איך הקבועים הפיזיים השתנו לאורך זמן

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

הערכים הרשמיים של הקבועים השתנו אפילו במהלך העשורים האחרונים. אבל אם המדידות מראות סטייה מהערך הצפוי של הקבוע, שאינה כל כך נדירה, התוצאות נחשבות לשגיאה ניסיונית. ורק מדענים נדירים מעזים לצאת נגד הפרדיגמה המדעית המבוססת ולהכריז על ההטרוגניות של היקום.

קבוע כבידה

קבוע הכבידה (G) הופיע לראשונה במשוואת הכבידה של ניוטון, לפיה כוח האינטראקציה הגרביטציונית של שני גופים שווה ליחס מכפלת המסות של הגופים המקיימים אינטראקציה אלה כפולה לריבוע המרחק בין אוֹתָם. ערכו של קבוע זה נמדד פעמים רבות מאז שנקבע לראשונה בניסוי דיוק של הנרי קוונדיש ב-1798.

בשלב הראשוני של המדידות נצפה פיזור משמעותי של התוצאות ולאחר מכן נצפתה התכנסות טובה של הנתונים שהתקבלו. אף על פי כן, גם לאחר 1970, התוצאות "הטובות ביותר" נעות בין 6.6699 ל-6.6745, כלומר המרווח הוא 0.07%.

מבין כל הקבועים היסודיים הידועים, הערך המספרי של קבוע הכבידה הוא שנקבע במינימום דיוק, אם כי בקושי ניתן להפריז בחשיבותו של ערך זה. כל הניסיונות להבהיר את המשמעות המדויקת של קבוע זה לא צלחו, וכל המדידות נותרו בטווח גדול מדי של ערכים אפשריים. את העובדה שדיוק הערך המספרי של קבוע הכבידה עדיין אינו עולה על 1/5000, הגדיר עורך כתב העת "טבע" כ"נקודה של בושה על פני הפיזיקה".

בתחילת שנות ה-80. פרנק סטייסי ועמיתיו מדדו את הקבוע הזה במכרות ובבורי קידוח עמוקים באוסטרליה, והערך שהשיג היה גבוה בכ-1% מהערך הרשמי המקובל כיום.

מהירות האור בוואקום

לפי תורת היחסות של איינשטיין, מהירות האור בוואקום היא קבועה מוחלטת. רוב התיאוריות הפיזיקליות המודרניות מבוססות על הנחה זו. לכן, ישנה הטיה תיאורטית חזקה נגד התחשבות בשאלת השינוי האפשרי במהירות האור בוואקום. בכל מקרה, השאלה הזו סגורה כרגע באופן רשמי. מאז 1972, מהירות האור בוואקום הוכרזה קבועה בהגדרה וכיום היא נחשבת שווה ל-299792.458 ± 0.0012 קילו לשנייה.

כמו במקרה של קבוע הכבידה, המדידות הקודמות של קבוע זה היו שונות באופן משמעותי מהערך המודרני המוכר רשמית. לדוגמה, בשנת 1676 הסיק רומר ערך שהיה נמוך ב-30% מהנוכחי, והתוצאות של פיזו שהושגו ב-1849 היו גבוהות ב-5%.

מ-1928 עד 1945 מהירות האור בוואקום, כפי שהתברר, הייתה פחותה ב-20 ק מ לשנייה מאשר לפני ואחרי תקופה זו.

בסוף שנות ה-40. ערכו של קבוע זה החל לעלות שוב. אין זה מפתיע שכאשר מדידות חדשות החלו לתת ערכים גבוהים יותר של הקבוע הזה, התעוררה תמיהה מסוימת בקרב מדענים בהתחלה. הערך החדש התברר כגבוה בכ-20 קמ ש מהקודם, כלומר די קרוב לזה שנקבע ב-1927. מאז 1950, התוצאות של כל המדידות של הקבוע הזה שוב התבררו כקרוב מאוד לכל אחד מהם. אחר (איור 15). נותר רק לשער כמה זמן אחידות התוצאות הייתה נשמרת אם המדידות היו נמשכות. אבל בפועל, ב-1972 אומץ הערך הרשמי של מהירות האור בוואקום, ומחקר נוסף הופסק.

בניסויים שערך דר. Lijun Wang במכון המחקר NEC בפרינסטון, התקבלו תוצאות מפתיעות. הניסוי כלל העברת פעימות אור דרך מיכל מלא בגז צזיום שטופל במיוחד. תוצאות הניסוי התבררו כפנומנליות - מהירות פעימות האור התבררה כזו 300 (שלוש מאות) פעמים יותר מהמהירות המותרת מתמורות לורנץ (2000)!

באיטליה, קבוצה אחרת של פיזיקאים ממועצת המחקר הלאומית של איטליה, בניסויים שלהם עם מיקרוגלים (2000), השיגה את מהירות ההתפשטות שלהם ל 25% יותר מהמהירות המותרת לפי א' איינשטיין …

המעניין ביותר, איינשיין היה מודע לתנודתיות של מהירות האור:

מספרי בית הספר כולם יודעים על אישור התיאוריה של איינשטיין על ידי ניסויי מיכלסון-מורלי. אבל כמעט אף אחד לא יודע שבאינטרפרומטר, ששימש בניסויי מיכלסון-מורלי, האור עבר בסך הכל מרחק של 22 מטרים. בנוסף, הניסויים בוצעו במרתף של בניין אבן, כמעט בגובה פני הים. יתרה מכך, הניסויים בוצעו במשך ארבעה ימים (8, 9, 11 ו-12 ביולי) בשנת 1887. במהלך הימים הללו נלקחו נתונים מהאינטרפרומטר למשך 6 שעות, והיו 36 סיבובים של המכשיר. ועל בסיס ניסוי זה, כמו על שלושה לווייתנים, נשען האישור ל"נכונות" של תורת היחסות המיוחדת והכללית של א' איינשטיין כאחד.

העובדות, כמובן, הן עניינים רציניים. לכן, בואו נפנה לעובדות. פיזיקאי אמריקאי דייטון מילר(1866-1941) בשנת 1933 פרסם בכתב העת Reviews of Modern Physics את תוצאות הניסויים שלו על מה שנקרא סחף האתר למשך תקופה של יותר מ- עשרים שנה מחקר, ובכל הניסויים הללו הוא קיבל תוצאות חיוביות באישור קיומה של הרוח האתרית. הוא החל את הניסויים שלו ב-1902 והשלים אותם ב-1926. עבור ניסויים אלה, הוא יצר אינטרפרומטר עם נתיב אלומה כולל של 64 מטרים. זה היה האינטרפרומטר המושלם ביותר של אותה תקופה, רגיש לפחות פי שלושה מהאינטרפרומטר ששימש בניסויים שלהם על ידי A. Michelson ו-E. Morley. מדידות האינטרפרומטר נלקחו בשעות שונות של היום, בתקופות שונות של השנה. הקריאות מהמכשיר נלקחו יותר מ-200,000 אלף פעמים, ונעשו יותר מ-12,000 סיבובים של האינטרפרומטר. הוא הרים מדי פעם את האינטרפרומטר שלו לראש הר וילסון (6,000 רגל מעל פני הים - יותר מ-2,000 מטר), שם, כפי שהניח, מהירות הרוח באתר הייתה גבוהה יותר.

דייטון מילר כתב מכתבים לא. איינשטיין. באחד ממכתביו הוא דיווח על תוצאות עשרים וארבע שנות עבודתו, ואישר את נוכחותה של הרוח האתרית. א' איינשטיין הגיב למכתב זה בספקנות רבה ודרש ראיות, שהוצגו בפניו. ואז… אין תשובה.

קטע מהמאמר תורת היקום והמציאות האובייקטיבית

קרש קבוע

הקבוע של פלאנק (h) הוא קבוע בסיסי של הפיזיקה הקוונטית ומקשר את תדר הקרינה (υ) לקוונטי האנרגיה (E) בהתאם לנוסחה E-hυ. יש לו מימד של פעולה (כלומר, תוצר של אנרגיה וזמן).

נאמר לנו שתורת הקוונטים היא מודל להצלחה מבריקה ודיוק מדהים: "החוקים שהתגלו בתיאור עולם הקוונטים (…) הם הכלים הנאמנים והמדויקים ביותר ששימשו אי פעם כדי לתאר ולחזות בהצלחה את הטבע. בחלקם במקרים, צירוף המקרים בין חיזוי תיאורטי לתוצאה שהושגה בפועל הוא כה מדויק שהפערים אינם עולים על חלק מיליארד המיליארדים".

שמעתי וקראתי הצהרות כאלה לעתים קרובות כל כך, עד שאני רגיל להאמין שהערך המספרי של הקבוע של פלאנק צריך להיות ידוע עד למקום העשרוני הרחוק ביותר.נראה שזה כך: אתה רק צריך לעיין באיזה ספר עיון בנושא זה. עם זאת, אשליית הדיוק תיעלם אם תפתח את המהדורה הקודמת של אותו מדריך. במהלך השנים השתנה הערך המוכר רשמית של "הקבוע היסודי" הזה, ומראה על נטייה לעלייה הדרגתית.

השינוי המקסימלי בערכו של הקבוע של פלאנק צוין מ-1929 עד 1941, כאשר ערכו עלה ביותר מ-1%. במידה רבה, עלייה זו נגרמה משינוי משמעותי במטען האלקטרונים שנמדד בניסוי, כלומר מדידות של קבוע פלאנק אינן נותנות ערכים ישירים של קבוע זה, שכן בעת קביעתו, יש צורך לדעת את גודלו של המטען והמסה של האלקטרון. אם אחד או אפילו יותר שני הקבועים האחרונים משנים את ערכם, ערכו של הקבוע של פלאנק משתנה גם הוא.

קבוע מבנה עדין

יש פיזיקאים המחשיבים את קבוע המבנה העדין כאחד המספרים הקוסמיים העיקריים שיכולים לעזור להסביר את התיאוריה המאוחדת.

מדידות שבוצעו במצפה הכוכבים של לונד (שבדיה) על ידי פרופסור סוונריק ג'והנסון ותלמידתו לתואר שני מריה אלדניוס בשיתוף הפיזיקאי האנגלי מייקל מרפי (קיימברידג') הראו כי קבוע אחר חסר ממדים, מה שנקרא קבוע המבנה העדין, משתנה גם הוא עם הזמן. כמות זו, שנוצרת מהשילוב של מהירות האור בוואקום, מטען חשמלי אלמנטרי וקבוע פלאנק, היא פרמטר חשוב המאפיין את עוצמת האינטראקציה האלקטרומגנטית המחזיקה את חלקיקי האטום.

כדי להבין אם קבוע המבנה העדין משתנה לאורך זמן, מדענים השוו את האור המגיע מקוואזרים מרוחקים - עצמים בהירים במיוחד הממוקמים מיליארדי שנות אור מכדור הארץ - עם מדידות מעבדה. כאשר אור הנפלט על ידי קוואזרים עובר דרך ענני גז קוסמי, נוצר ספקטרום רציף עם קווים כהים המראה כיצד היסודות הכימיים השונים המרכיבים את הגז סופגים אור. לאחר שלמדו את השינויים השיטתיים במיקומי הקווים והשוואתם לתוצאות ניסויי מעבדה, הגיעו החוקרים למסקנה שהקבוע המבוקש עובר שינויים. לאדם פשוט ברחוב הם אולי לא נראים משמעותיים במיוחד: רק כמה מיליוניות האחוז במשך 6 מיליארד שנים, אבל במדעים המדויקים, כידוע, אין זוטות.

"הידע שלנו על היקום אינו שלם במובנים רבים", אומר פרופסור ג'והנסון. "עדיין לא ידוע ממה עשוי 90% מהחומר ביקום - מה שנקרא "חומר אפל". ישנן תיאוריות שונות לגבי מה שקרה. לאחר המפץ הגדול. לכן, ידע חדש תמיד מועיל, גם אם הוא אינו תואם את הרעיון הנוכחי של היקום."