چگونه ثابت های فیزیکی در طول زمان تغییر کرده اند

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

مقادیر رسمی ثابت ها حتی در چند دهه گذشته تغییر کرده است. اما اگر اندازه گیری ها انحراف از مقدار مورد انتظار ثابت را نشان دهند که چندان نادر نیست، نتایج به عنوان یک خطای آزمایشی در نظر گرفته می شود. و تنها دانشمندان کمیاب جرأت دارند که بر خلاف پارادایم علمی تثبیت شده بروند و ناهمگونی کیهان را اعلام کنند.

ثابت گرانشی

ثابت گرانشی (G) اولین بار در معادله گرانش نیوتن ظاهر شد که بر اساس آن نیروی برهمکنش گرانشی دو جسم برابر است با نسبت حاصل ضرب جرم این اجسام متقابل در آن به مجذور فاصله بین آنها مقدار این ثابت از زمانی که برای اولین بار در یک آزمایش دقیق توسط هنری کاوندیش در سال 1798 تعیین شد، بارها اندازه گیری شده است.

در مرحله اولیه اندازه گیری ها، پراکندگی قابل توجهی از نتایج مشاهده شد و سپس همگرایی خوبی از داده های به دست آمده مشاهده شد. با این وجود، حتی پس از سال 1970، "بهترین" نتایج از 6.6699 تا 6.6745 متغیر است، یعنی اسپرد 0.07٪ است.

از بین تمام ثابت‌های بنیادی شناخته شده، این مقدار عددی ثابت گرانشی است که با کمترین دقت تعیین می‌شود، اگرچه اهمیت این مقدار به سختی قابل تخمین است. تمام تلاش‌ها برای روشن کردن معنای دقیق این ثابت ناموفق بود و همه اندازه‌گیری‌ها در محدوده بسیار زیادی از مقادیر ممکن باقی ماندند. این واقعیت که دقت مقدار عددی ثابت گرانشی هنوز از 1/5000 تجاوز نمی کند، سردبیر مجله "Nature" به عنوان "نقطه شرم آور در چهره فیزیک" تعریف کرد.

در اوایل دهه 80. فرانک استیسی و همکارانش این ثابت را در معادن عمیق و گمانه‌های استرالیا اندازه‌گیری کردند و مقداری که او به دست آورد حدود 1% بیشتر از مقدار رسمی مورد قبول فعلی بود.

سرعت نور در خلاء

طبق نظریه نسبیت انیشتین، سرعت نور در خلاء ثابت مطلق است. بیشتر تئوری های فیزیکی مدرن بر اساس این اصل استوار هستند. بنابراین، یک سوگیری نظری قوی در برابر در نظر گرفتن مسئله تغییر احتمالی سرعت نور در خلاء وجود دارد. در هر صورت این سوال فعلا رسما بسته شده است. از سال 1972، سرعت نور در خلاء طبق تعریف ثابت اعلام شد و اکنون برابر با 0.0012 ± 299792.458 k / s در نظر گرفته می شود.

همانطور که در مورد ثابت گرانشی، اندازه‌گیری‌های قبلی این ثابت به طور قابل‌توجهی با مقدار مدرن و رسمی شناخته شده متفاوت بود. برای مثال، رومر در سال 1676 مقداری را استنباط کرد که 30 درصد کمتر از مقدار فعلی بود و نتایج فیزو که در سال 1849 به دست آمد، 5 درصد بیشتر بود.

از 1928 تا 1945 سرعت نور در خلاء، همانطور که مشخص شد، 20 کیلومتر در ثانیه کمتر از قبل و بعد از این دوره بود.

در اواخر دهه 40. مقدار این ثابت دوباره شروع به افزایش کرد. جای تعجب نیست که وقتی اندازه‌گیری‌های جدید شروع به ارائه مقادیر بالاتری از این ثابت کردند، در ابتدا برخی گیجی در میان دانشمندان ایجاد شد. مقدار جدید حدود 20 کیلومتر در ثانیه بیشتر از مقدار قبلی بود، یعنی کاملاً نزدیک به مقدار تعیین شده در سال 1927. از سال 1950، نتایج تمام اندازه گیری های این ثابت دوباره بسیار نزدیک به هر یک از آنها بود. دیگر (شکل 15). تنها حدس و گمان باقی می ماند که اگر اندازه گیری ها ادامه پیدا می کرد، یکنواختی نتایج تا چه مدت حفظ می شد. اما در عمل، در سال 1972، مقدار رسمی سرعت نور در خلاء پذیرفته شد و تحقیقات بیشتر متوقف شد.

در آزمایش های انجام شده توسط دکتر.لیجون وانگ در موسسه تحقیقاتی NEC در پرینستون، نتایج شگفت انگیزی به دست آمد. این آزمایش شامل عبور پالس های نور از یک ظرف پر از گاز سزیم بود. نتایج تجربی فوق العاده بود - سرعت پالس های نور چنین بود 300 (سیصد) بار بیش از سرعت مجاز از تبدیل لورنتس (2000)!

در ایتالیا، گروه دیگری از فیزیکدانان از شورای تحقیقات ملی ایتالیا، در آزمایشات خود با امواج مایکروویو (2000)، سرعت انتشار آنها را به دست آوردند. 25% بیش از سرعت مجاز از نظر A. Einstein …

جالبتر از همه، اینشین از نوسانات سرعت نور آگاه بود:

از کتب درسی مدرسه همه در مورد تایید نظریه انیشتین توسط آزمایش های مایکلسون-مورلی می دانند. اما عملاً هیچ کس نمی داند که در تداخل سنج، که در آزمایشات مایکلسون- مورلی استفاده شد، نور در مجموع مسافتی معادل 22 متر را طی کرد. علاوه بر این، آزمایش ها در زیرزمین یک ساختمان سنگی، عملاً در سطح دریا انجام شد. علاوه بر این، آزمایشات به مدت چهار روز (8، 9، 11 و 12 ژوئیه) در سال 1887 انجام شد. در این روزها، داده های تداخل سنج به مدت 6 ساعت گرفته شد و مطلقاً 36 دور دستگاه انجام شد. و بر این پایه تجربی، مانند سه نهنگ، تأیید "صحت" نظریه نسبیت خاص و عام A. Einstein است.

حقایق، البته، مسائل جدی هستند. بنابراین، اجازه دهید به واقعیت ها بپردازیم. فیزیکدان آمریکایی دیتون میلر(1866-1941) در سال 1933 در مجله Reviews of Modern Physics نتایج آزمایشات خود را بر روی به اصطلاح رانش اتر برای یک دوره بیش از بیست سال تحقیقات، و در تمام این آزمایشات او نتایج مثبتی در تأیید وجود باد اتری دریافت کرد. او آزمایشات خود را در سال 1902 آغاز کرد و آنها را در سال 1926 به پایان رساند. برای این آزمایشات، او یک تداخل سنج با یک مسیر پرتو کل ایجاد کرد 64 متر این کامل‌ترین تداخل‌سنج آن زمان بود، حداقل سه برابر حساس‌تر از تداخل‌سنج مورد استفاده در آزمایش‌های A. Michelson و E. Morley. اندازه گیری تداخل سنج در زمان های مختلف روز و در زمان های مختلف سال انجام شد. قرائت ها از دستگاه بیش از 200000 هزار بار گرفته شد و بیش از 12000 چرخش تداخل سنج انجام شد. او به طور دوره ای تداخل سنج خود را تا بالای کوه ویلسون (6000 فوت بالاتر از سطح دریا - بیش از 2000 متر) بالا می برد، جایی که، همانطور که او فرض می کرد، سرعت باد اتری بالاتر بود.

دیتون میلر نامه هایی به A. Einstein نوشت. او در یکی از نامه های خود از نتایج بیست و چهار سال کار خود خبر داد و حضور باد اثیری را تأیید کرد. الف.اینشتین با تردید به این نامه پاسخ داد و خواستار شواهدی شد که به او ارائه شد. سپس … پاسخی نیست.

بخشی از مقاله نظریه جهان و واقعیت عینی

پلانک ثابت

ثابت پلانک (h) یک ثابت اساسی فیزیک کوانتومی است و فرکانس تابش (υ) را به کوانتوم انرژی (E) مطابق با فرمول E-hυ مرتبط می کند. بعد عمل (یعنی محصول انرژی و زمان) را دارد.

به ما گفته می شود که نظریه کوانتومی مدلی از موفقیت درخشان و دقت شگفت انگیز است: قوانین کشف شده در توصیف جهان کوانتومی (…) وفادارترین و دقیق ترین ابزارهایی هستند که تاکنون برای توصیف و پیش بینی موفقیت آمیز طبیعت استفاده شده است. در موارد، همزمانی بین پیش‌بینی نظری و نتیجه واقعی به‌دست‌آمده به قدری دقیق است که اختلاف‌ها از یک میلیاردم قسمت تجاوز نمی‌کند.»

من چنین جملاتی را آنقدر شنیده و خوانده ام که عادت کرده ام به این باور باشم که مقدار عددی ثابت پلانک باید تا دورترین رقم اعشار شناخته شود.به نظر می رسد که چنین است: شما فقط باید در یک کتاب مرجع در مورد این موضوع نگاه کنید. با این حال، اگر نسخه قبلی همان راهنما را باز کنید، توهم دقت از بین خواهد رفت. با گذشت سالها، ارزش رسمی شناخته شده این "ثابت بنیادی" تغییر کرده است و تمایل به افزایش تدریجی را نشان می دهد.

حداکثر تغییر در مقدار ثابت پلانک از سال 1929 تا 1941 مشاهده شد، زمانی که مقدار آن بیش از 1٪ افزایش یافت. این افزایش تا حد زیادی ناشی از تغییر قابل توجهی در بار الکترون اندازه‌گیری‌شده تجربی است، یعنی اندازه‌گیری‌های ثابت پلانک مقادیر مستقیم این ثابت را نشان نمی‌دهد، زیرا هنگام تعیین آن، باید مقدار آن را دانست. بار و جرم الکترون اگر یک یا حتی بیشتر از هر دو آخرین ثابت مقادیر خود را تغییر دهند، مقدار ثابت پلانک نیز تغییر می کند.

ثابت ساختار ریز

برخی از فیزیکدانان ثابت ساختار ظریف را یکی از اعداد اصلی کیهانی می دانند که می تواند به توضیح نظریه یکپارچه کمک کند.

اندازه گیری های انجام شده در رصدخانه لوند (سوئد) توسط پروفسور اسونریک جوهانسون و دانشجوی فارغ التحصیل وی ماریا آلدنیوس با همکاری فیزیکدان انگلیسی مایکل مورفی (کمبریج) نشان داده است که ثابت بدون بعد دیگری، به اصطلاح ثابت ساختار ظریف، نیز در طول زمان تغییر می کند.. این کمیت که از ترکیب سرعت نور در خلاء، بار الکتریکی اولیه و ثابت پلانک به وجود می‌آید، پارامتر مهمی است که قدرت برهمکنش الکترومغناطیسی را که ذرات یک اتم را در کنار هم نگه می‌دارد، مشخص می‌کند.

دانشمندان برای درک اینکه آیا ثابت ساختار ظریف در طول زمان تغییر می کند یا خیر، نور حاصل از اختروش های دور - اجرام فوق درخشانی که میلیاردها سال نوری از زمین فاصله دارند - را با اندازه گیری های آزمایشگاهی مقایسه کردند. هنگامی که نور ساطع شده توسط اختروش ها از میان ابرهای گاز کیهانی عبور می کند، یک طیف پیوسته با خطوط تیره تشکیل می شود که نشان می دهد چگونه عناصر شیمیایی مختلف سازنده گاز نور را جذب می کنند. محققان با مطالعه تغییرات سیستماتیک در موقعیت خطوط و مقایسه آنها با نتایج آزمایشات آزمایشگاهی، به این نتیجه رسیدند که ثابت جستجو شده در حال تغییر است. برای یک مرد معمولی در خیابان، آنها ممکن است خیلی مهم به نظر نرسند: فقط چند میلیونیم درصد در طول 6 میلیارد سال، اما در علوم دقیق، همانطور که می دانید، هیچ چیز کوچکی وجود ندارد.

پروفسور جوهانسون می گوید: "دانش ما از جهان از بسیاری جهات ناقص است. ناشناخته باقی مانده است که 90 درصد ماده در جهان از چه چیزی ساخته شده است - به اصطلاح "ماده تاریک." نظریه های مختلفی در مورد آنچه اتفاق افتاده است وجود دارد. پس از انفجار بزرگ. بنابراین، دانش جدید همیشه مفید است، حتی اگر با مفهوم فعلی جهان سازگار نباشد.