ما هو ثابت الجاذبية

ثابت الجاذبية هو المفتاح لمعرفة كتلة كل شيء في الكون ، بالإضافة إلى أسرار الجاذبية نفسها.

يصف ثابت الجاذبية القوة الحقيقية للجاذبية ، ويمكن استخدامه لحساب قوة التجاذب بين جسمين.

يُعرف ثابت الجاذبية أيضًا باسم “Big G” أو G ، وقد تم تعريف ثابت الجاذبية لأول مرة بواسطة إسحاق نيوتن في قانون الجاذبية الكوني الذي وضعه عام 1680. وهو أحد الثوابت الأساسية للطبيعة ، بقيمة

يمكن حساب قوة الجاذبية بين جسمين باستخدام ثابت الجاذبية باستخدام معادلة يعرفها معظمنا من المدرسة الثانوية: يتم العثور على قوة الجاذبية بين جسمين بضرب كتلة هذين الجسمين (m1 and m2) و G ، ثم القسمة على مربع المسافة بين الجسمين (F = [G x m1 x m2] / r ^ 2).

كيف يساعدنا ثابت الجاذبية في معرفة كتل الاجسام

على سبيل المثال ، بمجرد معرفة ثابت الجاذبية ، ثم اقترانه بالتسارع الناتج عن الجاذبية على الأرض ( التعجيل الارضي ) ، 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 داخل مجرة درب التبانة حتى مدار الشمس.

قياس الثابت

كان قياس G واحدًا 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 الى قيمة ثابت الجاذبية اعتمد على تجربة ذكية إلى حد ما من القرن الثامن عشر ، مدفوعة بمحاولات المساح لرسم خريطة للحدود بين ولايتي بنسلفانيا وماريلاند

في إنكلترا ، أدرك العالم هنري كافنديش (1731-1810) ، الذي كان مهتمًا بحساب كثافة الأرض ، أن جهود المساح سيكون محكومًا عليها بالفشل لأن الجبال القريبة ستخضع الشاقول الذي يستخدمه المساح إلى قوة جاذبية طفيفة ، مما يؤدي الى تغيير في القراءات. لكن إذا كانوا يعرفون مقدار G ، فيمكنهم 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.

تمت الإشارة إلى تجربته باسم “تقنية توازن الالتواء” torsion balance technique . تضمنت اثنتين من الاوزان التي يمكن أن تدور حول نفس المحور. كان لأحد الاوزان كرتان صغيرتان متصلتان بعصا ومعلقان بدقة بواسطة ألياف. تميز الوزن الآخر بوزن أكبر يبلغ 158 كيلوجرامًا من الرصاص يمكن أن يدور إلى جانبي الوزن الأصغر.

عندما وُضعت الأوزان الأكبر بالقرب من الكرات الأصغر ، سحبت الجاذبية للكرات الأكبر الكرات الأصغر ، مما تسبب في التواء الألياف. سمحت درجة الالتواء لـ Cavendish بقياس عزم الدوران torque لنظام الالتواء. ثم استخدم هذه القيمة لعزم الدوران بدلاً من “F” في المعادلة الموصوفة أعلاه ، جنبًا إلى جنب مع كتل الأوزان ومسافاتها وتمكن من حساب G.

هل يمكن ان يتغير الثابت

إنه مصدر إحباط بين الفيزيائيين لأن النقاط العشرية ل “Big G” غير معروفة مثل الثوابت الأساسية الأخرى. على سبيل المثال ، تُعرف شحنة الإلكترون بتسع منازل عشرية ولكن تم قياس G بدقة فقط إلى خمس نقاط عشرية . من المحبط أن الجهود المبذولة لقياسه بدقة أكبر لا تتفق مع بعضها البعض

جزء من السبب في ذلك هو أن تاثير الأشياء حول الجهاز التجريبي سيتداخل مع التجربة. وهناك أيضًا شك كبير في أن المشكلة ليست مجرد مشكلة تجريبية ، ولكن يمكن أن يكون هناك بعض القوانين الفيزيائية الجديدة. من الممكن أيضًا أن ثابت الجاذبية ليس ثابتًا تمامًا كما يعتقد العلماء.

في الستينيات من القرن الماضي ، قام الفيزيائيون روبرت ديكي – الذي انطلق فريقه إلى اكتشاف الخلفية الكونية الميكروية (CMB) بواسطة أرنو بينزياس وروبرت ويلسون في عام 1964 – و كارل برانس بتطوير ما يسمى بنظرية scalar-tensor theory of gravity ، والتي مثلت تغييرا في النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين.

اكتشف ما هو اشعاع الخلفية الكونية الميكروي

يصف الحقل القياسي خاصية يمكن أن تختلف في نقاط مختلفة في الفضاء (مثلا خريطة درجة الحرارة على الارض ، حيث درجة الحرارة ليست ثابتة ، ولكنها تختلف باختلاف الموقع). إذا كانت الجاذبية مجالًا قياسيًا ، فمن المحتمل أن يكون لـ G 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 scalar-tensor يمكن أن تربط التضخم الكوني بالطاقة 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 ، مما أدى إلى تضخيم الكون من الحجم المجهري إلى الحجم العياني .

الطاقة المظلمة هي القوة الغامضة التي تسرع تمدد الكون اليوم. تساءل العديد من الفيزيائيين عما إذا كان يمكن أن يكون هناك صلة بين القوتين التوسعيتين. يقترح يوشيمورا أنه هناك صلة حيث كلاهما مظاهر لحقل قياسي للجاذبية كان أقوى كثيرًا في بدايات الكون ، ثم ضعف ، لكنه عاد بقوة مرة أخرى مع توسع الكون وانتشار المادة بشكل أكبر.

ومع ذلك ، فإن محاولات محاولة اكتشاف أي اختلافات مهمة في G في أجزاء أخرى من الكون واكتشافها لم تجد شيئًا حتى الآن. على سبيل المثال ، في عام 2015 ، لم تجد نتائج دراسة استمرت 21 عامًا للنبضات المنتظمة للنبض النابض PSR J1713 + 0747 أي دليل على وجود قوة مختلفة للجاذبية مقارنةً بالقوة الموجودة هنا في النظام الشمسي. يتبع كل من مرصد جرين بانك وتلسكوب Arecibo الراديوي PSR J1713 + 0747 ، الذي يقع على بعد 3750 سنة ضوئية في نظام ثنائي مع قزم أبيض. النجم النابض هو أحد أكثر النجوم شهرة ، وأي انحراف عن “Big G” كان سيظهر سريعًا في فترة رقصه المداري مع القزم الأبيض وتوقيت نبضاته

في بيان ، قال ويوي تشو من جامعة كولومبيا البريطانية ، والذي قاد دراسة PSR J1713 + 0747 ، إن “ثابت الجاذبية هو ثابت أساسي في الفيزياء ، لذلك من المهم اختبار هذا الافتراض الأساسي باستخدام كائنات في أماكن مختلفة. واوقات وظروف الجاذبية المختلفة.
حقيقة أننا نرى الجاذبية تؤدي نفس الشيء في نظامنا الشمسي كما تفعل في نظام نجمي بعيد تساعد في تأكيد أن ثابت الجاذبية هو ثابت كوني.