ما هو حجم بيج جي؟ يتعمق الغموض بعد جهد دام عشر سنوات لقياس قوة الجاذبية

قيمة الثابت الذي يصف قوة الجاذبية بين الأجسام كبير زولا يزال يحير العلماء. تجربة النسخ المتماثل لمدة عقد من الزمن¹ أدى نقل المعدات عبر المحيط الأطلسي إلى رقم لا يتفق مع النتائج السابقة، ويختلف أيضًا عن أفضل تقدير حالي قدره ز.

ويعطي القياس الجديد أدلة مهمة حول مكان التجربة الأصلية، التي أجراها باحثون في المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (BIPM). في باريس ونشرت عام 2013، حدث خطأ. ولكن فشلها في المباراة قيمة CODATA المتفق عليها دوليا لم يترك الفيزيائيين أقرب إلى التثبيت زالقيمة الحقيقية.

هل الجاذبية كمية؟ يمكن للتجارب أخيرًا أن تسبر أغوار أحد أكبر الأسئلة الفيزيائية

يقول ستيفان شلامينجر، عالِم الفيزياء في المعهد الوطني الأمريكي للمعايير والتكنولوجيا (NIST) في جايثرسبرج بولاية ميريلاند، الذي قاد العمل الأخير، إن هذا العمل «يستنزف الروح». لكنه يقول إنه مدفوع بالتحدي. “يجب أن يكون من الممكن للبشر قياس هذا الرقم.”

دراسات ز وكثيرًا ما كان أيضًا بمثابة جهد جانبي للعلماء، لأنه على الرغم من أنه يصف قوة الجاذبية، إلا أنه نادرًا ما تكون هناك حاجة لقيمته في الممارسة العملية. تتطلب معظم التطبيقات، مثل حساب حركات الكواكب، قيمة فقط ز مضروبة في كتلة، مثل كتلة الشمس، ويمكن للقياسات تحديد القيمة المجمعة بدقة عالية.

على الرغم من الصيد ل ز يساعد على “شحذ الفأس الخاص بك”. تجارب دقيقة أخرى، يقول شلامينجر: “في الوقت الحالي، “إنه رقم عديم الفائدة إلى حد كبير”.

يقول ريتشارد براون، عالِم المقاييس في المختبر الفيزيائي الوطني بالمملكة المتحدة في تيدينجتون، إن العمل “الدقيق” الذي يقوم به فريق NIST من شأنه أن يساعد المجربين في المستقبل. ويقول إن هذا العمل “يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام في هذا الصدد”.

قوة شيطانية

تعود الجهود المبذولة لقياس ثابت الجاذبية إلى عام 1798، ومنذ ذلك الحين توسعت لتشمل مجموعة متنوعة من الأساليب، بما في ذلك البندولات المتأرجحة، وموازنة الكتل، ورسم المسارات التي تسلكها الذرات. يقول كريستيان روثليتنر، عالم الفيزياء في المعهد الوطني الألماني للقياس (PTB) في براونشفايغ: “في رأيي، إنها التجربة المعملية الأكثر تحديًا على الإطلاق”.

جزء من المشكلة هو أنه بالمقارنة مع قوى الطبيعة الأخرى – الكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والضعيفة – فإن الجاذبية أضعف بتريليونات تريليونات المرات؛ التقط أي شيء وستتحدى جاذبية الكوكب بأكمله. ومن المستحيل أيضًا حماية التجارب من قوى الجاذبية غير المرغوب فيها، مما يجعل ز من الصعب عزلها.

مع عدم اليقين الذي يبلغ حوالي جزء واحد من 5000، كبير ز ويظل هو الثابت الأساسي الذي لا نعرفه بدقة كبيرة اليوم، ولا يمكن للأخطاء التجريبية المعروفة أن تفسر انتشار القيم.

تدابير الأزمة

جاءت جهود النسخ المتماثل NIST اجتماع الأزمة الذي عقد في NIST في عام 2014، والتي جمعت المجربين المتنافسين معًا لمحاولة التوصل إلى طريقة للمضي قدمًا. يقول جينس جوندلاش، عالم الفيزياء التجريبية بجامعة واشنطن في سياتل، إن شلامينجر كان «مقيدًا» لمحاولة معرفة سبب كون نتيجة BIPM لعام 2013 شاذة إلى هذا الحد. “الكبير ز توسل إليه المجتمع أن يفعل ذلك، فتولى هذه الوظيفة على مضض. تم شحن جهاز BIPM إلى NIST في عام 2016.

أقدم طريقة لتحديد الحجم الكبير ز، والتي طبقها فريق شلامينجر وBIPM، تتضمن قياس جاذبية الجاذبية بين كتلتين – تقعان على طرفي قضيب معلق – وكتلتين أكبر مجاورتين، عن طريق قياس مقدار السحب الذي يتسبب في التواء القضيب. يتضمن الإصدار الأحدث حلقتين متحدتي المركز من الكتل، ويستخدم طرقًا متعددة لقياس السحب.

ولتجنب تحريف النتائج دون وعي، قام الفريق بتعمية التجربة من خلال جعل شخص خارجي مستقل يضيف إزاحة غير معروفة، والتي لم يقم الفريق بإزالتها إلا في النهاية.