يصف ثابت الجاذبية القوة الجوهرية لقوة الجاذبية ويمكن استخدامه لحساب قوة الجاذبية بين جسمين.
“Big G” أو جيتم تعريف ثابت الجاذبية لأول مرة إسحاق نيوتن كان أحد الثوابت الأساسية للطبيعة في قانونه للجاذبية الكونية ، الذي تمت صياغته عام 1680. القيمة (6.6743 ± 0.00015) x10 ^ –11 م ^ 3 كجم ^ –1 ثانية ^ –2 (يفتح في علامة تبويب جديدة).
يمكن حساب قوة الجاذبية بين جسمين باستخدام ثابت الجاذبية باستخدام معادلة واجهها معظمنا في المدرسة الثانوية: يتم العثور على قوة الجاذبية بين جسمين بضرب كتل الجسمين (م 1 و م 2). جيثم نقسم على مربع المسافة بين الكائنين (F = [G x m1 x m2]/ ص ^ 2).
متعلق ب: لماذا الجاذبية ضعيفة جدا؟ قد تكمن الإجابة في طبيعة الزمكان
كيث كوبر صحفي علمي مستقل ومحرر في المملكة المتحدة ، حاصل على درجات علمية في الفيزياء والفيزياء الفلكية من جامعة مانشستر. وهو مؤلف كتاب “مفارقة الاتصال: تحدي افتراضاتنا في البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض” (بلومزبري سيجما ، 2020). وقد كتب أيضًا مقالات في علم الفلك والفضاء والفيزياء والفيزياء الفلكية في العديد من المجلات والمواقع الإلكترونية.
ثابت الجاذبية
ثابت الجاذبية هو مفتاح قياس كتلة كل شيء كون.
على سبيل المثال ، بمجرد معرفة ثابت الجاذبية ، تم ربطه بتسارع الجاذبية أرض، يمكن حساب كتلة كوكبنا. بمجرد أن نعرف كتلة كوكبنا ، فإن معرفة حجم ومدة مدار الأرض يسمح لنا بقياس كتلته. الشمس. ومن خلال معرفة كتلة الشمس ، يمكننا قياس كتلة كل شيء بداخلها مجرة درب التبانة داخل مدار الشمس.
قياس ثابت الجاذبية
مقياس ل جي واحدة من أولى التجارب العلمية عالية الدقة ، يتطلع العلماء لمعرفة ما إذا كانت تختلف باختلاف الأوقات والأماكن في الفضاء ، مما قد يكون له آثار كبيرة على علم الكونيات.
6.67408 x10 ^ –11 m لثابت الجاذبية رسم الحدود بين ولايتي بنسلفانيا وماريلاند (يفتح في علامة تبويب جديدة).
في إنجلترا ، عالم هنري كافنديش (يفتح في علامة تبويب جديدة) (1731-1810) ، كان مهتمًا بحساب كثافة الأرض. شعر (يفتح في علامة تبويب جديدة) ان جهود المساح يجب أن تفشل (يفتح في علامة تبويب جديدة) هذا لأن الجبال القريبة تخضع لجاذبية طفيفة على “plumb-bob” (أداة توفر خطًا مرجعيًا رأسيًا يمكن للمساحين إجراء قياساتهم مقابله) ، مما يؤدي إلى التخلص من قراءاتهم. إذا كان الحجم معروفًا جييمكنهم حساب جاذبية الجبال ومراجعة نتائجهم.
لذلك شرع كافنديش في إجراء القياس ، وهو أدق قياس علمي تم إجراؤه في التاريخ.
(يفتح في علامة تبويب جديدة)
تجربته ‘ كان مذكوراتقنية موازنة عزم الدوران“. يتكون من اثنين من الدمبل التي يمكن أن تدور حول نفس المحور. كان لأحد الدمبل كرتان صغيرتان متصلتان بقضيب ويتدلىان برفق بواسطة خيط. يتكون الدمبل الآخر من وزني رصاص كبير يبلغ وزنهما 348 رطلاً (158 كيلوجرامًا) يدوران على جانبي الدمبل الأصغر.
عندما تم وضع أوزان أكبر بالقرب من الكرات الأصغر ، فإن قوة الجاذبية للكرات الأكبر تجتذب الكرات الأصغر ، مما يتسبب في التواء الألياف. مقدار العزم المسموح به قياس عزم الدوران (قوة الدوران) لنظام عزم الدوران Cavendish. ثم قام بتطبيق هذه القيمة على عزم الدوران.Fفي المعادلة الموصوفة أعلاه ، بإضافة كتل الأوزان ومسافاتها ، يمكنه إعادة ترتيب المعادلة لحساب جي.
هل يمكن أن يتغير ثابت الجاذبية؟
حقيقة أن “G الكبير” غير معروف للعديد من المنازل العشرية مثل الثوابت الأساسية الأخرى هو مصدر إحباط بين علماء الفيزياء. على سبيل المثال ، رسم مكافحة الإلكترونية (1.602176634 × 10 ^ –19 كولوم) معروف بتسع منازل عشرية ، ولكن جي دقيق حتى خمس نقاط عشرية فقط. كانت محاولات قياسه بدقة أكثر مخيبة للآمال لا تتفق مع بعضها البعض (يفتح في علامة تبويب جديدة).
أحد أسباب ذلك هو أن جاذبية الأشياء حول أداة الاختبار تتداخل مع الاختبار. ومع ذلك ، هناك شك مزعج في أن المشكلة ليست مجرد مشكلة تجريبية ، بل قد تكون كذلك. بعض الفيزياء الجديدة في العمل (يفتح في علامة تبويب جديدة). من الممكن أيضًا أن ثابت الجاذبية ليس ثابتًا كما يعتقد العلماء.
في الستينيات ، اكتشف الفيزيائيون روبرت ديك – مجموعته -. الخلفية الكونية الميكروويف (CMB) بواسطة Arno Penzias and Robert Wilson في عام 1964) – طور كارل فرانس ما يسمى بنظرية التنسور القياسي ، وهي نوع من التباين. البرت اينشتاينس النظرية العامة للنسبية. يصف الحقل القياسي خاصية تختلف عند نقاط مختلفة في الفراغ (ملف التشبيه الأرضي هو خريطة درجة الحرارة، حيث درجة الحرارة ليست ثابتة ولكنها تختلف باختلاف الموقع). إذا كانت الجاذبية مجالًا قياسيًا ، إذن جي قد يكون لها قيم مختلفة عبر المكان والزمان. هذا يختلف عن النسخة المقبولة على نطاق واسع من النسبية العامة ، والتي تظهر أن الجاذبية ثابتة في جميع أنحاء الكون.
اقترح موتوهيكو يوشيمورا من جامعة أوكاياما في اليابان أن نظرية الموتر القياسي يمكن أن تقترن بالجاذبية. التضخم الكوني مع الطاقة المظلمة. حدث التضخم بعد جزء من الثانية من ولادة الكون ، وأدى إلى توسع قصير ولكن سريع استمر ما بين 10 ^ –36 و 10 ^ –33 ثانية. .الانفجار العظيمرفع الكون من المجهر إلى العياني قبل أن ينغلق في ظروف غامضة.
(يفتح في علامة تبويب جديدة)
الطاقة المظلمة إنها القوة الغامضة التي تسرع تمدد الكون اليوم. تساءل العديد من الفيزيائيين عما إذا كان يمكن أن يكون هناك علاقة بين قوتي التمدد. يقول يوشيمورا أن هناك – كلاهما مظهر من مظاهر مجال الجاذبية القياسي قوي جدا في بدايات الكونثم ضعفت ، لكنها عادت أقوى مع توسع الكون وانتشار المادة أكثر.
ومع ذلك ، فإنه يحاول الكشف عن أي اختلافات كبيرة جي لم يتم اكتشاف أي شيء حتى الآن في أجزاء أخرى من الكون. على سبيل المثال ، في عام 2015 ، نتائج دراسة استمرت 21 عامًا للبقول المنتظمة بولسار PSR J1713 + 0747 لم يتم العثور على دليل (يفتح في علامة تبويب جديدة) لها قوة مختلفة مقارنة بقوة الجاذبية في النظام الشمسي. كلاهما مرصد جرين بانك وهذا تلسكوب راديو Arecibo تتبع PSR J1713 + 0747 ، وهو نظام ثنائي يبعد 3750 سنة ضوئية. قزم ابيض. النجم النابض هو أكثر النجوم شهرة ، وأي انحراف عن “Big G” سرعان ما يتضح أثناء رقصه المداري مع القزم الأبيض وتوقيت نبضاته.
أ تقرير (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال ويوي تشو من جامعة كولومبيا البريطانية ، والذي قاد دراسة PSR J1713 + 0747 ، “إن ثابت الجاذبية هو ثابت أساسي للفيزياء ، لذلك من المهم اختبار هذا الافتراض الأساسي باستخدام أماكن وأوقات وأجسام مختلفة ظروف الجاذبية ، تمامًا كما تعمل الجاذبية عن بعد في نظامنا الشمسي. نجمة يساعد النظام في تأكيد أن ثابت الجاذبية عالمي حقًا “.
مصادر إضافية
مراجعة التجارب المعملية على الجاذبية (يفتح في علامة تبويب جديدة) أجرتها مجموعة Eöt-Wash في جامعة واشنطن.
مراجعة “بيج جي” يحاول القياس (يفتح في علامة تبويب جديدة) وماذا تعني النتائج.
بريتانيكا تعريف ثابت الجاذبية (يفتح في علامة تبويب جديدة).
فهرس
“قياس دقيق لثابت الجاذبية لنيوتن (يفتح في علامة تبويب جديدة). “شيويه ، تشاو وآخرون. National Science Review (2020).
“حالة غريبة عن ثابت الجاذبية (يفتح في علامة تبويب جديدة). ”وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (2022).
“هنري كافنديش (يفتح في علامة تبويب جديدة)بريتانيكا (2022).
تابع كيث كوبر على تويتر تضمين التغريدة (يفتح في علامة تبويب جديدة). تابعنا على تويتر تضمين التغريدة (يفتح في علامة تبويب جديدة) و على فيسبوك (يفتح في علامة تبويب جديدة).
“متعصب للموسيقى. مستكشف متواضع جدا. محلل. متعصب للسفر. مدرس تلفزيوني متطرف. لاعب.”