يتعمق لغز الجاذبية الثابت مع قياسات دقيقة جديدة (خط مكون من سلك نابض)

قياسان دقيقان للغاية لثابت الجاذبيةGأسفرت عن قيم مختلفة بشكل كبير. تم إجراء التجربتين من قبل علماء الفيزياء في الصين والنتائج تعمق الغموض حول سبب استحالة التوصل إلى توافق في الآراء حول قيمةG، وهو ثابت فيزيائي أساسي.

الربط مع قانون نيوتن العالمي للجاذبية، قوة الجاذبية (F) التي تجذب جسمين كتلتهماm1وm2مفصولة بمسافةdيعطى من قبلالاليه العالميه1m2/d2. القياس الأول لGتم صنعه في عام 1798 من قبل هنري كافنديش ، الذي استخدم ميزان التواء صممه جون ميشيل لقياس الثابت مع عدم اليقين بنسبة 1٪.

يتكون ميزان الالتواء من كتلة على شكل دمبل معلقة من مركزها بواسطة سلك رفيع. يتم وضع كتلتين خارجيتين كبيرتين على جانبي الدمبل بطريقة تجعليمكن أن يؤدي جاذبيتها الجاذبية: عزم دوران على الدمبل ، مما يؤدي إلى دورانه. مع التواء السلك ، يتم مواجهة عزم دوران الجاذبية عن طريق التواء في السلك حتى يستقر الدمبل. وبتحليل هذه الحركة،Gيمكن حسابها.

نتائج ملتوية

ومنذ ذلك الحين، أجريت أكثر من 200 تجربة لقياسGإلى دقة أعلى من أي وقت مضى. القيمة المقبولة اليوم هي مزيج من عدة قياسات مستقلة ولديها عدم يقين نسبي يبلغ 47 جزءا في المليون (جزء في المليون). ومع ذلك ، فإن بعض التجارب الفردية لديها شكوك أصغر بكثير - حتى الآن ، كان أصغرها 13.7 جزء في المليون - وبعض هذه القياسات الدقيقة للغاية تختلف بأكثر من 500 جزء في المليون.

وقد ترك هذا علماء الفيزياء في حيرة من أمرهم حول سبب عدم إمكانية التوصل إلى توافق تجريبي في الآراء حول قيمةG. الآن ، تم تعميق هذا اللغز من خلالشان تشينغ يانانوغرام,تشنغ- غانغ شاو,يونيولوه وزملاء في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا ومعاهد أخرى في الصين وروسيا. قاموا بتشغيل شكلين مختلفين في تجربة توازن الالتواء في نفس المختبر ، فقط لقياس قيم مختلفة بشكل كبير منG.

تستخدم إحدى التجارب تقنية وقت التأرجح (TOS) ، حيث يتأرجح البندول. يتم تحديد تردد التذبذب من خلال مواقع الجماهير الخارجية وGيمكن استنتاجها من خلال مقارنة الترددات لتكوينين مختلفين للكتلة. تستخدم التجربة الثانية طريقة التغذية المرتدة للتسارع الزاوي (AAF) ، والتي تتضمن تدوير الكتل الخارجية والبندول على قرصين دوارين منفصلين. تراقب آلية التغذية المرتدة زاوية التواء البندول ، والتي يتم الاحتفاظ بها عند الصفر عن طريق تغيير السرعة الزاوية لأحد الأقراص الدوارة.Gثم يتم حسابه من معدل التغيير المطلوب إلى صفر الزاوية.

أوافق على عدم الموافقة

قياسات هواتشونغ TOS و AAF لGلديهم شكوك قياسية بلغت 11.64 جزء في المليون و 11.61 جزء في المليون على التوالي. في حين أن قياس شروط الخدمة يتفق مع القيمة المقبولة لGإلى داخل حالة عدم اليقين ، فإن نتيجة AAF لا تفعل ذلك. في الواقع ، تبلغ قيمة AAF حوالي 45 جزء في المليون أكبر من نتيجة TOS. علاوة على ذلك ، فإن هذه النتائج الأخيرة تتعارض مع القياسات السابقة التي أجراها فريق Huazong.

على الرغم من التحسن الأخير في الدقة ، فإن السبب (أو الأسباب) للتناقضات بينGالقياسات لا تزال لغزا. التفسير الأكثر ترجيحا هو أن الباحثين قد قللوا من شأن واحد أو أكثر من مصادر الخطأ التجريبي أو تجاهلوها. يقترح فريق هواتشونغ أن عدم مرونة السلك يمكن أن يكون الجاني. يمكن أن يؤثر هذا على تجربة TOS لأنه يعني أن ثابت النابض للسلك يمكن أن يكون مختلفا عند ترددي التذبذب المختلفين.(خط تشكيل سلك الربيع)