يصف ثابت الجاذبية القوة الجوهرية للجاذبية ، ويمكن استخدامه لحساب قوة الجاذبية بين جسمين.
يُعرف أيضًا باسم “Big G” أو جي، ثابت الجاذبية تم تعريفه لأول مرة بواسطة إسحاق نيوتن في قانون الجاذبية الكوني الذي تمت صياغته عام 1680. وهو أحد الثوابت الأساسية للطبيعة ، مع أ بقيمة (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 يلتقي بها معظمنا في المدرسة الثانوية: يتم العثور على قوة الجاذبية بين جسمين بضرب كتلة هذين الجسمين (م 1 و م 2) و جي، ثم 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 ، وحاصل على شهادة في الفيزياء والفيزياء الفلكية من جامعة مانشستر. وهو مؤلف كتاب “مفارقة الاتصال: تحدي افتراضاتنا في البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض” (Bloomsbury Sigma ، 2020) وقد كتب مقالات عن علم الفلك والفضاء والفيزياء وعلم الأحياء الفلكي لعدد كبير من المجلات والمواقع الإلكترونية.
ثابت الجاذبية
ثابت الجاذبية هو المفتاح لقياس كتلة كل شيء في كون.
على سبيل المثال ، بمجرد معرفة ثابت الجاذبية ، يتم اقترانه بالتسارع الناتج عن الجاذبية أرض، يمكن حساب كتلة كوكبنا. بمجرد أن نعرف كتلة كوكبنا ، فإن معرفة حجم مدار الأرض ومدته يسمح لنا بقياس كتلة الشمس. ومعرفة كتلة الشمس تسمح لنا بقياس كتلة كل شيء في مجرة درب التبانة من الداخل إلى مدار الشمس.
قياس ثابت الجاذبية
قياس جي كانت واحدة من أولى التجارب العلمية عالية الدقة ، ويبحث العلماء عما إذا كان يمكن أن يختلف باختلاف الأوقات والمواقع في الفضاء ، مما قد يكون له آثار كبيرة على علم الكونيات.
الوصول إلى قيمة 6.67408 x10 ^ –11 m ^ 3 kg ^ –1 s ^ –2 لثابت الجاذبية اعتمد على تجربة ذكية إلى حد ما من القرن الثامن عشر ، مدفوعة بمحاولات المساح رسم الحدود بين ولايتي بنسلفانيا وماريلاند (يفتح في علامة تبويب جديدة).
في إنجلترا ، العالم هنري كافنديش (يفتح في علامة تبويب جديدة) (1731-1810) ، الذي كان مهتمًا بحساب كثافة الأرض ، أدرك (يفتح في علامة تبويب جديدة) أن جهود المساح محكوم عليها بالفشل (يفتح في علامة تبويب جديدة) لأن الجبال القريبة ستعرض “plumb-bob” للمساحين (أداة توفر خطًا مرجعيًا رأسيًا يمكن للمساحين إجراء قياساتهم مقابله) لجاذبية طفيفة ، مما يؤدي إلى التخلص من قراءاتهم. إذا كانوا يعرفون حجم جييمكنهم حساب قوة الجاذبية للجبال وتعديل نتائجهم.
لذلك شرع كافنديش في إجراء القياس ، وهو القياس العلمي الأكثر دقة الذي تم تكوينه حتى تلك النقطة في التاريخ.
(يفتح في علامة تبويب جديدة)
تجربته تمت الإشارة إليه باسم “تقنية توازن الالتواء“. تضمنت اثنتين من الدمبل التي يمكن أن تدور حول نفس المحور. كان لأحد الدمبل كرتان صغيرتان متصلتان بقضيب ومعلقان بدقة بواسطة ألياف. تميز الدمبل الآخر بوزن أكبر يبلغ 348 رطلاً (158 كيلوجرامًا) من الرصاص يمكن أن يدور إلى جانبي الدمبل الأصغر.
عندما وُضعت الأوزان الأكبر بالقرب من الكرات الأصغر ، اجتذب سحب الجاذبية للكرات الأكبر الكرات الأصغر ، مما تسبب في التواء الألياف. سمحت درجة الالتواء لـ Cavendish بقياس عزم الدوران (القوة الدورانية) لنظام الالتواء. ثم استخدم هذه القيمة لعزم الدوران بدلاً من “F‘في المعادلة الموصوفة أعلاه ، جنبًا إلى جنب مع كتل الأوزان ومسافاتها ، يمكنه إعادة ترتيب المعادلة لحساب جي.
هل يمكن أن يتغير ثابت الجاذبية؟
إنه مصدر إحباط بين الفيزيائيين لأن “Big G” غير معروف للعديد من النقاط العشرية مثل الثوابت الأساسية الأخرى. على سبيل المثال ، تكلفة ملف إلكترون معروف بتسع منازل عشرية (1.602176634 × 10 ^ –19 كولوم) ، ولكن جي تم قياسه بدقة فقط إلى خمس نقاط عشرية فقط. المحبط ، الجهود المبذولة لقياسه بدقة أكبر لا تتفق مع بعضها البعض (يفتح في علامة تبويب جديدة).
جزء من السبب في ذلك هو أن خطورة الأشياء حول الجهاز التجريبي ستتداخل مع التجربة. ومع ذلك ، هناك أيضًا شك كبير في أن المشكلة ليست مجرد مشكلة تجريبية ، ولكن يمكن أن تكون موجودة بعض الفيزياء الجديدة في العمل (يفتح في علامة تبويب جديدة). من الممكن أيضًا أن ثابت الجاذبية ليس ثابتًا تمامًا كما يعتقد العلماء.
في الستينيات من القرن الماضي ، كان الفيزيائي روبرت ديكي – الذي انكب فريقه على اكتشاف الخلفية الكونية الميكروويف (CMB) بواسطة Arno Penzias و Robert Wilson في عام 1964) – وطور Carl Brans ما يسمى بنظرية التنسور القياسي للجاذبية ، كتنوع في البرت اينشتاين‘س النظرية النسبية العامة. يصف الحقل القياسي خاصية يمكن أن تختلف في نقاط مختلفة في الفضاء (ملف التشبيه الأرضي هو خريطة درجة الحرارة، حيث درجة الحرارة ليست ثابتة ، ولكنها تختلف باختلاف الموقع). إذا كانت الجاذبية حقلاً عدديًا ، إذن جي يمكن أن يكون لها قيم مختلفة عبر المكان والزمان. هذا يختلف عن النسخة الأكثر قبولًا من النسبية العامة ، والتي تفترض أن الجاذبية ثابتة عبر الكون.
اقترح موتوهيكو يوشيمورا من جامعة أوكاياما في اليابان أن نظرية الجاذبية العددية يمكن ربطها التضخم الكوني مع الطاقة المظلمة. حدث التضخم بأجزاء من الثانية بعد ولادة الكون ، وأدى إلى توسع قصير ولكن سريع للفضاء استمر ما بين 10 ^ –36 و 10 ^ –33 ثانية بعد الانفجار العظيم، تضخيم الكون من الحجم المجهري إلى الحجم العياني ، قبل أن ينغلق في ظروف غامضة.
(يفتح في علامة تبويب جديدة)
الطاقة المظلمة هي القوة الغامضة التي تعمل على تسريع تمدد الكون اليوم. تساءل العديد من الفيزيائيين عما إذا كان يمكن أن يكون هناك علاقة بين القوتين التوسعيين. يقترح يوشيمورا أن هناك – أن كلاهما من مظاهر مجال الجاذبية القياسي الذي كان a أقوى كثيرًا في بدايات الكون، ثم ضعفت ، لكنها عادت قوية مرة أخرى مع توسع الكون وانتشار المادة.
ومع ذلك ، تحاول محاولة اكتشاف أي اختلافات كبيرة في جي في أجزاء أخرى من الكون لم يجدوا شيئًا حتى الآن. على سبيل المثال ، في عام 2015 ، ظهرت نتائج دراسة استمرت 21 عامًا للنبضات المنتظمة لـ النجم النابض PSR J1713 + 0747 لم يتم العثور على دليل (يفتح في علامة تبويب جديدة) للجاذبية قوة مختلفة مقارنة هنا في النظام الشمسي. كلا ال مرصد جرين بانك و ال تلسكوب راديو Arecibo يتبع PSR J1713 + 0747 ، والذي يقع على بعد 3750 سنة ضوئية في نظام ثنائي مع a قزم ابيض. النجم النابض هو أحد أكثر النجوم شهرة ، وأي انحراف عن “Big G” كان سيظهر بسرعة في فترة رقصه المداري مع القزم الأبيض وتوقيت نبضاته.
في بيان (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال ويوي تشو من جامعة كولومبيا البريطانية ، الذي قاد دراسة PSR J1713 + 0747 ، إن “ثابت الجاذبية هو ثابت أساسي في الفيزياء ، لذلك من المهم اختبار هذا الافتراض الأساسي باستخدام كائنات في أماكن وأوقات مختلفة ، وظروف الجاذبية: حقيقة أننا نرى الجاذبية تؤدي نفس الأداء في نظامنا الشمسي كما تفعل في أماكن بعيدة نجمة يساعد النظام على تأكيد أن ثابت الجاذبية عالمي حقًا “.
مصادر إضافية
استعراض الاختبارات المعملية على الجاذبية (يفتح في علامة تبويب جديدة) أجرتها مجموعة Eöt-Wash في جامعة واشنطن.
مراجعة ل محاولات قياس “G الكبير” (يفتح في علامة تبويب جديدة) وماذا قد تعني النتائج.
بريتانيكا تعريف ثابت الجاذبية (يفتح في علامة تبويب جديدة).
فهرس
“قياس دقيق لثابت الجاذبية النيوتونية (يفتح في علامة تبويب جديدة). “Xue ، Chao ، وآخرون. National Science Review (2020).
“الحالة الغريبة لثابت 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).
“متعطش للطعام. طالب. متحمس محترف للزومبي. مبشر شغوف بالإنترنت.”
More Stories
مقارنة طاقم ناسا التجاري Boeing Starliner و SpaceX Dragon
تستهدف شركة SpaceX ليلة الخميس إطلاق صاروخ كيب الثالث والثلاثين لعام 2024
خرائط ويب الطقس على كوكب خارج المجموعة الشمسية WASP-43 ب