SciPy 物理常数
scipy.constants 模块提供了对基本物理常数的访问，同时确保这些值以最高精度维护，并根据最新的科学标准定期更新。
诸如普朗克常数、光速等常数在单位转换、精确计算和物理现象建模中起着关键作用。
使用这些标准化常数，科学家和工程师可以确保他们的结果与全球获得的结果一致，从而促进研究的协作和可重复性。
该模块还包括转换因子，允许在不同测量单位之间无缝转换，进一步提升了其在科学计算中的实用性。以下是不同的物理常数，我们将详细介绍它们 −
普朗克常数 (h)
普朗克常数 记作 h，是量子力学中的一个基本常数。该常数值是 6.626 x 10-34 Js，它将光子的能量与其频率相关联。它在量子现象研究中至关重要。
语法
以下是使用 SciPy 计算普朗克常数的语法 −
scipy.constants.Planck
示例
以下是使用 SciPy 中可用的 scipy.constants.Planck 方法计算普朗克常数的示例 −
from scipy.constants import Planck
# 打印普朗克常数
print(f"The Planck constant (h) is: {Planck}")
以上程序的输出如下 −
The Planck constant (h) is: 6.62607015e-34
普朗克质量
普朗克质量 是普朗克单位系统中质量的自然单位，用于理论物理。它是两个物体之间引力与电磁学等其他基本力相当的质量。
理论上，普朗克质量 的值为 2.176434x10-8 千克。以下是计算普朗克质量 (mp) 的公式 −
其中 −
- (h-bar): 是约化普朗克常数。
- c: 是真空中的光速。
- G: 是引力常数。
示例
我们知道 SciPy 没有直接计算普朗克质量的方法，但我们可以使用基本常数 hbar、c 和 G 来计算它。以下是示例 −
from scipy.constants import hbar, c, G
# 计算普朗克质量
m_planck = (hbar * c / G)**0.5
print(f"Planck mass: {m_planck} kg")
以上程序的输出如下 −
Planck mass: 2.1764343427178984e-08 kg
光速
光速 在真空中是一个基本常数，表示宇宙中所有能量、物质和信息可以传播的最大速度。它在经典物理和现代物理中都是关键值，尤其是在相对论中。
真空中的光速大约为 299,792,458 米/秒。以下是计算光速的数学公式 −
E = pc
其中 −
- E: 是光子的能量。
- p: 是光子的动量
- c: 是光速。
语法
以下是使用 SciPy 计算光速的语法 −
scipy.constants.c
示例
以下是使用 scipy.constants.c 方法计算光速的示例 −
from scipy.constants import c
print(f"Speed of light (c): {c} meters per second")
以上程序的输出如下 −
Speed of light (c): 299792458.0 meters per second
引力常数 (G)
引力常数 是牛顿万有引力定律中使用的一个基本常数。它用 G 表示。它描述了两个质量之间引力的大小。
引力常数的值大约为 6.67430×10-11m3kg-1s-2。计算引力常数的数学公式如下所示 −
其中 −
- F: 它是两个质量 m1 和 m2 之间的引力。
- r: 它是两个质量中心之间的距离。
- G: 它是引力常数。
Syntax
Scipy 中引力常数的语法如下 −
scipy.constants.G
Example
下面是使用 scipy.constants.G 方法查找引力常数的示例 −
from scipy.constants import G
print(f"Gravitational constant (G): {G} m^3 kg^-1 s^-2")
以上程序的输出如下 −
Gravitational constant (G): 6.6743e-11 m^3 kg^-1 s^-2
真空磁导率 (μ₀)
真空磁导率 也称为磁常数，是描述真空支持磁场形成的物理常数。
它用符号 μ₀ 表示。它是电磁学中的一个基本参数。真空磁导率的值大约为 4 × 10-7。计算磁导率的数学公式如下所示 −
B=0H
其中 −
- B: 是磁通密度（或磁场）
- H: 是磁场强度。
Syntax
Scipy 中真空磁导率的语法如下 −
scipy.constants.mu_0
Example
下面是使用 Scipy 中可用的 scipy.constants.mu_0 方法查找磁导率的示例 −
from scipy.constants import mu_0
print(f"Permeability of free space (): {mu_0} H/m")
以上程序的输出如下 −
Permeability of free space (): 1.25663706212e-06 H/m
真空介电常数 (ε₀)
真空介电常数 也称为电常数，是描述电场与真空相互作用的基本物理常数。它用符号 ε₀ 表示。它是衡量真空允许电场线通过的能力。
真空介电常数的值大约为 8.85418781710-12F/m。在 Scipy 中它表示为 epsilon_0。计算介电常数的数学公式如下 −
B=0H
其中 −
- B: 它是磁通密度（或磁场）
- H: 它是磁场强度。
Syntax
Scipy 中真空介电常数的语法如下 −
scipy.constants.mu_0
Example
下面是使用 scipy.constants.epsilon_0 方法计算真空介电常数的示例 −
from scipy.constants import epsilon_0
print(f"Permittivity of free space (): {epsilon_0} F/m")
以上程序的输出如下 −
Permittivity of free space (): 8.8541878128e-12 F/m
精细结构常数 (α)
精细结构常数 α 是一个无量纲的基本物理常数，用于表征基本带电粒子之间电磁相互作用的强度。它是量子电动力学 (QED) 中的关键参数，反映了电磁力的耦合强度。它用符号 α 表示。
精细结构常数 α 的值约为 0.0072973525693。在 SciPy 中，它表示为 alpha。以下是数学计算精细结构常数的公式 −
其中 −
- e: 它是基本电荷。
- ε₀: 它是自由空间的介电常数。
- ℏ (h-bar): 它是约化普朗克常数。
- c: 它是真空中的光速。
Syntax
以下是在 SciPy 中精细结构常数 α 的语法 −
scipy.constants.alpha
Example
下面是使用 scipy.constants.alpha 方法计算精细结构常数 α 的示例 −
from scipy.constants import alpha
print(f"Fine-Structure Constant (): {alpha}")
以上程序的输出如下 −
Fine-Structure Constant (): 0.0072973525693
物理常数列表
在本教程中，我们仅讨论了几个可以使用 SciPy 库的物理常数。还有许多其他常数，如 Stefan-Boltzmann 常数 (σ)、约化普朗克常数 (ℏ)、磁常数 (μ₀)、电常数 (ε₀) 等。
我们可以使用以下代码获取 scipy.constants 模块中所有可用的常数 −
import scipy from scipy import constants print(dir(scipy.constants))
以下是常数列表 −
['Avogadro', 'Boltzmann', 'Btu', 'Btu_IT', 'Btu_th', 'ConstantWarning', 'G', 'Julian_year', 'N_A', 'Planck', 'R', 'Rydberg', 'Stefan_Boltzmann', 'Wien', '__all__', '__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__path__', '__spec__', '_codata', '_constants', '_obsolete_constants', 'acre', 'alpha', 'angstrom', 'arcmin', 'arcminute', 'arcsec', 'arcsecond', 'astronomical_unit',..................................... ........................................................ 'u', 'unit', 'value', 'week', 'yard', 'year', 'yobi', 'yocto', 'yotta', 'zebi', 'zepto', 'zero_Celsius', 'zetta']