(קבוע כבידה - גודל לא קבוע)

חלק 1

איור.1

בפיזיקה, יש רק קבוע אחד שקשור לכוח המשיכה - קבוע הכבידה (G). קבוע זה התקבל בניסוי ואין לו קשר עם קבועים אחרים. בפיזיקה זה נחשב בסיסי.

לקבוע זה יוקדשו כמה מאמרים, שם אנסה להראות את חוסר העקביות של עמידותו ואת היעדר היסוד תחתיו. ליתר דיוק, יש בסיס תחתיו, אבל הוא שונה במקצת.

מה המשמעות של כוח משיכה קבוע ומדוע מודדים אותו כל כך בקפידה? כדי להבין, יש צורך לחזור שוב לחוק הכבידה האוניברסלית. מדוע הפיזיקאים קיבלו את החוק הזה, יתר על כן, הם החלו לקרוא לו "ההכללה הגדולה ביותר שהושגה המוח האנושי". הניסוח שלו פשוט: שני גופים פועלים זה על זה בכוח שהוא ביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם וביחס ישר למכפלת המסות שלהם.

G- קבוע כבידה

הרבה מאוד מסקנות לא טריוויאליות נובעות מהנוסחה הפשוטה הזו, אבל אין תשובה לשאלות היסודיות: איך ובגלל מה פועל כוח הכבידה?

חוק זה אינו אומר דבר על המנגנון שבאמצעותו נוצר כוח המשיכה; עם זאת, הוא משמש עד היום וברור שימשיך לשמש אותו במשך מאות שנים קדימה.

יש מדענים לועגים לו, אחרים מעריצים אותו. שניהם לא יכולים בלעדיו, כי... שום דבר טוב יותר לא הומצא או התגלה. מתרגלים בחקר החלל, היודעים את חוסר השלמות של החוק הזה, משתמשים בטבלאות תיקון, המתעדכנות בנתונים חדשים לאחר כל שיגור חללית.

תיאורטיקנים מנסים לתקן את החוק הזה על ידי הכנסת תיקונים, מקדמים נוספים, מחפשים ראיות לקיומה של טעות בממד של קבוע הכבידה G, אבל שום דבר לא משתרש, והנוסחה של ניוטון נשארת בצורתה המקורית.

בהתחשב במגוון העמימות ואי הדיוקים בחישובים באמצעות נוסחה זו, עדיין יש לתקן אותה.

הביטוי של ניוטון ידוע ברבים: "כוח המשיכה הוא אוניברסלי", כלומר, כוח המשיכה הוא אוניברסלי. חוק זה מתאר את האינטראקציה הגרביטציונית בין שני גופים, לא משנה היכן הם נמצאים ביקום; זה נחשב למהות האוניברסליות שלו. קבוע הכבידה G, הכלול במשוואה, נחשב כקבוע אוניברסלי של הטבע.

הקבוע G מאפשר חישובים מספקים בתנאים ארציים; מבחינה לוגית, הוא צריך להיות אחראי על האינטראקציה האנרגטית, אבל מה אנחנו יכולים לקחת מהקבוע?

מעניינת היא דעתו של המדען (V.E. Kosciusko), אשר שם חוויות אמיתיותלהבנה וחשיפת חוקי הטבע, המשפט: "לטבע אין לא חוקים פיזיקליים ולא קבועים פיזיקליים עם ממדים שהומצאו על ידי האדם". "במקרה של קבוע הכבידה, המדע קבע את הדעה שכמות זו נמצאה ואומדת מספרית. עם זאת, זה ספציפי משמעות פיזיתוזאת, קודם כל, כי למעשה, כתוצאה מפעולות לא נכונות, או יותר נכון טעויות גסות, התקבל ערך חסר משמעות וחסר משמעות לחלוטין עם מימד אבסורדי”.

לא הייתי רוצה לשים את עצמי בעמדה של קטגוריות כזו, אבל אנחנו צריכים סוף סוף להבין את המשמעות של הקבוע הזה.

נכון לעכשיו, ערכו של קבוע הכבידה מאושר על ידי הוועדה לקבועים פיזיקליים בסיסיים: G=6.67408·10 -11 m³/(kg·s²) [CODATA 2014] . למרות העובדה שהקבוע הזה נמדד בקפידה, הוא אינו עונה על דרישות המדע. העניין הוא שאין התאמה מדויקת של תוצאות בין מדידות דומות שבוצעו במעבדות שונות ברחבי העולם.

כפי שמציינים מלניקוב ופרונין: "מבחינה היסטורית, כוח הכבידה הפך לנושא הראשון של המחקר המדעי. למרות שחלפו יותר מ-300 שנים מאז הופעת חוק הכבידה, שאנו חבים לניוטון, קבוע האינטראקציה הכבידה נשאר הכי פחות מדויק שנמדד בהשוואה לאחרים".

בנוסף, השאלה המרכזית לגבי עצם הכבידה ומהותה נותרת פתוחה. כידוע, חוק הכבידה האוניברסלי של ניוטון עצמו אומת בדיוק גדול בהרבה מהדיוק של הקבוע G. המגבלה העיקרית על הגדרה מדויקתכוחות הכבידה נכפים על ידי קבוע הכבידה, ומכאן תשומת לב כה קרובה אליו.

זה דבר אחד לשים לב, ודבר אחר לגמרי הוא הדיוק של התוצאות בעת מדידת G. בשתי המדידות המדויקות ביותר, השגיאה יכולה להגיע לכ-1/10000. אבל כאשר בוצעו מדידות בנקודות שונות על פני כדור הארץ, הערכים עלולים לעלות על השגיאה הניסויית בסדר גודל או יותר!

איזה מין קבוע זה כשיש פיזור כה עצום של קריאות בעת מדידה? או אולי זה בכלל לא קבוע, אלא מדידה של כמה פרמטרים מופשטים. או שהמדידות מושפעות מהפרעות לא ידועות לחוקרים? כאן מופיעה קרקע חדשה להשערות שונות. כמה מדענים מתייחסים לשדה המגנטי של כדור הארץ: "ההשפעה ההדדית של שדות הכבידה והמגנטים של כדור הארץ מובילה לכך שכוח המשיכה של כדור הארץ יהיה חזק יותר באותם מקומות שבהם השדה המגנטי חזק יותר." חסידיו של דיראק טוענים שקבוע הכבידה משתנה עם הזמן וכו'.

חלק מהשאלות מוסרות מחוסר ראיות, בעוד שאחרות מופיעות וזה תהליך טבעי. אבל חרפה כזו לא יכולה להימשך ללא הגבלת זמן; אני מקווה שהמחקר שלי יעזור לבסס כיוון אל האמת.

האדם הראשון שזוכה לחלוץ הניסוי במדידת כוח המשיכה הקבוע היה הכימאי האנגלי הנרי קוונדיש, שב-1798 יצא לקבוע את צפיפות כדור הארץ. לניסוי עדין שכזה, הוא השתמש במאזני פיתול שהמציא ג'יי מישל (כיום מוצג במוזיאון הלאומי של בריטניה הגדולה). קוונדיש השווה את תנודות המטוטלת של גוף מבחן בהשפעת כוח המשיכה של כדורים בעלי מסה ידועה בשדה הכבידה של כדור הארץ.

נתונים ניסויים, כפי שהתברר מאוחר יותר, היו שימושיים לקביעת G. התוצאה שהתקבל על ידי קוונדיש הייתה פנומנלית, ושונה ב-1% בלבד מהמקובל היום. יש לציין איזה הישג גדול זה היה בתקופתו. במשך יותר ממאתיים שנה, מדע הניסוי התקדם ב-1% בלבד? זה מדהים, אבל נכון. יתרה מכך, אם לוקחים בחשבון תנודות וחוסר יכולת להתגבר עליהן, ערכו של G מוקצה באופן מלאכותי, מסתבר שלא התקדמנו כלל בדייקנות המדידות מאז תקופת קוונדיש!

כן! לא התקדמנו לשום מקום, המדע נמצא בהשתטחות - לא מבין את כוח המשיכה!

מדוע המדע לא התקדם למעשה במדידת הקבוע הזה במשך יותר משלוש מאות שנים? אולי זה הכל על הכלי שבו השתמש קוונדיש. מאזני פיתול, המצאה מהמאה ה-16, נותרו בשירות מדענים עד היום. כמובן, אלה כבר לא אותם מאזני פיתול, תראו את התמונה, איור. 1. למרות הפעמונים והשריקות של המכניקה והאלקטרוניקה המודרנית, בתוספת ייצוב ואקום וטמפרטורה, התוצאה כמעט לא זזה. ברור שמשהו כאן לא בסדר.

אבותינו ובני דורנו עשו ניסיונות שונים למדוד את G בשונה קווי רוחב גיאוגרפייםובמקסימום מקומות מדהימים: מוקשים עמוקים, מערות קרח, בארות, במגדלי טלוויזיה. העיצובים של מאזני פיתול שופרו. מדידות חדשות, על מנת להבהיר את קבוע הכבידה, חזרו ואומתו. ניסוי המפתח בוצע בלוס אלמוס ב-1982 על ידי ג'י לותר ו-וו.טאולר. ההתקנה שלהם דומה למאזן פיתול של קוונדיש, עם כדורי טונגסטן. התוצאה של מדידות אלה, 6.6726(50)?10 -11 מ' 3 ק"ג -1 s -2 (כלומר 6.6726±0.0005), הייתה הבסיס שהומלץ על ידי הוועדה לנתונים למדע וטכנולוגיה (CODATA) בשנת 1986 .

הכל היה רגוע עד 1995, כאשר קבוצת פיזיקאים במעבדת ה-PTB הגרמנית בבראונשווייג, באמצעות מיתקן שונה (קשקשים צפים על פני השטח של כספית, עם כדורים בעלי מסה גדולה), השיגה ערך G של (0.6 ± 0.008)% יותר מהמקובל. כתוצאה מכך, בשנת 1998 גדלה השגיאה במדידת G כמעט בסדר גודל.

ניסויים לבדיקת חוק הכבידה האוניברסלית, המבוססים על התערבות אטומית, למדידת מסות בדיקה מיקרוסקופיות ובדיקה נוספת של חוק הכבידה של ניוטון במיקרוקוסמוס, נידונים כעת באופן פעיל.

שיטות אחרות למדידת G נוסו, אך המתאם בין המדידות נותר כמעט ללא שינוי. תופעה זו נקראת היום הפרה של חוק הריבוע ההפוך או "הכוח החמישי". הכוח החמישי כולל כעת גם חלקיקי היגס מסוימים (שדות) - חלקיקי אלוהים.

נראה שהחלקיק האלוהי תועד, או ליתר דיוק, מחושב, כך הפיזיקאים שהשתתפו בניסוי במאיץ ההדרונים הגדול (LHC) הציגו באופן סנסציוני את החדשות לעולם.

הסתמכו על הבוזון של היגס, אבל אל תטעו בעצמכם!

אז מה זה הקבוע המסתורי הזה שהולך מעצמו, ובלעדיו אתה לא יכול ללכת לשום מקום?

קרא את המשך המאמר

הקטע קל מאוד לשימוש. בשדה המסופק, פשוט הכנס המילה הנכונה, ואנו ניתן לך רשימה של ערכיו. ברצוני לציין שהאתר שלנו מספק נתונים מ מקורות שונים– מילונים אנציקלופדיים, מסבירים, יצירת מילים. כאן תוכלו לראות גם דוגמאות לשימוש במילה שהזנת.

מה המשמעות של "קבוע כבידה"?

מילון אנציקלופדי, 1998

קבוע כבידה

מקדם מידתיות של קבוע כבידה (מסומן ב-G) בחוק הכבידה של ניוטון (ראה חוק הכבידה האוניברסלי), G = (6.67259+0.00085)·10-11 N·m2/kg2.

קבוע כבידה

מקדם מידתיות G בנוסחה המבטאת את חוק הכבידה של ניוטון F = G mM / r2, כאשר F ≈ כוח המשיכה, M ו- m ≈ מסות של גופים מושכים, r ≈ מרחק בין גופים. כינויים אחרים עבור G. p.: g או f (לעתים קרובות יותר k2). הערך המספרי של G.P תלוי בבחירת מערכת יחידות האורך, המסה והכוח. במערכת יחידות GHS

G = (6.673 ╠ 0.003)×10-8dn×cm2×g-2

או cm3×g
--1×sec-2, במערכת הבינלאומית של יחידות G = (6.673 ╠ 0.003)×10-11×n×m2×kg
--2

או m3×kg-1×sec-2. רוב ערך מדויק G.P מתקבל ממדידות מעבדה של כוח המשיכה בין שתי מסות ידועות באמצעות מאזן פיתול.

כאשר מחשבים את המסלולים של גרמי שמים (לדוגמה, לוויינים) ביחס לכדור הארץ, משתמשים בנקודה הגיאוצנטרית, שהיא מכפלה של הנקודה הגיאוצנטרית במסה של כדור הארץ (כולל האטמוספירה שלו):

GE = (3.98603 ╠ 0.00003)×1014×m3×sec-2.

בעת חישוב המסלולים של גרמי שמים ביחס לשמש, נעשה שימוש בנקודה הגיאומטרית ההליוצנטרית, ≈ מכפלת הנקודה ההליוצנטרית במסה של השמש:

GSs = 1.32718×1020× m3×sec-2.

ערכים אלה של GE ו-GS מתאימים למערכת הקבועים האסטרונומיים הבסיסיים שאומצה בשנת 1964 בקונגרס של האיגוד האסטרונומי הבינלאומי.

יו.א ריאבוב.

ויקיפדיה

קבוע כבידה

קבוע כבידה, הקבוע של ניוטון(מסומן בדרך כלל , לפעמים או) - קבוע פיזיקלי בסיסי, קבוע של אינטראקציה כבידה.

על פי חוק הכבידה האוניברסלית של ניוטון, כוח המשיכה הכבידה בין שתי נקודות חומריות עם מסות ו , ממוקם במרחק , שווה ל:

$F=G\frac(m_1 m_2)(r^2).$

גורם מידתיותבמשוואה זו נקרא קבוע כבידה. מבחינה מספרית, הוא שווה למודול כוח הכבידה הפועל על גוף נקודתי של יחידת מסה מגוף דומה אחר שנמצא במרחק יחידה ממנו.

6.67428(67) 10 m s kg, או N m² kg,

בשנת 2010 תוקן הערך ל:

6.67384(80)·10 m·s·kg, או N·m²·kg.

בשנת 2014, הערך של קבוע הכבידה המומלץ על ידי CODATA הפך להיות שווה ל:

6.67408(31) 10 מ' ש' ק"ג, או N מ"ר ק"ג.

באוקטובר 2010 הופיע מאמר בכתב העת Physical Review Letters שהציע ערך מתוקן של 6.67234(14), שהוא שלוש סטיות תקן פחות מ- , שהומלץ ב-2008 על ידי הוועדה לנתונים למדע וטכנולוגיה (CODATA), אך מתכתב יותר משמעות מוקדמת CODATA, הוצג בשנת 1986. עדכון הערך , שהתרחשה בין 1986 ל-2008, נגרמה על ידי מחקרים על חוסר הגמישות של חוטי מתלה במאזני פיתול. קבוע הכבידה הוא הבסיס להמרת גדלים פיזיים ואסטרונומיים אחרים, כמו מסות כוכבי הלכת ביקום, כולל כדור הארץ, כמו גם גופים קוסמיים אחרים, ליחידות מדידה מסורתיות, כמו קילוגרמים. יתרה מכך, בשל חולשת האינטראקציה הכבידתית והדיוק הנמוך של המדידות של קבוע הכבידה כתוצאה מכך, יחסי המסה של גופים קוסמיים ידועים בדרך כלל בצורה מדויקת הרבה יותר מאשר מסות בודדות בקילוגרמים.

קבוע הכבידה, הקבוע של ניוטון, הוא קבוע פיזיקלי בסיסי, קבוע של אינטראקציה כבידה.

קבוע הכבידה מופיע בסימון המודרני של חוק הכבידה האוניברסלית, אך נעדר במפורש בניוטון ובעבודותיהם של מדענים אחרים עד תחילת המאה ה-19.

קבוע הכבידה בצורתו הנוכחית הוכנס לראשונה לחוק הכבידה האוניברסלית, ככל הנראה, רק לאחר המעבר למערכת מטרית אחידה של מידות. זה אולי נעשה לראשונה על ידי הפיזיקאי הצרפתי פויסון במסכתו על מכניקה (1809). על ידי לפחותהיסטוריונים לא זיהו עבודות קודמות שבהן יופיע קבוע הכבידה.

בשנת 1798, הנרי קוונדיש ערך ניסוי לקביעת הצפיפות הממוצעת של כדור הארץ באמצעות מאזן פיתול שהומצא על ידי ג'ון מיטשל (עסקאות פילוסופיות 1798). קוונדיש השווה את תנודות המטוטלת של גוף ניסוי בהשפעת כוח המשיכה של כדורים בעלי מסה ידועה ותחת השפעת כוח המשיכה של כדור הארץ. הערך המספרי של קבוע הכבידה חושב מאוחר יותר על בסיס הצפיפות הממוצעת של כדור הארץ. דיוק ערך נמדד Gמאז תקופת קוונדיש, זה גדל, אבל התוצאה שלו כבר הייתה די קרובה לזו המודרנית.

בשנת 2000 התקבל ערך קבוע הכבידה

cm 3 g -1 s -2 , עם שגיאה של 0.0014%.

הערך האחרון של קבוע הכבידה התקבל על ידי קבוצת מדענים בשנת 2013, שעבדה בחסות הלשכה הבינלאומית למשקלים ומידות, והוא

ס"מ 3 גרם -1 ש -2 .

בעתיד, אם ערך מדויק יותר של קבוע הכבידה ייקבע בניסוי, ייתכן שהוא יתוקן.

ערכו של קבוע זה ידוע בהרבה פחות מדויק מזה של כל הקבועים הפיזיקליים הבסיסיים האחרים, ותוצאות הניסויים כדי לחדד אותו ממשיכות להשתנות. יחד עם זאת, ידוע שהבעיות אינן קשורות לשינויים בקבוע עצמו ממקום למקום ובזמן, אלא נגרמות מקשיים ניסויים במדידת כוחות קטנים תוך התחשבות מספר גדולגורמים חיצוניים.

לפי נתונים אסטרונומיים, ה-G הקבוע נותר כמעט ללא שינוי במהלך מאות מיליוני השנים האחרונות; השינוי היחסי שלו אינו עולה על 10?11 - 10?12 בשנה.

על פי חוק הכבידה האוניברסלית של ניוטון, כוח המשיכה הכבידה ובין שתי נקודות חומריות עם מסות M 1 ו M 2 ממוקם במרחק ר, שווה ל:

גורם מידתיות Gבמשוואה זו נקרא קבוע הכבידה. מבחינה מספרית, הוא שווה למודול כוח הכבידה הפועל על גוף נקודתי של יחידת מסה מגוף דומה אחר שנמצא במרחק יחידה ממנו.

ביחידות של מערכת היחידות הבינלאומית (SI), הערך המומלץ של הוועדה לנתונים למדע וטכנולוגיה (CODATA) לשנת 2008 היה

G= 6.67428 (67) 10 ? 11 מ' 3 s? 2 ק"ג? 1

בשנת 2010 תוקן הערך ל:

G= 6.67384 (80) 10 ?11 m 3 s?2 kg?1, או N mI kg?2.

באוקטובר 2010 הופיע מאמר בכתב העת Physical Review Letters שהציע ערך מתוקן של 6.67234 (14), שהוא שלוש סטיות תקן פחות מ- G, שהומלץ ב-2008 על ידי הוועדה לנתונים למדע וטכנולוגיה (CODATA), אך תואם את ערך ה-CODATA המוקדם יותר שהוצג ב-1986.

עדכון ערך G, שהתרחשה בין 1986 ל-2008, נגרמה על ידי מחקרים על חוסר הגמישות של חוטי מתלה במאזני פיתול.

קבוע הכבידה הוא הבסיס להמרת גדלים פיזיים ואסטרונומיים אחרים, כמו מסות כוכבי הלכת ביקום, כולל כדור הארץ, כמו גם גופים קוסמיים אחרים, ליחידות מדידה מסורתיות, כמו קילוגרמים. יתרה מכך, בשל חולשת האינטראקציה הכבידתית והדיוק הנמוך של המדידות של קבוע הכבידה כתוצאה מכך, יחסי המסה של גופים קוסמיים ידועים בדרך כלל בצורה מדויקת הרבה יותר מאשר מסות בודדות בקילוגרמים.

מדענים מרוסיה וסין חידדו את קבוע הכבידה בשתי שיטות עצמאיות. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת Nature.

קבוע הכבידה G הוא אחד הקבועים הבסיסיים בפיזיקה, המשמש בחישוב האינטראקציה הכבידה של גופים חומריים. על פי חוק הכבידה האוניברסלי של ניוטון, האינטראקציה הגרביטציונית של שניים נקודות מהותיותפרופורציונלי למכפלת המסות שלהם וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם. נוסחה זו כוללת גם מקדם קבוע - קבוע הכבידה G. אסטרונומים יכולים כיום למדוד מסות ומרחקים בצורה הרבה יותר מדויקת מאשר קבוע הכבידה, ולכן הצטברה טעות שיטתית בכל חישובי הכבידה בין גופים. ככל הנראה, השגיאה הקשורה בקבוע הכבידה משפיעה גם על מחקרים על האינטראקציות של אטומים או חלקיקים יסודיים.

פיזיקאים מדדו שוב ושוב כמות זו. IN עבודה חדשהצוות בינלאומי של מדענים, שכלל עובדי המכון האסטרונומי הממלכתי על שם P.K. שטרנברג (SAI) מאוניברסיטת מוסקבה, החליטה להבהיר את קבוע הכבידה באמצעות שתי שיטות ומטוטלת פיתול.

"בניסוי למדידת קבוע הכבידה, יש צורך לבצע מדידות מוחלטות של שלוש כמויות פיזיות: מסה, אורך וזמן", מעיר אחד ממחברי המחקר, ואדים מיליוקוב מפיקוח המדינה. - מדידות מוחלטות תמיד יכולות להיות מכבידות על ידי טעויות שיטתיות, ולכן היה חשוב לקבל שתי תוצאות בלתי תלויות. אם הם חופפים זה לזה, אז יש ביטחון שהם חופשיים משיטתיות. התוצאות שלנו מתאימות זו לזו ברמה של שלוש סטיות תקן".

הגישה הראשונה בה השתמשו מחברי המחקר היא מה שמכונה השיטה הדינמית (שיטת זמן-of-swing, ToS). החוקרים חישבו כיצד השתנתה תדירות תנודות הפיתול בהתאם למיקומם של שני גופי בדיקה ששימשו כמקורות מסה. אם המרחק בין גופי הבדיקה יורד, גדל כוח האינטראקציה ביניהם, מה שנובע מהנוסחה לאינטראקציה כבידה. כתוצאה מכך, תדירות התנודות של המטוטלת עולה.

תכנית של מערך ניסוי עם מטוטלת פיתול

Q. Li, C. Xie, J.-P. Liu et al.

בשיטה זו, החוקרים לקחו בחשבון את תרומת התכונות האלסטיות של חוט המתלה המטוטלת לשגיאות המדידה וניסו להחליק אותן. הניסויים בוצעו בשני מכשירים עצמאיים הממוקמים במרחק של 150 מ' אחד מהשני. בתחילה, מדענים בדקו שלושה סוגים שוניםסיבי חוט השעיה לבדוק טעויות אפשריותהמושרה על ידי החומר. השני היה בעל עיצוב שונה באופן משמעותי: החוקרים השתמשו בסיב סיליקט חדש, סט שונה של מטוטלות ומשקולות על מנת להעריך שגיאות התלויות בהתקנה.

השיטה השנייה שבה נמדד G הייתה שיטת משוב תאוצה זוויתית (AAF). הוא מודד לא את תדירות התנודות, אלא את התאוצה הזוויתית של המטוטלת הנגרמת על ידי גופי בדיקה. שיטה זו למדידת G אינה חדשה, אך כדי להגביר את דיוק החישוב שינו המדענים באופן קיצוני את עיצוב מערך הניסוי: הם החליפו את מעמד האלומיניום במעמד מזכוכית כדי שהחומר לא יתרחב בעת החימום. כדורי נירוסטה מלוטשים בקפידה, קרובים בצורתם ואחידותם לאלו האידיאליים, שימשו כמסות בדיקה.

כדי לצמצם את תפקידו של הגורם האנושי, מדענים מדדו שוב כמעט את כל הפרמטרים. הם גם חקרו בפירוט את השפעת הטמפרטורה והרעידות במהלך הסיבוב על המרחק בין גופי הבדיקה.

ערכי קבוע הכבידה שהתקבלו כתוצאה מניסויים (AAF - 6.674484(78)×10 -11 מ' 3 ק"ג -1 ש' -2; ToS - 6.674184(78)×10 -11 מ' 3 ק"ג -1 שניות -2) חופפים זה לזה ברמה של שלוש סטיות תקן. בנוסף, לשניהם יש את אי הוודאות הקטנה ביותר מכל ערך שנקבע בעבר והם תואמים את הערך שהומלץ על ידי הוועדה לנתונים למדע וטכנולוגיה (CODATA) ב-2014. מחקרים אלו, ראשית, תרמו תרומה רבה לקביעת קבוע הכבידה, ושנית, הראו אילו מאמצים יידרשו בעתיד על מנת להגיע לדיוק גדול עוד יותר.

אהבתם את החומר? ב"המקורות שלי" של Yandex.News וקרא אותנו לעתים קרובות יותר.

הודעות לעיתונות על מחקר מדעי, מידע על הגרסה האחרונה שפורסמה מאמרים מדעייםוהודעות על כנסים, כמו גם נתונים על מענקים ופרסים שזכו, נא לשלוח אל science@site.

כדי להסביר את האבולוציה הנצפית של היקום במסגרת התיאוריות הקיימות, עלינו להניח שקבועים יסודיים מסוימים קבועים יותר מאחרים

בין הקבועים הפיזיקליים הבסיסיים - מהירות האור, קבוע פלאנק, המטען והמסה של האלקטרון - קבוע הכבידה איכשהו עומד בנפרד. אפילו ההיסטוריה של מדידתו מוצגת באנציקלופדיות המפורסמות בריטניקה ולרוס, שלא לדבר על "האנציקלופדיה הפיזית", עם שגיאות. מהמאמרים המקבילים בהם לומד הקורא שהיא ערך מספריזוהה לראשונה בניסויים מדויקים בשנים 1797–1798 על ידי הפיזיקאי והכימאי האנגלי המפורסם הנרי קוונדיש (1731–1810), הדוכס מדבונשייר. למעשה, קוונדיש מדד צפיפות ממוצעתכדור הארץ (הנתונים שלו, אגב, שונים בחצי אחוז בלבד מתוצאות המחקר המודרני). לאחר מידע על צפיפות כדור הארץ, נוכל לחשב בקלות את המסה שלו, ובידיעה של המסה, לקבוע את קבוע הכבידה.

האינטריגה היא שבתקופת קוונדיש המושג של קבוע כבידה עדיין לא היה קיים, וחוק הכבידה האוניברסלית לא היה נהוג להיכתב בצורה המוכרת לנו. נזכיר שכוח הכבידה הוא פרופורציונלי למכפלת מסות הגופים הכובדים וביחס הפוך לריבוע המרחק בין הגופים הללו, בעוד שמקדם המידתיות הוא בדיוק קבוע הכבידה. צורת כתיבה זו של חוק ניוטון מופיעה רק במאה ה-19. והניסויים הראשונים שבהם נמדד קבוע הכבידה בוצעו כבר בסוף המאה - ב-1884.

כפי שמציין היסטוריון המדע הרוסי קונסטנטין טומילין, קבוע הכבידה שונה מקבועים יסודיים אחרים גם בכך שהקנה מידה הטבעי של כל גודל פיזיקלי אינו קשור אליו. יחד עם זאת, מהירות האור קובעת את הערך המקסימלי של המהירות, והקבוע של פלאנק קובע את השינוי המינימלי בפעולה.

ורק ביחס לקבוע הכבידה הועלתה השערה שערכו המספרי עשוי להשתנות עם הזמן. רעיון זה נוסח לראשונה בשנת 1933 על ידי האסטרופיזיקאי האנגלי אדוארד מילן (אדוארד ארתור מילן, 1896–1950), ובשנת 1937 על ידי הפיזיקאי התיאורטי האנגלי המפורסם פול דיראק (1902–1984), במסגרת מה שמכונה "הגדול השערת מספר", הציע כי קבוע הכבידה יורד עם חלוף הזמן הקוסמולוגי. השערת דיראק תופסת מקום חשוב בהיסטוריה של הפיזיקה התיאורטית של המאה העשרים, אך לא ידוע עליה אישור ניסיוני אמין יותר או פחות.

קשור ישירות לקבוע הכבידה הוא מה שמכונה "קבוע קוסמולוגי", שהופיע לראשונה במשוואות תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין. לאחר שגילה שמשוואות אלו מתארות יקום מתרחב או מתכווץ, איינשטיין הוסיף באופן מלאכותי "מונח קוסמולוגי" למשוואות, מה שהבטיח את קיומם של פתרונות נייחים. המשמעות הפיזית שלו מסתכמת בקיומו של כוח המפצה על כוחות הכבידה האוניברסליים ומתבטא רק בקנה מידה גדול מאוד. חוסר העקביות של המודל של יקום נייח הפך ברור לאיינשטיין לאחר פרסום עבודותיהם של האסטרונום האמריקני אדווין האבל (אדווין פאוול האבל, 1889–1953) והמתמטיקאי הסובייטי אלכסנדר פרידמן, שהוכיח את תקפותו של מודל אחר, לפיו היקום מתרחב בזמן. ב-1931, איינשטיין נטש את הקבוע הקוסמולוגי, וכינה אותו בשיחה פרטית "הטעות הגדולה ביותר בחייו".

הסיפור, לעומת זאת, לא הסתיים בכך. לאחר שנקבע כי התפשטות היקום מואצת בחמשת מיליארד השנים האחרונות, שאלת קיומו של אנטי-כבידה שוב הפכה לרלוונטית; יחד איתו, גם הקבוע הקוסמולוגי חזר לקוסמולוגיה. במקביל, קוסמולוגים מודרניים מקשרים את האנטי-כבידה עם נוכחות של מה שמכונה "אנרגיה אפלה" ביקום.

גם קבוע הכבידה, הקבוע הקוסמולוגי וגם "האנרגיה האפלה" היו נושא לדיון אינטנסיבי בכנס שנערך לאחרונה בלונדון אימפריאל קולג' על בעיות לא פתורות במודל הסטנדרטי של הקוסמולוגיה. אחת ההשערות הרדיקליות ביותר נוסחה בדו"ח של פיליפ מנהיים, פיזיקאי חלקיקים מאוניברסיטת קונטיקט בסטוררס. למעשה, מנהיים הציע לשלול מקובוע הכבידה ממעמדו כקבוע אוניברסלי. על פי השערתו, "ערך הטבלה" של קבוע הכבידה נקבע במעבדה הממוקמת על פני כדור הארץ, וניתן להשתמש בו רק בתוך מערכת השמש. בקנה מידה קוסמולוגי, לקבוע הכבידה יש ​​ערך מספרי שונה, קטן משמעותית, אותו ניתן לחשב בשיטות של פיזיקת החלקיקים היסודיים.

בהצגת השערתו לעמיתיו, ביקש מנהיים קודם כל לקרב את הפתרון ל"בעיית הקבוע הקוסמולוגי", שהיה רלוונטי מאוד לקוסמולוגיה. המהות של בעיה זו היא כדלקמן. על ידי רעיונות מודרניים, הקבוע הקוסמולוגי מאפיין את קצב ההתפשטות של היקום. ערכו המספרי, שנמצא באופן תיאורטי בשיטות של תורת השדות הקוונטים, גבוה פי 10,120 מזה המתקבל מתצפיות. ערך תיאורטיהקבוע הקוסמולוגי כל כך גבוה שעם קצב ההתפשטות המקביל של היקום, לכוכבים ולגלקסיות פשוט לא יהיה זמן להיווצר.

השערתו לגבי קיומם של שני קבועי כבידה שונים - עבור מערכת השמשועבור סולמות בין-גלקטיים - מנהיים מצדיק זאת כדלקמן. לדבריו, מה שנקבע בפועל בתצפיות אינו הקבוע הקוסמולוגי עצמו, אלא כמות מסוימת פרופורציונלית למכפלת הקבוע הקוסמולוגי וקבוע הכבידה. הבה נניח שבקנה מידה בין גלקטי קבוע הכבידה קטן מאוד, וערך הקבוע הקוסמולוגי מתאים לערך המחושב והוא גדול מאוד. במקרה זה, המכפלה של שני קבועים עשויה להיות קטנה, מה שלא סותר תצפיות. "אולי הגיע הזמן להפסיק לחשוב על הקבוע הקוסמולוגי כקטן", אומר מנהיים, "ופשוט לקבל את זה שהוא גדול וללכת משם". במקרה זה, "הבעיה הקבועה הקוסמולוגית" נפתרת.

הפתרון המוצע של מנהיים נראה פשוט, אבל המחיר שצריך לשלם עליו גבוה מאוד. כפי שמציינת Zeeya Merali במאמר "שני קבועים טובים יותר מאחד", שפורסם על ידי New scientist ב-28 באפריל 2007, על ידי הצגת שני ערכים מספריים שונים עבור קבוע הכבידה, מנהיים חייבת בהכרח לנטוש את משוואות התיאוריה הכללית של איינשטיין. תוֹרַת הָיַחֲסוּת. בנוסף, השערת מנהיים מייתרת את הרעיון של "אנרגיה אפלה" המקובלת על ידי רוב הקוסמולוגים, שכן ערך קטן של קבוע הכבידה בסולמות קוסמולוגיים שווה ערך כשלעצמו להנחה של קיומה של אנטי-כבידה.

קית' הורן מהאוניברסיטה הבריטית של St. אנדרו (אוניברסיטת סנט אנדרו) מברך על ההשערה של מנהיים מכיוון שהיא משתמשת בעקרונות יסוד של פיזיקת החלקיקים: "זה מאוד אלגנטי וזה יהיה נפלא אם זה היה נכון". לפי הורן, במקרה זה נוכל לשלב פיזיקת חלקיקים וכוח המשיכה לתיאוריה אחת מאוד מושכת.

אבל לא כולם מסכימים איתה. New Scientist גם מצטט את דעתו של הקוסמולוג טום שאנקס לפיה כמה תופעות שמתאימות מאוד למודל הסטנדרטי - למשל, מדידות עדכניות של קרינת הרקע הקוסמית של המיקרוגל ותנועותיהם של פולסרים כפולים - לא צפויות להיות מוסברות באותה קלות בתיאוריה של מנהיים. .

מנהיים עצמו אינו מכחיש את הבעיות שעומדות בפני ההשערה שלו, ומציין כי הוא רואה בהן הרבה פחות משמעותיות בהשוואה לקשיים של המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי: "הוא פותח על ידי מאות קוסמולוגים, ובכל זאת הוא לא מספק לפי 120 סדרים של עוצמה."

יש לציין כי מנהיים מצא מספר תומכים שתמכו בו על מנת לשלול את הגרוע מכל. לגרוע מכל, הם ייחסו את ההשערה שהעלו ב-2006 פול שטיינהרדט מאוניברסיטת פרינסטון וניל טורוק מאוניברסיטת קיימברידג', לפיה היקום נולד ונעלם מעת לעת, ובכל אחד מהמחזורים (שנמשכים טריליון שנים) יש מפץ גדול, ובכל מחזור הערך המספרי של הקבוע הקוסמולוגי מתברר כפחות מאשר בקודמו. הערך הבלתי משמעותי ביותר של הקבוע הקוסמולוגי שנרשם בתצפיות אומר אם כן שהיקום שלנו הוא חוליה רחוקה מאוד שרשרת ארוכהעולמות מתעוררים ונעלמים...