هذه المادة من قبل "من حيث المبدأ" (عدد الجمهور قناة الصغرى: principia1687) طبع بإذن،

حظر مستنسخة الثانوية.

في الماضي، قوانين الفيزياء التي بدأت لتطوير التجربة، أن يتم ذلك عن طريق التجربة. كما غاليليو قد فعلت ذلك على برج بيزا المائل، والسماح لكرة حرة السقوط من البرج، ومن ثم قياس المسافة والوقت انخفاض الكرة حتى احتياجات الهبوط. أو الافراج عن البندول، والبندول إيجاد العلاقة بين طول الوقت الاهتزاز. بعد تحديد مسافة مختلفة، طول والوقت، ثم كرر التجربة، وسوف نرى علاقة ظهرت تدريجيا: بعد السقوط بعد الكائن يتناسب مع مربع الفترة الزمنية سقوط البندول وطول البندول ومن يتناسب مع الجذر التربيعي.

ولكن أريد أن تحويل هذه العلاقة النسبة معادلة ، تحتاج إلى الحصول على حق ثابت كما معامل النسبي.

في الأمثلة الأخرى التي ذكرت للتو وكثيرة، وثابت التناسب ثابت الجاذبية (الرمز بواسطة "G") ذات الصلة. القمر حول الأرض والكواكب حول الشمس، وعلى ضوء عازمة بسبب عدسة الجاذبية، والمذنبات الفارين من فقدان الطاقة الشمسية، تتبع هذه العمليات وفقا لقانون الجاذبية G وبما يتناسب. وعلى الرغم من خطورة ويبدو أن يكون قويا جدا، ولكنه في الواقع أضعف من القوى الأساسية الأربعة.

في الواقع، قبل وقت طويل نيوتن (1640--1650 عاما)، تم احتساب علماء من إيطاليا غريمالدي (فرانشيسكو غريمالدي، 1618-1663) ولي Qiaoli (جيوفاني Riccioli، 1598-1671) لثابت الجاذبية، يعني ذلك أنه يتم تحديد أول الثوابت الأساسية، حتى قبل أوول رومر (أوول رومر) تحدد في عام 1676 سرعة الضوء .

مائتي سنة بين قانون الجذب العام لنيوتن أحرز في أفضل الشرح النظري من الجاذبية، وحتى منتصف القرن 19، العلماء وجدوا أنه لا يمكن أن تفسر السبق من الزئبق. وبحلول القرن 20 في وقت مبكر، تم استبدال نظرية نيوتن للجاذبية التي كتبها نظرية النسبية العامة لأينشتاين. لم يتم القضاء على نظرية نيوتن، في واقع الأمر لا يزال يستخدم على نطاق واسع. ومع ذلك، فإننا لا تزال تفتقر إلى الفهم الدقيق للمعادلة هو مبين في الشكل الجاذبية ثابت G.

في الكون، واتخاذ أي كائنين مع كتلة، وأماكن لهم في المكان قريبة من بعضها البعض، وأنها سوف تجذب بعضها البعض. إلا في الظروف القصوى الجودة أو مسافة لا تقل، قوانين نيوتن سارية في كل من الطبيعة. وفقا لهذا القانون من التجاذب بين الأشياء وعلى جودة (M)، وفصلها عن بعضها البعض بعد (R)، و ثابت الجاذبية (G) ل(كما هو موضح أعلاه). عندما كائن واحد هو كوكب من الوقت، يمكن أن الجاذبية تكون قوية جدا. ومع ذلك، عندما يكون الهدف من ذلك هو من المختبر، فإنه من الصعب قياس القوة الجاذبة سوف تكون أصغر. على سبيل المثال، وهما 1 متر وبصرف النظر بين 1 كيلوغرام من وزن الجسم من مكافئ خطورة لعدد قليل من الخلايا البيولوجية. لهذا السبب، لقياس كثافة تثبيت قيمة ثابت الجاذبية الجاذبية G يمثل تحديا للغاية.

لعدة قرون، قمنا بقياس للأثيرت العديد من الثوابت الأساسية إلى دقة عالية. نحن نعرف بالضبط سرعة ج الخفيفة 299792458m / ثانية، تحديد قيمة ثابت التفاعل الكم بلانك هو 1.05457180 10-34Js، وعدم اليقين من 0.000000013 10-34Js. ولكنه G؟ وإنما هو قصة مختلفة تماما.

في 1930s، وقيمة قياس G هو 6.67 10-11N / kgm، ثم تحسنت إلى 6.673 10-11N / kgm في 1940s، يتم قياس هذه القيم اثنين من العلماء بول Heyl. وتصبح هذه القيم أكثر دقة مع مرور الوقت، والحد من عدم اليقين ومن ثم على طول الطريق من 0.1 إلى 0.04 إلى 0.012 في 1990s، ومعظمها بفضل هذا العمل باري تايلور في المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) هو.

في الواقع، إذا قمت بفتح 1998 مجموعة بيانات الجسيمات (وPDG) كتيب (الأساسية يوفر قيمة ثابتة مختلفة)، ويمكن العثور عليها، والتي تبدو قيمة دقيقة إلى حد ما G: 6.67259 10-11N / kgm، وعدم اليقين من 0.00085 فقط 10-11N / kg متر مربع.

ولكن بعد ذلك حدث شيء للاهتمام.

في وقت لاحق من ذلك العام، المزيد من التجارب القيمة المقاسة هي 6.674 10-11N / kgm، غير متناسقة مع تلك القيم من قبل. إن تعددية الجماعات أساليب مختلفة ومتضاربة تم قيمة ثابت الجاذبية، فإنها تختلف في مستوى 0.15، وهو أعلى 10 مرات مما ذكر سابقا أكثر من عدم اليقين.

كيف يتم هذا الانتقال؟

حتى القرن الثامن عشر، هنري كافنديش (هنري كافنديش) من خلال التجربة ميزان التواء كانت المرة الأولى في قياس مستقلة دقيق للالمجهولة الأخرى (مثل كتلة الشمس والأرض) قيمة ثابت الجاذبية. في تجربته، سلك معلق الدمبل، متوازنة تماما. A الأجسام الضخمة على طرفي كل من وجوه، وسوف جذب الأشياء الصغيرة كتلة الجاذبية. طالما أن كتلة معروفة والدمبل عن بعد، وفقا لقوة التوائية أنه يمكن أن يشعر بها ثابت الجاذبية قياسها تجريبيا G.

لا تزال تستخدم بالرغم من العديد من التطورات في الفيزياء على مدى 200 سنة الماضية، ومع ذلك، طبقت المبادئ نفسها في تجربة كافنديش الأولية اليوم لقياس ثابت الجاذبية G. حتى عام 2018، لا تزال غير تقنيات تجريبية أو القياس يمكن أن توفر أفضل النتائج. | المصدر: CHRIS بوركس (CHETVORNO) / ويكيميديا كومنز

هناك شك قوي، واحدة من أكثر العوامل الهامة التي قد تكون تأكيدا التحيز العوامل النفسية المعروفة. إذا كان شخص آخر هو نتيجة للقيمة القياس 6.67259 10-11N / kgm، ثم قد يكون لديك سبب لتوقع مثل هذه النتيجة مشابهة ل6.67224 10-11N / kgm أو 6.67293 10-11N / kgm . ولكن إذا الحصول على قيمة 6.67532 10-11N / kgm ما شابه ذلك، وربما كنت يشتبه في أن الخطأ نفسه في جزء واحد من.

ولذلك، فإن محاولة إيجاد الأسباب المحتملة للخطأ حتى تجد لها. أو وسيتم اختبار مرارا وتكرارا حتى بعض نتائج معقولة، على الأقل تكون متسقة مع 6.67259 10-11N / kgm النتائج.

وهذا هو السبب عندما تكون نتائج عام 1998، قام فريق بعناية فائقة للحصول على النتائج قبل الانحراف مذهلة بنسبة 0.15، وصدمة لذلك. قد ادعى أنه بانتظار نتيجة خطأ أقل من عشر هذا العدد. استجابة NIST هي التخلي عن الشك في البيان السابق، يتم اقتطاع قيمة G لمدة أقصاها أربعة أرقام كبيرة، ونعلق مزيد من عدم اليقين.

مستوحاة من التواء التجربة والتواء التوازن كافنديش لا تزال تقود الطريق لقياس G، أكثر من تجربة التدخل التكنولوجيا النووية أكثر حداثة. حتى وقت قريب، والعلماء الصينيين في اثنين من قياسات مستقلة للحصول على أدق حتى الآن قيمة G: 6.674184 10-11N / kgm و6.674484 10-11N / kgm، وعدم اليقين فقط 0.00116. هذا هو نتيجة للفريق مدهش لعقود الأجور التي حصل عليها.

ومع ذلك، ما زلنا لا نعرف بالضبط قيمة ثابت الجاذبية G. في السنوات ال 40 الماضية، وفرق مختلفة من قياس النتائج ليست متسقة، نتائج قياس G تقدر يصل إلى 6.6757 10-11N / kgm، وهو أدنى من 6.6719 10-11N / kgm. يمكننا أيضا أن نرى من الرسم البياني أدناه، والنتيجة (المربع الأحمر) والمنتخب الصيني هذا الوقت للحصول على القيم المقاسة سابقا (المربع الأرجواني) ليست متسقة إحصائيا.

تشير البيانات FIG هي السنوات ال 40 الماضية، وقياس عالية الدقة من ثابت الجاذبية G، يمثل حالة عدم اليقين التي كتبها أشرطة الخطأ. يمثل مربع أحمر نتائج المنتخب الصيني في الأسبوع الماضي، يمثل المربع الأرجواني نتائج سابقة لها. يمثل خط رمادي جمعية البيانات العلمية والتقنية العمودية باستخدام قيم G، مظللة عدم اليقين المنطقة. | المصدر: الطبيعة

لهذا الاختلاف، هناك اثنين على الأقل من التفسيرات الممكنة. أولا، التفاصيل التقنية التجربة ليست مفهومة تماما، وثانيا، قد يكون هناك بعض التفسير المادي غير معروف من هذه القيم المتفرقة. من الواضح، أن هذا الأخير هو أكثر إثارة ولكن أيضا أكثر المستحيل. ومع ذلك، فإننا لا تتخلى عن هذا الاحتمال. الآن، لا يقل أهمية عن محاولة لفهم الفروق بين قياسات جديدة مع هذه النتائج.

في المقابل، تلك التي وصفها في دقة من ثابت الجاذبية بشكل كبير أعلى من الكم ثابت الكون آلاف المرات. وكخطوة أولى ليكون ثابتا، فإن هذا الوضع أمر محرج حقا. من موجة إلى النجم النابض ومن ثم توسع الكون، وسوف نستخدم سلسلة مستمرة من القياسات والحسابات. ولكن لدينا القدرة على تحديد ثوابت متجذرة في القياسات التجريبية على نطاق صغير على الأرض. أصغر مصادر عدم اليقين، وكثافة المواد من الأرض الى وقوع الزلزال، سوف تمنعنا تحديد هذا الجهد المستمر. قبل أن نتمكن من القيام به على نحو أفضل، طالما أن ظواهر الجاذبية تلعب دورا هاما حيث سيكون هناك الكامنة في عدم اليقين إزعاج كبير.

القياس الأول من المسافة ثابت الجاذبية أكثر من 350 عاما، لكننا ما زلنا لا نعرف بالضبط كيف الجاذبية قوية.

المصدر المرجعي:

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/09/06/scientists-admit-embarrassingly-we-dont-know-how-strong-the-force-of-gravity-is/#105d744c2c3e

https://www.nature.com/articles/d41586-018-06028-6

تحرير: كوكس دون الجليد

المواد الشعبية الأخيرة TOP10

انقر على العنوان لعرض