文档介绍：第 32 卷第 1 期西华师范大学学报( 自然科学版) 2011 年 3 月
Vol. 32 No. 1 Journal of China West Normal University ( Natural Sciences) Mar. 2011
文章编号: 1673-5072( 2011) 01-0092-03
真空介电常数与宇宙背景温度的关系
徐平川,田江南
( 西华师范大学物理与电子信息学院,四川南充 637009)
摘要: 根据理想气体状态方程,定义了真空背景周期,计算表明真空背景周期在数值上近似等于真空介电常数.
基于点电荷的电场、电阻定律和位移电流假说,探讨了真空介电常数与宇宙背景温度的关系.
关键词: 宇宙背景温度; 位移电流; 真空介电常数
中图分类号: O441. 3 文献标识码: B
1 引言
真空介电常数,又称为真空电容率,或称电常数,是一个常见的电磁学物理常数,符号为ε0 . 在国际单位
制里,真空介电常数的数值为:
- 12
ε0 = 8. 854187817 × 10 F /m
真空介电常数是物理量在度量时引进的常数( 主要是库仑定律中对电荷量的度量) ,根据麦克斯韦方程
组,可推知真空介电常数与其它物理常数的关系.
1
ε0 = 2
μ0 c0
其中,c0 是光波传播于真空的光速,μ0 是真空磁导率. 上式可作为真空介电常数的定义式.
真空介电常数虽然是一个度量系统常数,但如它的定义式一样,这个常数与其它常数或物理量是相关
的. 由于介电常数本身不是一个常量,与介质的性质有关,真空介电常数也应该与真空有关. 本文在宇宙背景
辐射的“真空”环境下,探讨了宇宙背景温度与真空介电常数的关系.
2 真空背景周期
在宇宙背景下,气压是非常低的,完全满足理想气体的要素,选宇宙空间中任一局域( 长方体或圆柱体)
为研究对象,理想气体状态方程可写为:
PV = NKT ( 1)
式中 P 是系统的压强,V 表示气体的体积,N 为气体分子个数,K 为玻尔兹曼常数,T 为热力学温度.
由于 F = PS,V = Sl,其中 F 为作用在气缸两个平行底面的压力,l 为气缸长度( 即两个平行底面的距
离) ,则( 1) 式可化为:
Fl = NKT ( 2)
由于想想气体状态方程是实验结果,因此( 2) 式与实验规律直接相关,等式左右两边都具有能量的量
纲. ( 2) 式可解释为整个系统处在一个保守力场之中,单位横截面上的力密度为 F /S,为上述两个底面间势
收稿日期: 2010 - 09 - 20
作者简介: 徐平川( 1973 - ) ,男,四川南充人,西华师范大学物理与电子信息学院讲师,主要从事量子物理相关问题的研
究.
第 32 卷第 1 期徐平川,等: 真空介电常数与宇宙背景温度的关系 93
能的增量,KT 为系统微观粒子的平均动能,NKT 为系统的总动能. ( 2) 式把系统的宏观能量与微观粒子所具
有的平均能量联系在一起,值得注意的是: 这个解释不同于能量均分定理.
对于围绕原子核中心做圆周运动的电子,该电子从所在的能级电离时,所吸收光子的频率( vn ) 与电子轨
道动能( Ekn ) 的关系为