Aslında iyi bildiğimiz temel bir sabit, pek çok belirsizliğe sahiptir.
Bu makale, "İlkeler" (WeChat genel hesabı: principalia1687) yetkisiyle çoğaltılmıştır,
İkinci yeniden basım yasaktır.
Geçmişte fizik yasalarının formülasyonu deneyimden yani deneylerle yapılıyordu. Galileo'nun Eğik Pisa Kulesi'nde yaptığı gibi, bir topun kuleden serbestçe düşmesine izin verin ve ardından topun düştüğü mesafeyi ve yere ulaşma süresini ölçün. Ya da basit bir sarkaç bırakırsanız, sarkacın uzunluğu ile titreşim süresi arasındaki ilişkiyi bulacaksınız. Farklı mesafeler, uzunluklar ve süreler seçtiğiniz sürece ve birçok deneyden sonra, yavaş yavaş bir ilişkinin ortaya çıktığını göreceğiz: Düşen nesnenin mesafesi, düşme zamanının karesiyle orantılıdır ve basit bir sarkacın periyodu, sarkacın uzunluğu ile orantılıdır. Karekök orantılıdır.
Ancak bu orantılı ilişkileri Denklem , Doğruyu almalısın sabit Ölçek faktörü olarak.
Az önce bahsedilen ve diğer birçok örnekte, orantılılık sabiti Yerçekimi sabiti ("G" ile gösterilir) İlgili. Ay dünyanın etrafında döner, gezegen güneşin etrafında döner, ışık kütleçekimsel merceklenme nedeniyle bükülür ve kuyruklu yıldız güneş sisteminden kaçtığında enerji kaybeder.Bu işlemlerin izlediği yerçekimi yasalarının tümü G ile orantılıdır. Yerçekimi çok güçlü görünse de, aslında dört temel kuvvetin en zayıfıdır.
Aslında Newton'dan (1640-1650'ler) önce, İtalya'dan bilim adamları, Francesco Grimaldi (1618-1663) ve Riccioli (Giovanni Riccioli, 1598-1671) yerçekimi sabitini çoktan hesaplamışlardı. Bu, Ole Rømer'in 1676'da belirlemesinden önce bile belirlenecek ilk temel sabit olduğu anlamına gelir. Işık hızı .
Newton'un evrensel çekim yasası, iki yüz yıldan fazla bir süredir yerçekimini açıklayan en iyi teori olmuştur.19. Yüzyılın ortalarına kadar, bilim adamları Merkür'ün presesyonunu açıklayamayacağını keşfettiler. 20. yüzyılın başlarında, Newton'un yerçekimi teorisinin yerini Einstein'ın genel görelilik teorisi aldı. Newton'un teorisi bu nedenle ortadan kaldırılmadı ve hala gerçekte yaygın olarak kullanılıyor. Bununla birlikte, şekilde gösterilen denklemdeki yerçekimi sabiti G'yi hala doğru bir şekilde anlamıyoruz.
Evrende, kütleli herhangi iki nesneyi alıp birbirlerine yakın yerleştirirler, birbirlerini çekerler. Son derece büyük kütleler veya çok küçük mesafeler haricinde, Newton yasaları doğanın tamamında geçerlidir. Bu yasaya göre, nesneler arasındaki çekim onların kalite (M), birbirinden ayrılmış mesafe (R) ve Yerçekimi sabiti (G) İlgili (yukarıdaki resimde gösterildiği gibi). Nesnelerden biri dünya olduğunda, yerçekimi çok güçlü olabilir. Ancak nesne laboratuvardan geldiğinde, yerçekimi ölçülemeyecek kadar küçük olacaktır. Örneğin, birbirinden 1 metre uzaklıkta 1 kilogramlık iki nesne arasındaki çekim kuvveti, yalnızca birkaç biyolojik hücrenin ağırlığına eşittir. Bu nedenle, yerçekiminin gücünü ölçen yerçekimi sabiti G'yi ölçmek çok zordur.
Yüzyıllar boyunca, birçok temel sabitle ilgili ölçümlerimiz son derece yüksek doğrulukta geliştirildi. Işık c hızının 299792458 m / s olduğunu, Planck sabiti H'nin kuantum etkileşimini belirleyen değerinin 1.05457180 × 10-34J · s olduğunu ve belirsizliğinin ± 0.000000013 × 10-34J · s olduğunu biliyoruz. Peki ya G? Tamamen farklı bir hikaye.
1930'larda ölçülen G değeri 6.67 × 10-11N / kg²m² idi, bu daha sonra 1940'larda 6.673 × 10-11N / kg²m²'ye yükseltildi ve her iki değer de bilim adamı Paul Heyl tarafından ölçüldü. Bu değerler zamanla gittikçe daha doğru hale geldi ve belirsizlik% 0,1'den% 0,04'e ve ardından 1990'larda, çoğunlukla Barry Taylor'ın Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'ndeki (NIST) çalışmaları nedeniyle% 0,012'ye düştü.
Aslında, 1998'in bir kopyasını açarsanız Parçacık veri seti (PDG) broşürü (farklı temel sabitlerin değerlerini sağlar), G'nin değerinin oldukça doğru göründüğünü göreceksiniz: 6.67259 × 10-11N / kg²m², belirsizlik sadece 0.00085 × 10-11N / kg² m².
Ama sonra ilginç bir şey oldu.
O yıl daha sonra, daha ileri deneysel ölçümlerle elde edilen değer 6.674 × 10-11N / kg²m² idi ve bu öncekilerle tutarsızdı. Farklı yöntemler kullanan birden fazla ekip, birbiriyle çelişen yerçekimi sabiti değerleri elde etti ve aralarındaki fark, daha önce bildirilen belirsizlikten 10 kat daha yüksek olan% 0.15 seviyesinde.
Bu nasıl gidiyor?
Henry Cavendish, diğer bilinmeyen miktarlardan (güneşin ve dünyanın kütlesi gibi) bağımsız olarak yerçekimi sabitinin değerini doğru bir şekilde ölçmek için on sekizinci yüzyılın sonuna kadar bir bükülme dengesi deneyi kullanmıştı. Deneyinde, bir ipten bir halter asıldı, mükemmel bir şekilde dengelendi. Nesnenin her iki ucunda büyük kütleli bir nesne vardır ve bunların yerçekimi kuvveti küçük kütleli nesneleri çekecektir. Halterin kütlesi ve mesafesi bilindiği sürece, yerçekimi sabiti G, hissettiği burulma kuvvetine dayalı olarak deneysel olarak ölçülebilir.
Son 200 yılda fizikte pek çok ilerleme olmasına rağmen, başlangıçta Cavendish deneyinde uygulanan aynı ilke, bugün hala yerçekimi sabiti G'yi ölçmek için kullanılmaktadır. 2018 yılına kadar daha iyi sonuçlar verebilecek bir ölçüm teknolojisi veya deneysel cihaz henüz yok. | Resim kaynağı: CHRIS BURKS (CHETVORNO) / WIKIMEDIA COMMONS
İnsanlar, en önemli faktörlerden birinin, iyi bilinen bir psikolojik faktör olan doğrulama önyargısı olabileceğinden şiddetle şüpheleniyorlar. Başkaları tarafından ölçülen sonuç 6.67259 × 10-11N / kg²m² ise 6.67224 × 10-11N / kg²m² veya 6.67293 × 10-11N / kg²m²'ye benzer bir sonuç beklemek için nedenleriniz olabilir . Ancak 6,67532 × 10-11N / kg²m² gibi bir değer alırsanız, bir bağlantıda hata yaptığınızdan şüphelenebilirsiniz.
Bu nedenle, hatanın nedenini bulana kadar bulmaya çalışacaksınız. Ya da en azından 6.67259 × 10-11N / kg²m² ile tutarlı bazı makul sonuçlar elde edene kadar tekrar tekrar deneyeceksiniz.
Bu nedenle 1998'de çok dikkatli bir takım önceki sonuçtan şaşırtıcı bir şekilde% 0,15 sapma gösterdiğinde çok şok ediciydi. İnsanlar, önceki sonuçların hatasının bu sayının onda birinden az olduğunu iddia ettiler. NISTin yanıtı, önceden belirtilen belirsizliği atmak oldu ve G'nin değeri, daha büyük belirsizlik eklenerek maksimum dört anlamlı basamağa indirildi.
Cavendish deneyinden esinlenen bükülme sarkacı ve bükülme dengesi, daha yeni atomik girişim deney teknolojisini geride bırakarak G'yi ölçmenin yolunu açmaya devam ediyor. Kısa bir süre önce, Çinli bilim adamları iki bağımsız ölçümde şu ana kadarki en yüksek hassasiyetli G değerini elde ettiler: 6.674184 × 10-11N / kg²m² ve 6.674484 × 10-11N / kg²m², belirsizlik Sadece% 0.00116. Bu, ekibin onlarca yıllık sıkı çalışmasının harika bir sonucudur.
Bununla birlikte, yerçekimi sabiti G'nin tam değerini hala bilmiyoruz. Geçtiğimiz 40 yılda farklı ekipler tarafından ölçülen sonuçlar tutarlı değil, bu sonuçlarla ölçülen G değerleri 6.6757 × 10-11N / kg²m² kadar yüksek ve 6.6719 × 10-11N / kg²m² kadar düşük. Aşağıdaki şekilden, Çin ekibinin bu kez elde ettiği sonuçların (kırmızı kareler) ve önceki ölçümlerinin (mor kareler) istatistiksel olarak tutarsız olduğunu da görebiliriz.
Şekildeki veri noktaları, son 40 yıldaki yerçekimi sabiti G'nin yüksek hassasiyetli ölçüm sonuçlarıdır ve belirsizlik, hata çubukları ile temsil edilir. Kırmızı kareler geçen hafta Çin ekibinin elde ettiği sonuçları, mor kareler ise önceki sonuçlarını temsil ediyor. Dikey gri çizgi, Bilim ve Teknoloji Veri Derneği tarafından benimsenen G değerini temsil eder ve belirsizlik, gölgeli alan ile temsil edilir. | Resim kaynağı: Doğa
Bu farkın en az iki olası açıklaması vardır. Birincisi, deneyin teknik detaylarının tam olarak anlaşılmamış olması, diğeri ise bu dağınık değerleri açıklayabilecek bazı bilinmeyen fiziklerin olmasıdır. Açıkçası, ikincisi daha heyecan verici ama aynı zamanda daha az olası. Ancak bu olasılıktan vazgeçmemeliyiz. Şimdi, bu sonuçlar arasındaki farkları anlamaya çalışmak, yeni ölçümler almak kadar önemlidir.
Buna karşılık, evreni tanımlayan temel kuantum sabitleri, yerçekimi sabitinden binlerce kat daha doğrudur. Ölçülecek ilk sabit olan bu durum gerçekten utanç vericidir. Yerçekimi dalgalarından pulsarlara, evrenin genişlemesine kadar, bu sabiti bir dizi ölçüm ve hesaplamada kullanacağız. Ancak bu sabiti belirleme yeteneğimiz, Dünya'daki küçük ölçekli deneysel ölçümlere dayanmaktadır. Malzeme yoğunluğundan Dünya'nın depremlerine kadar en küçük belirsizlik kaynakları, bu sabiti belirleme çabalarımızı engelleyecektir. Daha iyisini yapmadan önce, kütleçekimsel fenomenlerin önemli bir rol oynadığı her yerde, her zaman içsel, rahatsız edici derecede büyük belirsizlikler olacaktır.
Yerçekimi sabitinin ilk ölçümünün üzerinden 350 yıldan fazla zaman geçti, ancak yerçekiminin ne kadar güçlü olduğunu hâlâ bilmiyoruz.
Referans kaynağı:
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
Düzenleme: Buzsuz Kola
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
