حقق الفيزيائيون أول قياس دقيق ودقيق لثابت الجاذبية النيوتونية G
يظهر ثابت الجاذبية ، الذي يُرمز له بالحرف G، في قانون الجاذبية الكونية للسير إسحاق نيوتن، والذي ينص على أن أي جسمين يؤثران على بعضهما البعض بقوة جاذبية . تُستخدم قيمة ثابت الجاذبية النيوتني G (المعروف أيضًا باسم ثابت الجاذبية الكوني) لقياس قوة الجاذبية بين جسمين. يُعد هذا مثالًا جيدًا على تحدٍ كلاسيكي ولكنه مستمر في الفيزياء، فحتى بعد مرور ما يقرب من ثلاثة قرون، لا يزال من غير الواضح تمامًا كيف يمكن قياس قيمة G - أحد أهم الثوابت الأساسية في الطبيعة - بدقة متناهية. تُحدد قيمة G بقياس المسافة وكتلة الجسمين بالنسبة لقوة جاذبيتهما. وهي قيمة عددية صغيرة للغاية نظرًا لأن قوة الجاذبية لا تكون ذات أهمية إلا للأجسام ذات الكتلة الكبيرة. يكمن التحدي الأكبر في أن الجاذبية قوة أضعف بكثير مقارنةً بالقوى الأساسية الأخرى مثل الكهرومغناطيسية، وقوى التجاذب الضعيفة والقوية، وبالتالي فإن قياس G أمر في غاية الصعوبة. علاوة على ذلك، لا توجد علاقة معروفة بين الجاذبية والقوى الأساسية الأخرى، لذا فإن حساب قيمتها بشكل غير مباشر باستخدام ثوابت أخرى (والتي يمكن حسابها بدقة أكبر) غير ممكن. الجاذبية هي التفاعل الوحيد في الطبيعة الذي لا يمكن وصفه بنظرية الكم.
قيمة دقيقة لـ G
في دراسة حديثة نُشرت في مجلة Nature ، توصل علماء من الصين إلى أقرب النتائج لقيمة تسارع الجاذبية الأرضية (G). قبل هذه الدراسة، كانت القيمة المُستخدمة لـ G لسنوات عديدة هي 6.673889 × 10⁻¹¹ م³ كجم⁻¹ ث⁻² (وحداتها: متر مكعب لكل كيلوغرام لكل ثانية مربعة). في هذه الدراسة، استخدم الباحثون طريقة التغذية الراجعة للتسارع الزاوي، بالإضافة إلى طريقة زمن التأرجح، للوصول إلى قيمة دقيقة وصحيحة. وكانت النتائج 6.674184 × 10⁻¹¹ م³ كجم⁻¹ ث⁻² و6.674484 × 10⁻¹¹ م³ كجم⁻¹ ث⁻²، وتُظهر هذه النتائج انحرافًا معياريًا صغيرًا جدًا مقارنةً بقيم G في الدراسات السابقة. يُستخدم الانحراف المعياري لقياس مقدار التباين في مجموعة من البيانات. لذا، فإن الانحراف المعياري الأصغر يعني أن البيانات موزعة بشكل وثيق حول القيمة المتوسطة مما يدل على عدم وجود "انحراف" كبير في البيانات، أي أنها لا تتغير كثيراً.
عدم اليقين حول قيمة G
ذكر الباحثون أن نتائجهم توضح أيضًا "أخطاء منهجية غير مكتشفة" في طرق مختلفة موجودة. وأشاروا إلى أنه من بين جميع الطرق الحالية ، فإن الطريقة الأكثر تفضيلاً تتضمن قياس التداخل - وهي طريقة للتدخل في الموجات الذرية - ويجب التركيز على هذه الطريقة من أجل التحسينات المستقبلية. يجب اعتماد مناهج جديدة مثل الموضحة في هذه الدراسة لفهم غموض قيمة G وأهميتها في مجالات واسعة من العلوم الفيزيائية. قد لا تكون قيمة G نفسها هي المشكلة هنا ولكن عدم اليقين الذي يحيط بقيمتها. يوضح هذا إلى حد ما عدم قدرتنا على قياس القوى الضعيفة مثل الجاذبية ونقص الفهم النظري للجاذبية.
***
المصدر (ق)
تشينغ إل وآخرون، 2018. قياسات ثابت الجاذبية باستخدام طريقتين مستقلتين. مجلة نيتشر ، 560. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0431-5
***
