كيف تغيرت الثوابت الفيزيائية مع مرور الوقت

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

تغيرت القيم الرسمية للثوابت حتى خلال العقود القليلة الماضية. ولكن إذا أظهرت القياسات انحرافًا عن القيمة المتوقعة للثابت ، وهو أمر ليس نادرًا جدًا ، فإن النتائج تعتبر خطأ تجريبيًا. والعلماء النادرون فقط هم من يجرؤون على مخالفة النموذج العلمي الراسخ وإعلان عدم تجانس الكون.

ثابت الجاذبية

ظهر ثابت الجاذبية (G) لأول مرة في معادلة نيوتن للجاذبية ، والتي بموجبها تكون قوة تفاعل الجاذبية بين جسمين مساوية لنسبة ناتج كتل هذين الجسمين المتفاعلين مضروبة فيه إلى مربع المسافة بين معهم. تم قياس قيمة هذا الثابت عدة مرات منذ أن تم تحديده لأول مرة في تجربة دقيقة بواسطة هنري كافنديش في عام 1798.

في المرحلة الأولى من القياسات ، لوحظ تبعثر كبير للنتائج ، ثم لوحظ تقارب جيد في البيانات التي تم الحصول عليها. ومع ذلك ، حتى بعد عام 1970 ، تراوحت النتائج "الأفضل" من 6.6699 إلى 6.6745 ، أي أن الفارق هو 0.07٪.

من بين جميع الثوابت الأساسية المعروفة ، يتم تحديد القيمة العددية لثابت الجاذبية بأقل دقة ، على الرغم من أنه لا يمكن المبالغة في تقدير أهمية هذه القيمة. لم تنجح جميع المحاولات لتوضيح المعنى الدقيق لهذا الثابت ، وظلت جميع القياسات في نطاق كبير جدًا من القيم الممكنة. حقيقة أن دقة القيمة العددية لثابت الجاذبية لا تزال لا تتجاوز 1/5000 ، عرّف محرر مجلة "الطبيعة" بأنها "بقعة عار على وجه الفيزياء".

في أوائل الثمانينيات. قام فرانك ستايسي وزملاؤه بقياس هذا الثابت في المناجم العميقة والآبار في أستراليا ، وكانت القيمة التي حصل عليها أعلى بنحو 1٪ من القيمة الرسمية المقبولة حاليًا.

سرعة الضوء في الفراغ

وفقًا لنظرية النسبية لأينشتاين ، فإن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة بشكل مطلق. تستند معظم النظريات الفيزيائية الحديثة على هذه الفرضية. لذلك ، هناك تحيز نظري قوي ضد النظر في مسألة تغيير محتمل في سرعة الضوء في الفراغ. على أي حال ، هذا السؤال مغلق رسميًا حاليًا. منذ عام 1972 ، تم الإعلان عن أن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة بالتعريف وتعتبر الآن مساوية لـ 299792.458 ± 0.0012 k / s.

كما في حالة ثابت الجاذبية ، اختلفت القياسات السابقة لهذا الثابت اختلافًا كبيرًا عن القيمة الحديثة المعترف بها رسميًا. على سبيل المثال ، في عام 1676 استنتج رومر قيمة أقل بنسبة 30٪ من القيمة الحالية ، وكانت نتائج Fizeau التي تم الحصول عليها في عام 1849 أعلى بنسبة 5٪.

من عام 1928 إلى عام 1945 كانت سرعة الضوء في الفراغ ، كما اتضح ، أقل بمقدار 20 كم / ث من قبل وبعد هذه الفترة.

في أواخر الأربعينيات. بدأت قيمة هذا الثابت في الزيادة مرة أخرى. ليس من المستغرب أنه عندما بدأت القياسات الجديدة تعطي قيمًا أعلى لهذا الثابت ، نشأ بعض الحيرة بين العلماء في البداية. تبين أن القيمة الجديدة أعلى بنحو 20 كم / ثانية من القيمة السابقة ، أي قريبة جدًا من القيمة التي تم تحديدها في عام 1927. منذ عام 1950 ، تبين مرة أخرى أن نتائج جميع قياسات هذا الثابت قريبة جدًا من كل منها أخرى (الشكل 15). يبقى فقط التكهن إلى متى سيتم الحفاظ على توحيد النتائج إذا استمرت القياسات. لكن في الممارسة العملية ، في عام 1972 ، تم اعتماد القيمة الرسمية لسرعة الضوء في الفراغ ، وتوقف المزيد من البحث.

في التجارب التي أجراها د. Lijun Wang في معهد أبحاث NEC في برينستون ، تم الحصول على نتائج مفاجئة. تكونت التجربة على تمرير نبضات ضوئية عبر وعاء مملوء بغاز السيزيوم المعالج بشكل خاص. تبين أن النتائج التجريبية كانت هائلة - تبين أن سرعة نبضات الضوء كانت كذلك 300 (ثلاثمائة) مرة أكثر من السرعة المسموح بها من تحولات لورنتز (2000)!

في إيطاليا ، حصلت مجموعة أخرى من علماء الفيزياء من المجلس الوطني الإيطالي للبحوث ، في تجاربهم على الموجات الدقيقة (2000) ، على سرعة انتشارهم إلى 25% أكثر من السرعة المسموح بها حسب أ. أينشتاين …

الأكثر إثارة للاهتمام ، أن أينشين كان على دراية بتقلب سرعة الضوء:

يعرف الجميع من الكتب المدرسية عن تأكيد نظرية أينشتاين من خلال تجارب ميشيلسون مورلي. لكن من الناحية العملية لا أحد يعرف أنه في مقياس التداخل ، الذي استخدم في تجارب ميشيلسون مورلي ، سافر الضوء ، في المجموع ، مسافة 22 مترًا. بالإضافة إلى ذلك ، أجريت التجارب في الطابق السفلي من مبنى حجري ، عمليا على مستوى سطح البحر. علاوة على ذلك ، أجريت التجارب لمدة أربعة أيام (8 و 9 و 11 و 12 يوليو) في عام 1887. خلال هذه الأيام ، تم أخذ البيانات من مقياس التداخل لمدة تصل إلى 6 ساعات ، وكان هناك 36 دورة للجهاز. وعلى هذه القاعدة التجريبية ، كما هو الحال في ثلاثة حيتان ، فإن تأكيد "صحة" كل من النظرية النسبية الخاصة والعامة لأينشتاين قائم.

الحقائق ، بالطبع ، أمور خطيرة. لذلك ، دعنا ننتقل إلى الحقائق. فيزيائي أمريكي دايتون ميلر(1866-1941) في عام 1933 نشر في مجلة Reviews of Modern Physics نتائج تجاربه على ما يسمى بالانجراف الأثير لمدة تزيد عن عشرون عاما البحث ، وفي كل هذه التجارب حصل على نتائج إيجابية في تأكيد وجود الرياح الأثيرية. بدأ تجاربه عام 1902 وأكملها عام 1926. بالنسبة لهذه التجارب ، أنشأ مقياس تداخل بمسار شعاع إجمالي 64 أمتار. كان مقياس التداخل الأكثر كمالًا في ذلك الوقت ، على الأقل ثلاث مرات أكثر حساسية من مقياس التداخل المستخدم في تجاربهما بواسطة A. Michelson و E. Morley. تم أخذ قياسات التداخل في أوقات مختلفة من اليوم ، في أوقات مختلفة من العام. تم أخذ قراءات الجهاز أكثر من 200000 ألف مرة ، وتم إجراء أكثر من 12000 دورة من مقياس التداخل. قام بشكل دوري برفع مقياس التداخل الخاص به إلى قمة جبل ويلسون (6000 قدم فوق مستوى سطح البحر - أكثر من 2000 متر) ، حيث ، كما افترض ، كانت سرعة الرياح الأثير أعلى.

كتب دايتون ميلر رسائل إلى أ. أينشتاين. في إحدى رسائله ، تحدث عن نتائج عمله لمدة أربعة وعشرين عامًا ، مؤكدًا وجود الرياح الأثيرية. أ. آينشتاين رد على هذه الرسالة بتشكك شديد وطالب بدليل قدم إليه. ثم … لا إجابة.

جزء من مقال نظرية الكون والواقع الموضوعي

ثابت بلانك

ثابت بلانك (h) هو ثابت أساسي لفيزياء الكم ويربط تردد الإشعاع (υ) بكمية الطاقة (E) وفقًا للصيغة E-hυ. لها بُعد الفعل (أي ناتج الطاقة والوقت).

قيل لنا أن نظرية الكم هي نموذج للنجاح الباهر والدقة المذهلة: "القوانين المكتشفة في وصف العالم الكمي (…) هي أكثر الأدوات دقة ودقة في وصف الطبيعة والتنبؤ بها بنجاح. في بعض في الحالات ، فإن التطابق بين التنبؤ النظري والنتيجة التي تم الحصول عليها بالفعل دقيق للغاية بحيث لا تتجاوز الاختلافات جزء المليار ".

لقد سمعت وقرأت مثل هذه العبارات كثيرًا لدرجة أنني اعتدت على الاعتقاد بأن القيمة العددية لثابت بلانك يجب أن تكون معروفة ضمن أكبر منزلة عشرية.يبدو أن الأمر كذلك: عليك فقط أن تبحث في بعض الكتب المرجعية حول هذا الموضوع. ومع ذلك ، سيختفي وهم الدقة إذا فتحت الإصدار السابق من نفس الدليل. على مر السنين ، تغيرت القيمة المعترف بها رسميًا لهذا "الثابت الأساسي" ، مما يدل على وجود اتجاه نحو الزيادة التدريجية.

لوحظ الحد الأقصى للتغيير في قيمة ثابت بلانك من عام 1929 إلى عام 1941 ، عندما زادت قيمته بأكثر من 1٪. إلى حد كبير ، كانت هذه الزيادة ناتجة عن تغيير كبير في شحنة الإلكترون المقاسة تجريبياً ، أي أن قياسات ثابت بلانك لا تعطي قيمًا مباشرة لهذا الثابت ، لأنه عند تحديده ، من الضروري معرفة حجم شحنة وكتلة الإلكترون. إذا غيّر واحد أو أكثر من الثوابت الأخيرة قيمهما ، فإن قيمة ثابت بلانك تتغير أيضًا.

ثابت الهيكل الدقيق

يعتبر بعض علماء الفيزياء أن ثابت البنية الدقيقة هو أحد الأرقام الكونية الرئيسية التي يمكن أن تساعد في تفسير النظرية الموحدة.

أظهرت القياسات التي أُجريت في مرصد لوند (السويد) البروفيسور سفينيريك جوهانسون وطالبة الدراسات العليا ماريا ألدينيوس بالتعاون مع الفيزيائي الإنجليزي مايكل مورفي (كامبريدج) أن ثابتًا آخر بلا أبعاد ، ما يسمى بثابت الهيكل الدقيق ، يتغير أيضًا بمرور الوقت. هذه الكمية ، التي تشكلت من مزيج من سرعة الضوء في الفراغ ، والشحنة الكهربائية الأولية وثابت بلانك ، هي معلمة مهمة تميز قوة التفاعل الكهرومغناطيسي الذي يربط جزيئات الذرة معًا.

لفهم ما إذا كان ثابت البنية الدقيقة يتغير بمرور الوقت ، قارن العلماء الضوء القادم من الكوازارات البعيدة - أجسام فائقة السطوع تقع على بعد بلايين السنين الضوئية من الأرض - مع القياسات المختبرية. عندما يمر الضوء المنبعث من الكوازارات عبر سحب الغاز الكوني ، يتشكل طيف مستمر بخطوط مظلمة توضح كيف تمتص العناصر الكيميائية المختلفة التي يتكون منها الغاز الضوء. وبعد دراسة التحولات المنهجية في مواضع السطور ومقارنتها بنتائج التجارب المعملية ، توصل الباحثون إلى استنتاج مفاده أن الثابت المنشود يخضع للتغييرات. بالنسبة لرجل عادي في الشارع ، قد لا تبدو مهمة جدًا: فقط بضعة أجزاء من المليون في المائة على مدى 6 مليارات سنة ، ولكن في العلوم الدقيقة ، كما تعلمون ، لا توجد تفاهات.

يقول البروفيسور جوهانسون: "معرفتنا بالكون غير مكتملة من نواحٍ عديدة. ولا يزال من غير المعروف ما يتكون 90٪ من المادة في الكون - ما يسمى بـ" المادة المظلمة ". هناك نظريات مختلفة لما حدث بعد الانفجار العظيم. لذلك ، دائمًا ما تكون المعرفة الجديدة في متناول اليد ، حتى لو لم تكن متوافقة مع المفهوم الحالي للكون ".