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为何物理学中令c、h等常量为1时省略符号,得到看似量纲错误的公式?

你看到的这类“看似量纲错误”的方程,本质是用了自然单位制,是理论物理领域非常常用的处理方式,背后有非常实用的考量:

  • 大幅简化推导流程:理论物理(尤其是相对论、量子场论、宇宙学这类领域)的推导过程中会反复出现光速c、约化普朗克常数ħ、万有引力常数G这类普适常量,把这类常量人为设定为1后,公式的书写会变得极度简洁,推导时不需要反复携带大量常数项,能显著降低书写和计算的出错概率。你提到的洛伦兹因子简化就是最典型的例子,量子场论中的大量拉格朗日量表达式,用自然单位制后长度甚至可以缩短到原来的三分之一。
  • 凸显物理本质关联:这类常量本身就是不同物理量之间的转换系数,把它们设为1可以直接暴露物理量的内在等价性,避免被单位换算的表层细节掩盖核心物理规律。比如相对论中把c设为1后,时间和空间的单位直接统一,质能方程可以直接写为E=m,直接体现了质量和能量的等价本质;量子力学中把ħ设为1后,能量和频率直接等价,更能体现量子特性的本源。
  • 不存在真正的量纲矛盾:所谓的“量纲错误”只是站在日常使用的SI单位制视角下的误解,自然单位制本质是重新定义了一套自洽的单位体系:比如高能物理常用的自然单位制中,我们直接定义长度和时间的单位满足c=1,作用量的单位满足ħ=1,所有物理量都可以用能量单位(比如电子伏特eV)统一表示,整套体系的量纲逻辑是完全自洽的。如果需要输出可实测的物理数值,只需要按照量纲关系把对应的常数补回去即可,最终结果和带常数的常规公式计算结果完全一致。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者Javier Soto del Valle

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最近更新时间:2026.10.04 01:30:01