ما قيمة ثابت الجاذبية. ما هو ثابت الجاذبية وكيف يتم حسابه وأين يتم استخدام هذه القيمة

لشرح التطور الملحوظ للكون في إطار النظريات الموجودة ، على المرء أن يفترض أن بعض الثوابت الأساسية أكثر ثباتًا من غيرها.

من بين الثوابت الفيزيائية الأساسية - سرعة الضوء ، وثابت بلانك ، وشحنة الإلكترون وكتلته - يقف ثابت الجاذبية بطريقة ما على حدة. حتى تاريخ قياسها موصوف في الموسوعات الشهيرة بريتانيكا ولاروس ، ناهيك عن "الموسوعة الفيزيائية" ، مع وجود أخطاء. من المقالات ذات الصلة الواردة فيها ، سيتعلم القارئ أن القيمة العددية تم تحديدها لأول مرة في تجارب الدقة في 1797-1798 من قبل الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي الشهير هنري كافنديش (هنري كافنديش ، 1731-1810) ، دوق ديفونشاير. في الواقع ، قاس كافنديش متوسط ​​كثافة الأرض (بياناته ، بالمناسبة ، تختلف نصف بالمائة فقط عن نتائج الدراسات الحديثة). بالحصول على معلومات حول كثافة الأرض ، يمكننا بسهولة حساب كتلتها ، ومعرفة الكتلة ، وتحديد ثابت الجاذبية.

المثير للدهشة أنه في زمن كافنديش ، لم يكن مفهوم ثابت الجاذبية موجودًا بعد ، ولم يتم قبول كتابة قانون الجاذبية العامة بالشكل المألوف لنا. تذكر أن قوة الجاذبية تتناسب طرديًا مع ناتج كتل الأجسام الجاذبة وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بين هذه الأجسام ، بينما معامل التناسب هو بالضبط ثابت الجاذبية. ظهر هذا الشكل من كتابة قانون نيوتن فقط في القرن التاسع عشر. وقد أجريت التجارب الأولى التي تم فيها قياس ثابت الجاذبية بالفعل في نهاية القرن - في عام 1884.

كما يلاحظ مؤرخ العلوم الروسي كونستانتين توميلين ، يختلف ثابت الجاذبية عن الثوابت الأساسية الأخرى أيضًا في أن المقياس الطبيعي لأي كمية فيزيائية لا يرتبط به. في الوقت نفسه ، تحدد سرعة الضوء القيمة الحدية للسرعة ، وثابت بلانك - أدنى تغيير في الحركة.

وفقط فيما يتعلق بثابت الجاذبية ، تم طرح فرضية مفادها أن قيمته العددية قد تتغير بمرور الوقت. تمت صياغة هذه الفكرة لأول مرة في عام 1933 من قبل عالم الفيزياء الفلكية الإنجليزي إدوارد ميلن (إدوارد آرثر ميلن ، 1896-1950) ، وفي عام 1937 من قبل الفيزيائي الإنجليزي الشهير بول ديراك (بول ديراك ، 1902-1984) ، في إطار ما يلي- تسمى "فرضية الأعداد الكبيرة" ، واقترح أن ثابت الجاذبية يتناقص مع الزمن الكوني. تحتل فرضية ديراك مكانًا مهمًا في تاريخ الفيزياء النظرية للقرن العشرين ، ولكن لا يوجد تأكيد تجريبي موثوق بها أكثر أو أقل معروفًا.

يرتبط ارتباطًا مباشرًا بثابت الجاذبية بما يسمى "الثابت الكوني" ، والذي ظهر لأول مرة في معادلات نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين. بعد اكتشاف أن هذه المعادلات تصف إما كونًا متوسعًا أو متقلصًا ، أضاف أينشتاين بشكل مصطنع "مصطلحًا كونيًا" إلى المعادلات ، مما يضمن وجود حلول ثابتة. تم تقليص معناه المادي إلى وجود قوة تعوض عن قوى الجاذبية العامة ولا تظهر إلا على نطاقات كبيرة جدًا. أصبح فشل نموذج الكون الثابت واضحًا لأينشتاين بعد نشر أعمال عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل (إدوين باول هابل ، 1889-1953) وعالم الرياضيات السوفيتي ألكسندر فريدمان ، الذي أثبت صحة نموذج مختلف ، وفقًا لذلك يتمدد الكون في الوقت المناسب. في عام 1931 ، تخلى أينشتاين عن الثابت الكوني ، واصفا إياه بأنه "أكبر خطأ في حياته".

القصة ، ومع ذلك ، لم تنته عند هذا الحد. بعد أن ثبت أن توسع الكون كان يتسارع على مدى الخمسة مليارات سنة الماضية ، أصبحت مسألة وجود الجاذبية المضادة مرة أخرى ذات صلة ؛ إلى جانب ذلك ، عاد الثابت الكوني إلى علم الكونيات. في الوقت نفسه ، يربط علماء الكونيات الحديثون الجاذبية المضادة بوجود ما يسمى بـ "الطاقة المظلمة" في الكون.

كان كل من ثابت الجاذبية ، والثابت الكوني ، و "الطاقة المظلمة" موضوع نقاش مكثف في مؤتمر عقد مؤخرًا في لندن إمبريال كوليدج حول المشكلات التي لم يتم حلها في النموذج القياسي لعلم الكونيات. تمت صياغة إحدى أكثر الفرضيات تطرفاً في تقرير بقلم فيليب مانهايم ، عالم فيزياء الجسيمات بجامعة كونيتيكت في ستورز. في الواقع ، اقترح مانهايم حرمان ثابت الجاذبية من حالة الثابت الكوني. وفقًا لفرضيته ، يتم تحديد "قيمة الجدول" لثابت الجاذبية في المختبر الموجود على الأرض ، ولا يمكن استخدامه إلا داخل النظام الشمسي. على المقياس الكوني ، ثابت الجاذبية له قيمة عددية مختلفة ، أصغر بكثير ، والتي يمكن حسابها بواسطة طرق فيزياء الجسيمات الأولية.

عند تقديم فرضيته إلى زملائه ، سعى مانهايم أولاً وقبل كل شيء إلى تقريب حل "مشكلة الثابت الكوني" ، وهو أمر وثيق الصلة بعلم الكونيات. جوهر هذه المشكلة على النحو التالي. وفقًا للمفاهيم الحديثة ، فإن الثابت الكوني يميز معدل تمدد الكون. قيمته العددية ، التي تم العثور عليها نظريًا من خلال طرق نظرية المجال الكمومي ، هي 10 120 مرة أعلى من تلك التي تم الحصول عليها من الملاحظات. القيمة النظرية للثابت الكوسمولوجي كبيرة جدًا لدرجة أنه عند المعدل المناسب لتوسع الكون ، لن يكون لدى النجوم والمجرات ببساطة الوقت للتشكل.

يؤيد مانهايم فرضيته حول وجود اثنين من ثوابت الجاذبية المختلفة - للنظام الشمسي وللمقاييس بين المجرات - على النحو التالي. ووفقًا له ، فإن ما يتم تحديده في الواقع في الملاحظات ليس الثابت الكوني نفسه ، بل كمية ما تتناسب مع ناتج الثابت الكوني وثابت الجاذبية. لنفترض أنه على المقاييس بين المجرات ، يكون ثابت الجاذبية صغيرًا جدًا ، بينما تتوافق قيمة الثابت الكوني مع القيمة المحسوبة وهي كبيرة جدًا. في هذه الحالة ، قد يكون حاصل ضرب ثابتين قيمة صغيرة لا تتعارض مع الملاحظات. يقول مانهايم: "ربما حان الوقت للتوقف عن التعامل مع الثابت الكوني على أنه صغير ، فقط اقبل أنه كبير وانطلق من هناك." في هذه الحالة ، تم حل "مشكلة الثابت الكوني".

يبدو حل مانهايم بسيطًا ، لكن الثمن الذي يجب دفعه مقابل ذلك مرتفع جدًا. كما أشارت زيا ميرالي في كتاب "ثابتين أفضل من واحد" الذي نشرته مجلة نيو ساينتست في 28 أبريل 2007 ، من خلال إدخال قيمتين عدديتين مختلفتين لثابت الجاذبية ، يجب على مانهايم أن يتخلى حتماً عن معادلات أينشتاين للنسبية العامة. بالإضافة إلى ذلك ، تجعل فرضية مانهايم فكرة "الطاقة المظلمة" المقبولة من قبل معظم علماء الكون زائدة عن الحاجة ، لأن القيمة الصغيرة لثابت الجاذبية على المقاييس الكونية تعادل في حد ذاتها افتراض وجود الجاذبية المضادة.

كيث هورن من جامعة St. يرحب أندرو (جامعة سانت أندرو) بفرضية مانهايم ، لأنها تستخدم المبادئ الأساسية لفيزياء الجسيمات: "إنها أنيقة جدًا ، وسيكون أمرًا رائعًا إذا اتضح أنها صحيحة". وفقًا لهورن ، في هذه الحالة ، يمكننا الجمع بين فيزياء الجسيمات ونظرية الجاذبية في نظرية واحدة جذابة للغاية.

لكن لا يتفق الجميع معها. يستشهد New Scientist أيضًا بعالم الكونيات توم شانكس قوله إن بعض الظواهر التي تتلاءم جيدًا مع النموذج القياسي ، مثل القياسات الحديثة لـ CMB وحركة النجوم النابضة الثنائية ، من غير المرجح أن يتم تفسيرها بسهولة في نظرية مانهايم.

لا ينكر مانهايم نفسه المشكلات التي تواجهها فرضيته ، بينما يشير إلى أنه يعتبرها أقل أهمية بكثير مقارنة بالصعوبات التي يواجهها النموذج الكوني القياسي: 120 مرتبة من حيث الحجم ".

وتجدر الإشارة إلى أن مانهايم وجدت عددا معينا من المؤيدين الذين ساندوه من أجل استبعاد الأسوأ. إلى الأسوأ ، عزاوا الفرضية التي طرحها في عام 2006 بول شتاينهاردت (بول شتاينهاردت) من جامعة برينستون (جامعة برينستون) ونيل توروك (نيل توروك) من كامبريدج (جامعة كامبريدج) ، والتي وفقًا لها يولد الكون بشكل دوري ويختفي. ، وفي كل دورة (تدوم تريليون سنة) يكون لها انفجارها العظيم ، وفي نفس الوقت في كل دورة تكون القيمة العددية للثابت الكوسمولوجي أقل من سابقتها. القيمة الضئيلة للغاية للثابت الكوني ، المسجل في الملاحظات ، تعني أن كوننا هو رابط بعيد جدًا في سلسلة طويلة جدًا من العوالم الناشئة والمختفية ...

م 1 و م 2 على مسافة ص، يساوي: F = G م 1 م 2 ص 2. (displaystyle F = G (frac (m_ (1) m_ (2)) (r ^ (2))).) جي\ u003d 6.67408 (31) 10 11 م 3 ث −2 كجم -1 ، أو N م² كجم −2.

ثابت الجاذبية هو الأساس لتحويل الكميات الفيزيائية والفلكية الأخرى ، مثل كتل الكواكب في الكون ، بما في ذلك الأرض ، وكذلك الأجسام الكونية الأخرى ، إلى وحدات قياس تقليدية ، مثل الكيلوجرامات. في الوقت نفسه ، نظرًا لضعف تفاعل الجاذبية والدقة المنخفضة الناتجة عن قياسات ثابت الجاذبية ، تُعرف نسب كتل الأجسام الكونية عادةً بدقة أكبر بكثير من معرفة الكتل الفردية بالكيلوجرام.

ثابت الجاذبية هو أحد وحدات القياس الأساسية في نظام بلانك للوحدات.

تاريخ القياس

يظهر ثابت الجاذبية في السجل الحديث لقانون الجاذبية الكونية ، لكنه كان غائبًا بشكل صريح عن نيوتن وفي أعمال العلماء الآخرين حتى بداية القرن التاسع عشر. تم إدخال ثابت الجاذبية في شكله الحالي لأول مرة في قانون الجاذبية العامة ، على ما يبدو ، فقط بعد الانتقال إلى نظام قياس متري واحد. ربما تم القيام بذلك لأول مرة بواسطة الفيزيائي الفرنسي بواسون في رسالة حول الميكانيكا (1809) ، على الأقل لم يتم تحديد أي أعمال سابقة يظهر فيها ثابت الجاذبية من قبل المؤرخين [ ] .

جي\ u003d 6.67554 (16) × 10 11 م 3 ث −2 كجم -1 (الخطأ النسبي القياسي 25 جزء في المليون (أو 0.0025٪) ، اختلفت القيمة الأصلية المنشورة قليلاً عن القيمة النهائية بسبب خطأ في الحسابات وكانت لاحقًا تصحيحه من قبل المؤلفين).

أنظر أيضا

ملاحظات

  1. في النسبية العامة ، التدوين باستخدام الحرف جي، نادرًا ما تستخدم ، لأن هذا الحرف يستخدم عادة للإشارة إلى موتر أينشتاين.
  2. بالتعريف ، فإن الكتل المدرجة في هذه المعادلة هي كتل ثقالية ، ومع ذلك ، فإن التناقض بين حجم الجاذبية والكتلة بالقصور الذاتي لأي جسم لم يتم العثور عليه بشكل تجريبي. من الناحية النظرية ، في إطار الأفكار الحديثة ، لا تكاد تكون مختلفة. كان هذا بشكل عام هو الافتراض القياسي منذ زمن نيوتن.
  3. القياسات الجديدة لثابت الجاذبية تربك الموقف أكثر // Elementy.ru ، 09/13/2013
  4. الكوداتا القيم الموصى بها دوليًا للثوابت الفيزيائية الأساسية(إنجليزي) . تم الاسترجاع 30 يونيو ، 2015.
  5. أعطى مؤلفون مختلفون نتائج مختلفة ، من 6.754 × 10 متر مربع / كجم 2 إلى (6.60 ± 0.04) ⋅10 11 متر مكعب / (كجم ث) - انظر تجربة Cavendish # القيمة المحسوبة.
  6. إيغور إيفانوف. القياسات الجديدة لثابت الجاذبية تزيد من إرباك الموقف (غير محدد) (13 سبتمبر 2013). تم الاسترجاع 14 سبتمبر 2013.
  7. هل ثابت الجاذبية ثابت جدًا؟ نسخة أرشيفية بتاريخ 14 يوليو 2014 في آلة Wayback
  8. بروكس ، مايكل هل يستطيع المجال المغناطيسي للأرض التأثير في الجاذبية؟ (غير محدد) . عالم جديد (21 سبتمبر 2002). [مؤرشف في آلة Wayback. أرشفة] 8 فبراير 2011.
  9. Eroshenko Yu. N. أخبار الفيزياء على الإنترنت (بناءً على المطبوعات الإلكترونية) ، UFN ، 2000 ، المجلد 170 ، رقم 6 ، ص. 680
  10. فيز. القس. بادئة رسالة. 105 110801 (2010) في ArXiv.org
  11. أخبار الفيزياء لشهر أكتوبر 2010
  12. كوين تيري ، باركس هارولد ، سبيك كلايف ، ديفيس ريتشارد.تحسين تحديد جيباستخدام طريقتين // رسائل المراجعة المادية. - 2013. - 5 سبتمبر (المجلد 111 ، العدد 10). - ISSN 0031-9007. - DOI: 10.1103 / PhysRevLett.111.101102.
  13. كوين تيري ، سبيك كلايف ، باركس هارولد ، ديفيس ريتشارد.خطأ: تحسين تحديد جيباستخدام طريقتين // رسائل المراجعة المادية. - 2014. - 15 يوليو (المجلد 113 ، العدد 3). - ISSN 0031-9007. - DOI: 10.1103 / PhysRevLett.113.039901.
  14. روزي جي ، سورينتينو ف ، كاتشيابوتي L. ، بريفديلي إم ، تينو جي إم.

أظهرت التجارب على قياس ثابت الجاذبية G ، التي أجرتها عدة مجموعات في السنوات الأخيرة ، تناقضًا مذهلاً مع بعضها البعض. القياس الجديد المنشور مؤخرًا ، والذي تم إجراؤه في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس ، يختلف عنهم جميعًا ولا يؤدي إلا إلى تفاقم المشكلة. يظل ثابت الجاذبية كمية لا تلين للغاية للقياس الدقيق.

قياسات الجاذبية الثابتة

ثابت الجاذبية G ، المعروف أيضًا باسم ثابت نيوتن ، هو أحد أهم الثوابت الأساسية للطبيعة. هذا هو الثابت الذي يدخل في قانون الجاذبية الكونية لنيوتن ؛ لا تعتمد على خصائص جذب الأجسام ، ولا على الظروف المحيطة ، ولكنها تميز شدة قوة الجاذبية نفسها. بطبيعة الحال ، هذه الخاصية الأساسية لعالمنا مهمة للفيزياء ، ويجب قياسها بدقة.

ومع ذلك ، فإن الوضع مع قياس G لا يزال غير معتاد للغاية. على عكس العديد من الثوابت الأساسية الأخرى ، يصعب قياس ثابت الجاذبية. الحقيقة هي أنه لا يمكن الحصول على نتيجة دقيقة إلا من خلال التجارب المعملية ، عن طريق قياس قوة الجذب لجسمين من الكتلة المعروفة. على سبيل المثال ، في التجربة الكلاسيكية لهنري كافنديش (الشكل 2) ، تم تعليق دمبل من كرتين ثقيلتين على خيط رفيع ، وعندما يتم دفع جسم هائل آخر إلى جانب هذه الكرات ، تميل قوة الجاذبية إلى تدوير هذا الدمبل بزاوية ما ، في حين أن لحظة دوران القوى تكون ملتوية قليلاً ، فإن الخيوط الملتوية لن تعوض الجاذبية. من خلال قياس زاوية دوران الدمبل ومعرفة خصائص مرونة الخيط ، يمكن للمرء حساب قوة الجاذبية ، وبالتالي ثابت الجاذبية.

يستخدم هذا الجهاز (ويسمى "ميزان الالتواء") بتعديلات مختلفة في التجارب الحديثة. مثل هذا القياس بسيط للغاية من حيث الجوهر ، ولكنه صعب التنفيذ ، لأنه يتطلب معرفة دقيقة ليس فقط بجميع الكتل وجميع المسافات ، ولكن أيضًا الخصائص المرنة للخيط ، ويلزم أيضًا بتقليل جميع الآثار الجانبية ، الميكانيكية والحرارية على حد سواء . ومع ذلك ، ظهرت مؤخرًا القياسات الأولى لثابت الجاذبية من خلال طرق قياس التداخل الذري الأخرى ، والتي تستخدم الطبيعة الكمومية للمادة. ومع ذلك ، فإن دقة هذه القياسات لا تزال أدنى بكثير من التركيبات الميكانيكية ، على الرغم من أن المستقبل ربما يكمن معهم (لمزيد من التفاصيل ، انظر الأخبار يقاس ثابت الجاذبية بطرق جديدة ، "العناصر" ، 01/22/2007) .

بطريقة أو بأخرى ، ولكن على الرغم من أكثر من مائتي عام من التاريخ ، تظل دقة القياسات متواضعة للغاية. القيمة "الرسمية" الحالية الموصى بها من قبل المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (NIST) هي (6.67384 ± 0.00080) · 10-11 م 3 كجم -1 ثانية -2. الخطأ النسبي هنا هو 0.012٪ ، أو 1.2 10-4 ، أو ، كما هو مألوف أكثر للفيزيائيين ، 120 جزء في المليون (جزء من المليون) ، وهذه عدة أوامر من حيث الحجم أسوأ من دقة القياس للكميات الأخرى التي لا تقل أهمية. علاوة على ذلك ، لعدة عقود حتى الآن ، لم يتوقف قياس ثابت الجاذبية عن كونه مصدرًا للصداع لعلماء الفيزياء التجريبية. على الرغم من إجراء عشرات التجارب وتحسين تقنية القياس نفسها ، ظلت دقة القياس منخفضة. تم الوصول إلى خطأ نسبي يتراوح بين 10 و 4 قبل 30 عامًا ، ولم يطرأ أي تحسن منذ ذلك الحين.

الوضع اعتبارًا من عام 2010

في السنوات القليلة الماضية ، أصبح الوضع أكثر مأساوية. بين عامي 2008 و 2010 ، نشرت ثلاث مجموعات قياسات G جديدة ، وعمل فريق من المجربين على كل منها لسنوات ، ليس فقط بقياس G بشكل مباشر ، ولكن أيضًا يبحثون بعناية عن جميع مصادر الخطأ المحتملة ويعيدون فحصها. كان كل من هذه القياسات الثلاثة دقيقًا للغاية: كانت الأخطاء 20-30 جزء في المليون. من الناحية النظرية ، كان من المفترض أن تكون هذه القياسات الثلاثة قد حسنت بشكل كبير معرفتنا بالقيمة العددية لـ G. المشكلة الوحيدة هي أنها جميعًا اختلفت عن بعضها البعض بما يصل إلى 200-400 جزء في المليون ، أي بمقدار اثني عشر خطأ معلنًا! يظهر هذا الوضع اعتبارًا من عام 2010 في الشكل. 3 ووصف بإيجاز في الملاحظة حالة حرج مع ثابت الجاذبية.

من الواضح تمامًا أن ثابت الجاذبية نفسه لا يقع عليه اللوم ؛ يجب أن تكون هي نفسها دائمًا وفي كل مكان. على سبيل المثال ، هناك بيانات أقمار صناعية ، على الرغم من أنها لا تسمح بقياس جيد للقيمة العددية للثابت G ، إلا أنها تتيح التحقق من ثباتها - إذا تغيرت G بمقدار جزء تريليون واحد على الأقل (أي بمقدار 10 –12) في السنة ، سيكون هذا ملحوظًا بالفعل. لذلك ، فإن الاستنتاج الوحيد الذي يتبع ذلك هو أنه في بعض (أو بعض) هذه التجارب الثلاثة توجد مصادر أخطاء غير محسوبة. لكن في ماذا؟

الطريقة الوحيدة لمحاولة اكتشاف ذلك هي تكرار القياسات على الإعدادات الأخرى ، ويفضل أن يكون ذلك بطرق مختلفة. لسوء الحظ ، لم يكن من الممكن حتى الآن تحقيق مجموعة متنوعة معينة من الأساليب هنا ، حيث يتم استخدام جهاز ميكانيكي واحد أو آخر في جميع التجارب. ولكن مع ذلك ، قد تحتوي التطبيقات المختلفة على أخطاء آلية مختلفة ، ومقارنة نتائجها ستجعل من الممكن فهم الموقف.

بعدا جديدا

اليوم الآخر في مجلة خطابات المراجعة الماديةتم نشر أحد هذه القياسات. قامت مجموعة صغيرة من الباحثين العاملين في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس في باريس ببناء جهاز من الصفر لقياس ثابت الجاذبية بطريقتين مختلفتين. إنه نفس توازن الالتواء ، ولكن ليس مع اثنين ، ولكن مع أربع أسطوانات متطابقة مثبتة على قرص معلق على خيط معدني (الجزء الداخلي من التثبيت في الشكل 1). تتفاعل هذه الأوزان الأربعة جاذبيًا مع أربع أسطوانات أخرى أكبر مثبتة على دائري يمكن تدويره بزاوية اعتباطية. يتيح المخطط الذي يحتوي على أربع أجسام بدلاً من جثتين تقليل تفاعل الجاذبية مع الكائنات الموجودة بشكل غير متماثل (على سبيل المثال ، جدران غرفة المختبر) والتركيز بدقة على قوى الجاذبية داخل المنشأة. لا يحتوي الخيط نفسه على قسم دائري ، بل قسم مستطيل ؛ إنه بالأحرى ليس خيطًا ، ولكنه شريط معدني رفيع وضيق. يتيح هذا الاختيار إمكانية نقل الحمل على طوله بشكل متساوٍ وتقليل الاعتماد على الخصائص المرنة للمادة. الجهاز بأكمله في فراغ وفي نظام درجة حرارة معينة ، والذي يتم صيانته بدقة تصل إلى جزء من مائة درجة.

يتيح لك هذا الجهاز إجراء ثلاثة أنواع من قياسات ثابت الجاذبية (انظر التفاصيل في المقالة نفسها وعلى صفحة مجموعة البحث). أولاً ، هذا استنساخ حرفي لتجربة Cavendish: تم رفع الحمل ، وتدور المقاييس بزاوية معينة ، ويتم قياس هذه الزاوية بواسطة نظام بصري. ثانيًا ، يمكن إطلاقه في وضع بندول الالتواء ، عندما يدور التثبيت الداخلي بشكل دوري ذهابًا وإيابًا ، ويغير وجود أجسام ضخمة إضافية فترة التذبذب (ومع ذلك ، لم يستخدم الباحثون هذه الطريقة). أخيرًا ، يتيح لك تركيبها قياس قوة الجاذبية ليس هناك منعطفالأوزان. يتم تحقيق ذلك بمساعدة التحكم المؤازر الكهروستاتيكي: يتم تطبيق الشحنات الكهربائية على الأجسام المتفاعلة بطريقة يعوض التنافر الكهروستاتيكي تمامًا عن الجاذبية. يتيح لنا هذا النهج التخلص من الأخطاء الآلية المرتبطة تحديدًا بآليات الدوران. أظهرت القياسات أن الطريقتين ، الكلاسيكية والكهرباء الساكنة ، تعطي نتائج متسقة.

تظهر نتيجة القياس الجديد كنقطة حمراء في الشكل. 4. يمكن ملاحظة أن هذا القياس لم يحل النقطة المؤلمة فحسب ، بل أدى أيضًا إلى تفاقم المشكلة أكثر: إنه مختلف تمامًا عن جميع القياسات الحديثة الأخرى. لذلك ، لدينا الآن أربعة (أو خمسة ، إذا قمت بحساب البيانات غير المنشورة من مجموعة كاليفورنيا) مختلفة ، وفي الوقت نفسه ، قياسات دقيقة إلى حد ما ، و كلهم يتباعدون بشكل جذري عن بعضهم البعض!الفرق بين القيمتين الأكثر تطرفًا (والأحدث ترتيبًا زمنيًا) يتجاوز بالفعل 20 (!) أخطاء مُعلنة.

بالنسبة للتجربة الجديدة ، فإليك ما يجب إضافته. كانت هذه المجموعة من الباحثين قد أجرت بالفعل تجربة مماثلة في عام 2001. ثم حصلوا أيضًا على قيمة قريبة من القيمة الحالية ، لكنها أقل دقة قليلاً (انظر الشكل 4). يمكن أن يُشتبه في قيامهم ببساطة بتكرار القياسات على نفس الجهاز ، إن لم يكن لأحد "ولكن" - فقد كان كذلك اخرتثبيت. لقد أخذوا الآن من هذا المصنع القديم الأسطوانات الخارجية التي يبلغ وزنها 11 كجم فقط ، ولكن تمت إعادة بناء الجهاز المركزي بالكامل الآن. إذا كان لديهم بالفعل نوع من التأثير غير المحسوب المرتبط على وجه التحديد بمواد أو تصنيع الجهاز ، فيمكن أن يتغير و "يسحب" نتيجة جديدة. لكن النتيجة ظلت في نفس المكان كما كانت في عام 2001. يرى مؤلفو العمل هذا كدليل إضافي على نقاء وموثوقية قياساتهم.

الحالة عند أربع أو خمس نتائج حصلت عليها مجموعات مختلفة دفعة واحدة الكلتختلف بعشرات أو اثنتين من الأخطاء المُعلنة ، والتي لم يسبق لها مثيل على ما يبدو بالنسبة للفيزياء. بغض النظر عن مدى دقة كل قياس وبغض النظر عن مدى فخر المؤلفين ، فهو الآن غير مهم لإثبات الحقيقة. وفي الوقت الحالي ، لا يمكن محاولة معرفة القيمة الحقيقية لثابت الجاذبية على أساسها إلا بطريقة واحدة: ضع القيمة في مكان ما في المنتصف وعزو الخطأ الذي سيغطي هذه الفترة بأكملها (أي واحد و a نصف إلى مرتين تزداد سوءايوصى بالخطأ الحالي). يمكن للمرء أن يأمل فقط في أن تندرج القياسات التالية في هذه الفترة الزمنية وستعطي بشكل تدريجي الأفضلية لبعض القيم.

بطريقة أو بأخرى ، لا يزال ثابت الجاذبية يمثل لغزًا لفيزياء القياس. في كم سنة (أو عقود) سيبدأ هذا الوضع في التحسن بالفعل ، من الصعب الآن التنبؤ به.

(ثابت الجاذبية - الحجم ليس ثابتًا)

الجزء 1

رسم بياني 1

في الفيزياء ، هناك ثابت واحد فقط مرتبط بالجاذبية ، وهو ثابت الجاذبية (G). يتم الحصول على هذا الثابت تجريبياً وليس له علاقة بالثوابت الأخرى. في الفيزياء ، تعتبر أساسية.

سيتم تخصيص العديد من المقالات لهذا الثابت ، حيث سأحاول إظهار فشل ثباته وعدم وجود أساس تحته. بتعبير أدق ، هناك أساس تحته ، لكنه مختلف إلى حد ما.

ما هي أهمية الجاذبية الثابتة ، ولماذا يتم قياسها بعناية؟ لكي نفهم ، من الضروري العودة مرة أخرى إلى قانون الجاذبية الكونية. علاوة على ذلك ، لماذا قبل الفيزيائيون هذا القانون ، بدأوا يطلقون عليه "أعظم تعميم حققه العقل البشري". صيغته بسيطة: جسمان يعملان على بعضهما البعض بقوة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بينهما وتتناسب طرديًا مع ناتج كتلتيهما.

جيهو ثابت الجاذبية

العديد من الاستنتاجات غير التافهة تأتي من هذه الصيغة البسيطة ، لكن لا توجد إجابة على الأسئلة الأساسية: كيف وبسبب تأثير قوة الجاذبية؟

لا يقول هذا القانون أي شيء عن آلية ظهور قوة الجاذبية ، ومع ذلك ، فإنه لا يزال مستخدمًا ومن الواضح أنه سيتم استخدامه لأكثر من قرن.

يوبخه بعض العلماء والبعض الآخر يعبده. كل من هؤلاء وغيرهم لا يمكنهم الاستغناء عنها ، لأن. أفضل من أي شيء توصلوا إليه ولم يفتحوه. الممارسون ، في مجال استكشاف الفضاء ، الذين يعرفون عيوب هذا القانون ، يستخدمون جداول التصحيح ، والتي يتم تحديثها ببيانات جديدة بعد كل إطلاق لمركبة فضائية.

يحاول المنظرون تصحيح هذا القانون عن طريق إدخال تصحيحات ، ومعاملات إضافية ، والبحث عن دليل على وجود خطأ في بُعد ثابت الجاذبية G ، لكن لا شيء يتجذر ، وتبقى صيغة نيوتن في شكلها الأصلي.

بالنظر إلى تنوع الغموض وعدم الدقة في العمليات الحسابية باستخدام هذه الصيغة ، لا يزال يتعين تصحيحها.

إن تعبير نيوتن معروف على نطاق واسع: "الجاذبية عالمية" ، أي أن الجاذبية عالمية. يصف هذا القانون تفاعل الجاذبية بين جسمين ، أينما كانا في الكون ؛ هذا هو جوهر عالميته. يعتبر ثابت الجاذبية G ، المتضمن في المعادلة ، ثابتًا عالميًا للطبيعة.

يسمح لنا الثابت G بإجراء حسابات مرضية في الظروف الأرضية ، ومن المنطقي أن يكون مسؤولاً عن تفاعل الطاقة ، ولكن ما يجب أخذه من الثابت.

إن رأي العالم (V.E. Kostyushko) ، الذي أجرى تجارب حقيقية لفهم وكشف قوانين الطبيعة ، مثير للاهتمام ، العبارة: "الطبيعة ليس لها قوانين فيزيائية ، ولا ثوابت فيزيائية ذات أبعاد اخترعها الإنسان." "في حالة ثابت الجاذبية ، تم إثبات الرأي في العلم بأن هذه القيمة قد تم العثور عليها وتقديرها رقميًا. ومع ذلك ، لم يتم بعد تحديد معناه المادي المحدد ، وهذا في المقام الأول لأنه ، في الواقع ، نتيجة لأفعال غير صحيحة ، أو بالأحرى أخطاء جسيمة ، تم الحصول على قيمة لا معنى لها ولا معنى لها تمامًا ذات بُعد سخيف.

لا أود أن أضع نفسي في مثل هذا الموقف القاطع ، لكن يجب أن نفهم أخيرًا معنى هذا الثابت.

حاليًا ، تمت الموافقة على قيمة ثابت الجاذبية من قبل لجنة الثوابت الفيزيائية الأساسية: G = 6.67408 · 10 -11 m³ / (kg · s²) [KODATA 2014]. على الرغم من حقيقة أن هذا الثابت يقاس بعناية ، إلا أنه لا يلبي متطلبات العلم. الشيء هو أنه لا توجد مطابقة دقيقة للنتائج بين القياسات المماثلة التي أجريت في مختبرات مختلفة في العالم.

كما لاحظ ميلنيكوف وبرونين: "تاريخيًا ، كانت الجاذبية هي الموضوع الأول للبحث العلمي. على الرغم من مرور أكثر من 300 عام منذ ظهور قانون الجاذبية ، الذي ندين به لنيوتن ، يظل ثابت تفاعل الجاذبية هو الأقل قياسًا بدقة ، مقارنةً بالباقي.

بالإضافة إلى ذلك ، يبقى السؤال الرئيسي حول طبيعة الجاذبية وجوهرها مفتوحًا. كما تعلم ، فإن قانون نيوتن للجاذبية الكونية نفسه قد تم التحقق منه بدقة أكبر بكثير من دقة الثابت G. القيد الرئيسي على التحديد الدقيق لقوى الجاذبية يفرضه ثابت الجاذبية ، ومن ثم الاهتمام الوثيق به.

إنه شيء يجب الانتباه إليه ، وآخر تمامًا - دقة تطابق النتائج عند قياس G. في أكثر القياسات دقة ، يمكن أن يصل الخطأ إلى ترتيب 1/10000. ولكن عندما أجريت القياسات في نقاط مختلفة على الكوكب ، يمكن أن تتجاوز القيم الخطأ التجريبي بترتيب من حيث الحجم أو أكثر!

أي نوع من الثابت هذا عندما يكون هناك مثل هذا التشتت الهائل للقراءات أثناء قياساته؟ أو ربما هذا ليس ثابتًا على الإطلاق ، ولكنه قياس لبعض المعلمات المجردة. أم أن القياسات التي تم فرضها بواسطة التداخل غير معروفة للباحثين؟ هذا هو المكان الذي تظهر فيه أرضية جديدة لفرضيات مختلفة. يشير بعض العلماء إلى المجال المغناطيسي للأرض: "إن التأثير المتبادل لمجالات الجاذبية والمغناطيسية للأرض يؤدي إلى حقيقة أن جاذبية الأرض ستكون أقوى في تلك الأماكن التي يكون فيها المجال المغناطيسي أقوى". يجادل أتباع ديراك بأن ثابت الجاذبية يتغير بمرور الوقت ، وما إلى ذلك.

يتم حذف بعض الأسئلة لعدم كفاية الأدلة بينما تظهر أسئلة أخرى وهذه عملية طبيعية. لكن هذا العار لا يمكن أن يستمر إلى أجل غير مسمى ، آمل أن يساعد بحثي في ​​تحديد اتجاه نحو الحقيقة.

كان الكيميائي الإنجليزي هنري كافنديش ، أول من نُسب إليه الفضل في أسبقية التجربة في قياس الجاذبية الثابتة ، والذي شرع في عام 1798 في تحديد كثافة الأرض. لمثل هذه التجربة الدقيقة ، استخدم ميزان الالتواء الذي اخترعه ج. ميشيل (المعروض الآن في المتحف الوطني لبريطانيا العظمى). قارن كافنديش تذبذبات البندول لجسم اختبار تحت تأثير جاذبية كرات ذات كتلة معروفة في مجال جاذبية الأرض.

كانت البيانات التجريبية ، كما اتضح لاحقًا ، مفيدة في تحديد G. والنتيجة التي حصل عليها Cavendish هي استثنائية ، حيث تختلف بنسبة 1٪ فقط عن تلك المقبولة اليوم. وتجدر الإشارة إلى ما كان إنجازه عظيمًا في عصره. لأكثر من قرنين من الزمان ، تقدم علم التجربة بنسبة 1 ٪ فقط؟ إنه أمر لا يصدق ، لكنه حقيقي. علاوة على ذلك ، إذا تم أخذ التقلبات واستحالة التغلب عليها في الاعتبار ، يتم تخصيص قيمة G بشكل مصطنع ، واتضح أننا لم نتقدم على الإطلاق في دقة القياسات منذ زمن كافنديش!

نعم! لم نتقدم في أي مكان ، العلم في سجود - لا نفهم الجاذبية!

لماذا لم يتقدم العلم عمليًا في دقة قياس هذا الثابت لأكثر من ثلاثة قرون؟ ربما يتعلق الأمر كله بالأداة التي يستخدمها كافنديش. المقاييس الالتوائية - اختراع من القرن السادس عشر ، ظلت في الخدمة مع العلماء حتى يومنا هذا. بالطبع ، لم يعد هذا هو نفس توازن الالتواء ، انظر إلى الصورة ، التين. 1. على الرغم من أجراس وصفارات الميكانيكا والإلكترونيات الحديثة ، بالإضافة إلى الفراغ واستقرار درجة الحرارة ، فإن النتيجة عمليًا لم تتزحزح. من الواضح أن هناك خطأ ما هنا.

قام أسلافنا ومعاصرونا بمحاولات مختلفة لقياس G في خطوط عرض جغرافية مختلفة وفي أكثر الأماكن روعة: مناجم عميقة ، وكهوف جليدية ، وآبار ، وأبراج تلفزيونية. تم تحسين تصميمات موازين الالتواء. تم تكرار القياسات الجديدة من أجل توضيح ثابت الجاذبية والتحقق منها. تم إجراء التجربة الرئيسية في لوس ألاموس في عام 1982 من قبل جي لوثر و دبليو تولر. كان تركيبهم يذكرنا بموازين الالتواء من Cavendish ، مع كرات التنجستن. نتيجة هذه القياسات ، 6.6726 (50)؟ 10-11 م 3 كجم -1 ثانية -2 (أي 6.6726 ± 0.0005) ، تم أخذها كأساس للبيانات التي أوصت بها قيم لجنة العلوم والتكنولوجيا (CODATA) في عام 1986.

كان كل شيء هادئًا حتى عام 1995 ، عندما حصلت مجموعة من الفيزيائيين في مختبر PTB الألماني في براونشفايغ ، باستخدام إعداد معدل (أرصدة تطفو على سطح الزئبق ، مع كرات ذات كتلة كبيرة) ، على قيمة G (0.6 ± 0.008)٪ أكثر من المقبول بشكل عام. نتيجة لذلك ، في عام 1998 ، زاد خطأ القياس لـ G بمقدار تقريبًا.

في الوقت الحاضر ، تجري مناقشة التجارب بنشاط لاختبار قانون الجاذبية العام ، بناءً على قياس التداخل الذري ، لقياس كتل الاختبار المجهري واختبار آخر لقانون الجاذبية النيوتوني في العالم المصغر.

بذلت محاولات لاستخدام طرق أخرى لقياس G ، لكن الارتباط بين القياسات ظل دون تغيير تقريبًا. تسمى هذه الظاهرة الآن بانتهاك قانون التربيع العكسي أو "القوة الخامسة". تتضمن القوة الخامسة الآن أيضًا جسيمات (حقول) معينة من هيغز - جسيمات الله.

يبدو أنهم تمكنوا من إصلاح الجسيم الإلهي ، أو بالأحرى حسابه ، حيث قدم الفيزيائيون المشاركون في التجربة في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) للعالم الرسالة بشكل مثير.

اعتمد على بوزون هيغز ، لكن لا تخطئ بنفسك!

إذن ما هو هذا الثابت الغامض الذي يسير من تلقاء نفسه ولا يسير بدونه في أي مكان؟

نقرأ استمرار المقال

تاريخ القياس

يظهر ثابت الجاذبية في السجل الحديث لقانون الجاذبية الكونية ، لكنه كان غائبًا بشكل صريح عن نيوتن وفي أعمال العلماء الآخرين حتى بداية القرن التاسع عشر. تم إدخال ثابت الجاذبية في شكله الحالي لأول مرة في قانون الجاذبية العامة ، على ما يبدو ، فقط بعد الانتقال إلى نظام قياس متري واحد. ربما للمرة الأولى قام بذلك الفيزيائي الفرنسي بواسون في رسالة في الميكانيكا (1809) ، على الأقل لم يتم تحديد أي أعمال سابقة يظهر فيها ثابت الجاذبية من قبل المؤرخين. في عام 1798 ، أجرى هنري كافنديش تجربة لتحديد متوسط ​​كثافة الأرض باستخدام ميزان الالتواء الذي اخترعه جون ميشيل (المعاملات الفلسفية 1798). قارن كافنديش تذبذبات البندول لجسم اختبار تحت تأثير جاذبية الكرات ذات الكتلة المعروفة وتحت تأثير جاذبية الأرض. تم حساب القيمة العددية لثابت الجاذبية لاحقًا على أساس متوسط ​​كثافة الأرض. دقة القيمة المقاسة جيازداد منذ زمن كافنديش ، لكن نتيجته كانت بالفعل قريبة جدًا من النتيجة الحديثة.

أنظر أيضا

ملاحظات

الروابط

  • ثابت الجاذبية- مقال من الموسوعة السوفيتية العظمى

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

  • داروين (مشروع فضائي)
  • عامل الضرب السريع للنيوترونات

شاهد ما هو "ثابت الجاذبية" في القواميس الأخرى:

    ثابت الجاذبية- (ثابت الجاذبية) (γ، G) فيزيائي عالمي. ثابت مدرج في الصيغة (انظر) ... موسوعة البوليتكنيك الكبرى

    ثابت الجاذبية- (يُشار إليها بواسطة G) معامل التناسب في قانون نيوتن للجاذبية (انظر قانون الجاذبية العالمي) ، G = (6.67259.0.00085) .10 11 N.m & sup2 / kg & sup2 ... قاموس موسوعي كبير

    ثابت الجاذبية- (التعيين G) ، معامل قانون نيوتن للجاذبية. يساوي 6.67259.10 11 N.m2.kg 2 ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

    ثابت الجاذبية- المادية الأساسية الثابت G المتضمن في قانون الجاذبية لنيوتن F = GmM / r2 ، حيث m و M هما كتلا الأجسام الجاذبة (نقاط المواد) ، r هي المسافة بينهما ، F هي قوة الجذب ، G = 6.6720 (41) X10 11 نيوتن متر مربع كجم 2 (لعام 1980). أدق قيمة لـ G. p. ... ... موسوعة فيزيائية

    ثابت الجاذبية- - موضوعات صناعة النفط والغاز EN ثابت الجاذبية ... دليل المترجم الفني

    ثابت الجاذبية- gravitacijos konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. ثابت الجاذبية ثابت الجاذبية vok. Gravitationskonstante، f rus. ثابت الجاذبية ، و ؛ ثابت الجاذبية العام ، f pranc. constante de la gravitation، f… Fizikos terminų žodynas

    ثابت الجاذبية- (يُرمز إليه بـ G) ، معامل التناسب في قانون نيوتن للجاذبية (انظر. قانون الجاذبية العالمي) ، G \ u003d (6.67259 + 0.00085) 10 11 N m2 / kg2. * * * الثبات الجرافيكي الثابت (المشار إليه بـ G) ، العامل ... ... قاموس موسوعي

    ثابت الجاذبية- ثابت الجاذبية ، الكون. بدني ثابت G ، متضمن في الأنفلونزا ، معبراً عن قانون الجاذبية النيوتوني: G = (6.672 59 ± 0.000 85) * 10 11N * m2 / kg2 ... قاموس موسوعي كبير للفنون التطبيقية

    ثابت الجاذبية- معامل التناسب G في الصيغة التي تعبر عن قانون الجاذبية لنيوتن F = G mM / r2 ، حيث F هي قوة الجذب ، M و m كتل الأجسام المنجذبة ، r هي المسافة بين الأجسام. تسميات أخرى لـ G. p: γ أو f (أقل ك 2). عددي ... ... الموسوعة السوفيتية العظمى

    ثابت الجاذبية- (يُرمز لها بـ G) ، المعامل. التناسب في قانون نيوتن للجاذبية (انظر. قانون الجاذبية العالمي) ، G \ u003d (6.67259 ± 0.00085) x 10 11 N x m2 / kg2 ... علم الطبيعة. قاموس موسوعي

كتب

  • الكون والفيزياء بدون "طاقة مظلمة" (اكتشافات ، أفكار ، فرضيات). في مجلدين. المجلد 1 ، O.G Smirnov. الكتب مكرسة لمشاكل الفيزياء وعلم الفلك التي كانت موجودة في العلم لعشرات ومئات السنين من جي جاليليو ، آي نيوتن ، أ. أينشتاين حتى يومنا هذا. اصغر جسيمات المادة والكواكب والنجوم و ...