دانشمندان آمریکایی پس از یک آزمایش ۱۰ ساله به عامل تازهای رسیدند که شاید دلیل ناتوانی علم در اندازهگیری دقیق مقدار ثابت گرانش باشد.
به گزارش سرویس فیزیک تکناک، پژوهشگران مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا یا National Institute of Standards and Technology نتایج پروژهای را منتشر کردهاند که هدف آن اندازهگیری دقیق «ثابت گرانش» یا Big G بوده است. این ثابت بنیادی، میزان نیروی جاذبه میان جرمها را تعیین میکند و یکی از مهمترین اعداد در علم فیزیک به حساب میآید. با وجود بیش از ۲۰۰ سال تلاش علمی، مقدار دقیق این ثابت همچنان با اختلافهای قابل توجهی در آزمایشهای مختلف همراه است.
گرانش در میان چهار نیروی بنیادی طبیعت، ضعیفترین نیرو محسوب میشود و همین مسئله اندازهگیری آن را بسیار پیچیده کرده است. کوچک بودن اثر گرانش باعث میشود کوچکترین تغییرات محیطی یا خطاهای آزمایشگاهی بتوانند نتیجه نهایی را تغییر دهند.
«استفان شلامینگر»، فیزیکدان ارشد مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا اعلام کرد که تاکنون ۱۶ اندازهگیری معتبر از ثابت گرانش انجام شده است، اما دادههای حاصل از این آزمایشها با یکدیگر همخوانی کامل ندارند. او توضیح داد که اختلاف میان این نتایج حدود ۱۰ قسمت در میلیون است که برای یک ثابت بنیادی، مقدار بزرگی به حساب میآید.
دانشمندان در این پروژه دو انتخاب داشتند. آنها میتوانستند یک آزمایش کاملاً جدید طراحی کنند یا آزمایش قبلی را در محیطی متفاوت تکرار نمایند تا مشخص شود که نتیجه تغییر میکند یا خیر. تیم تحقیقاتی در نهایت تصمیم گرفت گزینه دوم را انتخاب کند.
پژوهشگران برای انجام این کار، دستگاه آزمایش معروفی را که در سال ۲۰۱۴ توسط اداره بینالمللی اوزان و مقیاسها یا International Bureau of Weights and Measures در فرانسه استفاده شده بود، به آزمایشگاه خود در مریلند منتقل کردند. اهمیت این موضوع در آن بود که آزمایش سال ۲۰۱۴ یکی از متفاوتترین مقادیر ثبتشده برای ثابت گرانش را تولید کرده بود.
پژوهشگران امیدوار بودند که با تکرار دقیق همان آزمایش، بتوانند عوامل پنهانی یا خطاهای سیستماتیکی را که احتمالا روی نتیجه اثر گذاشتهاند شناسایی کنند. این پروژه از سال ۲۰۱۶ آغاز شد و تکمیل آن نزدیک به یک دهه زمان برد.
نتیجه نهایی نشان داد مقدار ثابت گرانش برابر با 6.67387 × 10−11 متر مکعب بر کیلوگرم بر مجذور ثانیه است. این مقدار حدود ۰.۰۲۳۵ درصد کمتر از نتیجه آزمایش فرانسوی سال ۲۰۱۴ بود. اگرچه این اختلاف در ظاهر کوچک به نظر میرسد، اما در دنیای اندازهگیریهای فوقدقیق علمی، تفاوت قابل توجهی محسوب میشود.
در جریان بررسی دادهها، تیم تحقیقاتی به عامل تازهای رسید که در بسیاری از آزمایشهای قبلی مورد توجه قرار نگرفته بود. برای اندازهگیری دقیق ثابت گرانش، محفظه آزمایش باید تقریباً کاملاً خلأ باشد تا هیچ عامل خارجی روی دستگاه اثر نگذارد. اما دانشمندان دریافتند که حتی پیشرفتهترین تجهیزات نیز نمیتوانند تمام هوا را از محیط خارج کنند.
به گفته شلامینگر، همیشه مقدار بسیار کمی هوا در محفظه باقی میماند که به آن «فشار خلأ» گفته میشود. همین مقدار ناچیز هوا میتواند نیروی بسیار کوچکی به دستگاه وارد کند و نتیجه نهایی اندازهگیری را تغییر دهد.
دانشمندان معتقد هستند که این عامل شاید یکی از دلایل اختلاف میان آزمایشهای مختلف اندازهگیری ثابت گرانش باشد. با وجود این، پژوهشگران تأکید کردهاند که هنوز نمیتوان با قطعیت گفت که این مسئله دلیل اصلی تمام اختلافها است و هر آزمایش باید به صورت جداگانه بررسی شود.
همچنین نتیجه جدید اندکی کمتر از مقدار توصیهشده CODATA 2018 برای ثابت گرانش است. با وجود این، دانشمندان هنوز توضیح قطعی برای اختلاف میان مقادیر مختلف ندارند و احتمال میدهند که مجموعهای از عوامل ناشناخته در این مسئله نقش داشته باشند.
