哈勃常數(shù)、引力常數(shù)、普朗克常數(shù)、玻爾茲曼常數(shù)、光速、π、真空的介電常數(shù)、真空的磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、電阻率、庫(kù)侖常數(shù)，等等…… 常數(shù)家族的隊(duì)伍還在不斷擴(kuò)大。任何學(xué)過(guò)基礎(chǔ)科學(xué)的人都會(huì)遇到至少一個(gè)物理常數(shù)，比如光速或電子的質(zhì)量。這是不可避免的。
科學(xué)家尤其是物理學(xué)家必須記住這些常數(shù)（至少非常熟悉），因?yàn)檫@可以讓很多計(jì)算過(guò)程變得簡(jiǎn)單。但當(dāng)你停下來(lái)思考這些常數(shù)，以及它們所描述宇宙的某方面的性質(zhì)時(shí)，你會(huì)感到不可思議。這些龐大的數(shù)字并不僅僅是為了給我們帶來(lái)計(jì)算上的不便。
我們知道很多常數(shù)的值，但是這些值是怎么來(lái)的呢？這些常數(shù)是科學(xué)家創(chuàng)造的，還是自然存在的？它們對(duì)物理學(xué)意味著什么？它們會(huì)改變嗎？如果會(huì)，我們?yōu)槭裁捶Q它們?yōu)椤俺?shù)”？
這些常數(shù)意味著什么？
哈勃常數(shù)告訴我們宇宙的膨脹及恒星離我們遠(yuǎn)去的速度，最終幫助我們計(jì)算宇宙的年齡。自埃德溫?哈勃于 1929 年首次計(jì)算出它以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去了近 100 年，科學(xué)家們?nèi)栽跔?zhēng)論它的實(shí)際價(jià)值。隨著技術(shù)的每一次飛躍，以及每一臺(tái)新的（更精密的）望遠(yuǎn)鏡問(wèn)世，哈勃常數(shù)都會(huì)“改變”。找到哈勃常數(shù)的精確值仍然是現(xiàn)代天文學(xué)最大的挑戰(zhàn)之一。
引力常數(shù)有時(shí)也被稱為牛頓常數(shù)，是牛頓萬(wàn)有引力定律中使用的比例常數(shù)，用 G 表示。無(wú)論是在地球上、火星上，還是在幾千光年之外的某個(gè)遙遠(yuǎn)的行星上，引力常數(shù)的值都不會(huì)改變。
普朗克常數(shù)給出了粒子頻率與其總能量之間的關(guān)系，這是物理學(xué)世界中的一個(gè)突破性發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槠渲幸粋€(gè)量是波的屬性（頻）)，另一個(gè)是粒子的屬性 (能量)。因此，證明了物質(zhì)的波粒二象性，并最終為量子物理學(xué)的發(fā)展鋪平了道路。
我們可以通過(guò)常數(shù)所代表的東西（物理量）來(lái)定義單個(gè)常數(shù)，但我們能否給幾個(gè)常數(shù)賦予一個(gè)整體的定義（含義）？也就是說(shuō)，我們需要用我們指定的單位來(lái)定義宇宙的某些量，比如米、牛頓、光年和焦耳。
例如，引力常數(shù)的單位 G 是：
當(dāng) G 乘以兩個(gè)物體的質(zhì)量，再除以它們之間距離的平方，就得到了力的單位，牛頓（N）。這正是我們需要的，因?yàn)槲覀兿胫纼蓚€(gè)物體之間的引力：
因此，常數(shù)的數(shù)值將取決于我們使用的單位系統(tǒng)。
那么這是否意味著常數(shù)是人類構(gòu)造的？絕對(duì)不是！這個(gè)定義是關(guān)于常數(shù)的作用，而不是常數(shù)是什么。此外，它也不能定義所有的常數(shù)，因?yàn)橐灿袩o(wú)量綱的常數(shù)，比如著名的圓周率 π。
圓周率是個(gè)無(wú)理數(shù)，并且是超越數(shù)，它出現(xiàn)在自然界的許多現(xiàn)象中。從 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)，到扔石頭時(shí)池塘的漣漪，到斑馬條紋和豹斑圖案，到著名的海森堡原理，到抗震建筑的結(jié)構(gòu)，再到海浪的漲落 —— 圓周率無(wú)處不在。它在宇宙運(yùn)行的中心逐漸消失，并出現(xiàn)在最復(fù)雜的數(shù)學(xué)中。
它是一個(gè)常數(shù)，沒(méi)有單位，我們不知道為什么會(huì)這樣。
它們的值是如何確定的？
有一些常數(shù)的值存在爭(zhēng)議，誤差總會(huì)存在，這取決于我們現(xiàn)有設(shè)備的準(zhǔn)確性和靈敏度。常數(shù)不是科學(xué)家創(chuàng)造的。它們存在于宇宙中，我們只是通過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)和觀察來(lái)測(cè)量它們。
還有一個(gè)問(wèn)題更深入地探究了常數(shù)之謎。在 1937 年 2 月 20 日發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文中，著名物理學(xué)家保羅?狄拉克提出了一個(gè)至今仍令物理學(xué)家困惑不解的問(wèn)題：如果我們縱觀整個(gè)宇宙的歷史，所有的常數(shù)真的都是常數(shù)嗎？畢竟，我們所有的測(cè)量都是在地球上進(jìn)行的。這里不變的東西在其他地方也是不變的嗎？
然后有證據(jù)表明“質(zhì)子質(zhì)量與電子質(zhì)量的比值”是不變的。多年來(lái)，在來(lái)自多個(gè)國(guó)家的眾多研究小組，探索了可觀測(cè)宇宙中最遙遠(yuǎn)的角落，僅僅是為了確定質(zhì)子與電子的質(zhì)量比是否會(huì)改變。每一次，結(jié)果都是一樣的。質(zhì)量比保持不變。
常數(shù)是會(huì)變化的，比如哈勃常數(shù)（埃德溫?哈勃測(cè)量的初始值是目前哈勃常數(shù)值的 7 倍多），但這是由于人為誤差和設(shè)備精確性造成的。
我們無(wú)法解釋為什么這些常數(shù)是這樣的，它們是如何由自然決定的，以及它們是否能在數(shù)十億年的時(shí)間里發(fā)生變化。我們只能測(cè)量已經(jīng)存在的東西。
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：老胡說(shuō)科學(xué) （ID：LaohuSci），作者：我才是老胡
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