Zie ook[bewerken]