بیگ بنگ: بتازگی دو آزمایش با اندازه‌­گیری جاذبۀ گرانشی کوچک میان دو جسم، موفق به اندازه‌­گیری ثابت گرانشی نیوتن شدند که احتمال خطای آن معادل 0.00116 درصد است. پیش از این درصد خطای اندازه­‌گیری ثابت نیوتن 0.00137 درصد بود.

به گزارش بیگ بنگ، مقادیر جدید ثابت جهانی گرانش که توسط مجلۀ Nature در تاریخ 30 اوت 2018 منتشر شد، نظر آخر و قطعی دانشمندان نیست. این دو مقدار میزان اختلاف کمی داشته و توضیحی برای بازه­ گستردۀ آزمایشات پیشین در خصوص اندازه­‌گیری مقدار ثابت نیوتن ندارند. با این وجود، احتمالا محققان مقادیر قبلی و مقادیر جدید ثابت گرانش را به کار ببرند تا علت حساسیت مقادیر مختلف ثابت گرانش را بیابند و شاید مقدار دقیق گرانش را یکبار برای همیشه مشخص کنند.

قرن­‌ها است مقدار دقیق نیروی گرانش، که جرم و فاصله را به نیروی گرانش در قانون گرانش جهانی ِ نیوتن ربط می­ دهد، دانشمندان را گمراه کرده است. زیرا جاذبۀ گرانشی میان دو جسم در آزمایشگاه بسیار اندک بوده و در معرض اثر گرانشی اجسام دیگر قرار دارد که اغلب باعث ایجاد شک و شبهه در محققان شده است.

اندازه‌­گیری

دو اندازه­‌گیری جدید برای میزان نیروی گرانش (مربع­‌های قرمز با خطوط کوتاه احتمال خطا) نزدیک و در داخل بازه پذیرفته­ شدۀ کنونی برای ثابت گرانش هستند (خاکستری). مقادیر ارائه­ شده جدید بسیار دقیق‌تر از آزمایشات 40 سال گذشته هستند (نقطه­‌های با رنگ سبز و خطوط طولانی احتمال خطا). طبق آزمایشات 40 سال گذشته، مقدار پذیرفته­ شدۀ کنونی برای ثابت گرانش  ^11-10 × 6.67408 متر مکعب بر کیلوگرم در مربع ثانیه است. احتمال خطای این مقدار نیز برابر با 0.0047 درصد است که هزار برابر دقت کمتری نسبت به ثابت­‌های بنیادین نظیر بار یک الکترون یا سرعت نور دارد. احتمال خطا و ابهام در مورد دقت مقدار ثابت گرانش باعث ایجاد محدودیت در اندازه­‌گیری صحیح و دقیق مقدار جرم اجرام آسمانی و مقادیر دیگر ثابت­‌ها (بر اساس این ثابت) شده است.

شان­کینگ یانگ فیزیکدان­ دانشگاه علم و فناوری هواژونگ در ووهان چین به کمک همکاران خود با استفاده از دو دستگاه آونگ فنری به اندازه­‌گیری مقدار ثابت گرانش پرداختند. هر دستگاه یک صفحۀ سیلیکونی فلز اندود شده دارد که توسط یک سیم معلق شده و دور آن را کره­‌های فولادی احاطه کرده­‌اند. جاذبۀ گرانشی میان صفحه و کره‌­ها باعث چرخش صفحه به سمت کره­‌ها می­ شود.

اما به منظور اندازه­‌گیری مقدار ثابت گرانشی با دو روش مختلف، تنظیمات دو آونگ فنری با هم تفاوت دارند. محققان با یکی از آونگ­‌ها، به بررسی چرخش سیم (فنر) در اثر چرخش صفحه به سمت کره‌­ها پرداختند. آونگ دیگر دستکاری شده بود تا صفحه­ فلزی از یک صفحۀ گردون (که به منظور جلوگیری از پیچ­خوردن سیم بکار گرفته شده بود) آویزان شود. محققان با بررسی چرخش صفحۀ گردون، مقدار ثابت گرانش را اندازه گرفتند.

به منظور بالا بردن دقت اندازه­‌گیری­‌ها، محققان فهرستی طولانی از اختلال­‌های ایجاد شده، از تغییرات کوچک در چگالی مواد استفاده ­شده در ساخت آونگ‌‎­ها تا ارتعاشات مربوط به زلزله­‌های سراسر زمین تهیه کردند. استفان شلامینگر، فیزیکدان موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی در گیترزبرگ مریلند در این باره گفت: «مقدار کار انجام­ گرفته برای این پروژه حیرت­‌انگیر است و انجام چنین آزمایشات زحمت­‌بری یک کار هنری محسوب می­ شود.»

این آزمایشات مقدار ^11-10 × 6.674184 و ^11-10 × 6.674484 متر مکعب بر کیلوگرم در مربع ثانیه را برای ثابت گرانش به ما داد که احتمال خطای هر دوی آنها 0.00116 درصد است. به گفته کلیو اسپیک، فیزیکدان دانشگاه بیرمنگام انگلستان که در آزمایشات مشارکت نداشته است، این دقت بسیار بالا “دستاوردی شگفت­‌انگیز” محسوب می­ شود، اما مقدار واقعی ثابت گرانش “هنوز یک معما” است. او می­ گوید که تکرار این آزمایش و آزمایشات پیشین به منظور یافتن منبع احتمال خطا یا طراحی روش‌های جدید اندازه‌­گیری ثابت گرانش می­ تواند به یافتن علت عدم تطابق مقادیر به دست آمده ثابت گرانش کمک کند.

ترجمه: رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencenews.org