معلومات عامة

عالمية السقوط و مكثف السقوط الحر بوز

عالمية السقوط و مكثف السقوط الحر بوز

جدول المحتويات

حركات الكواكب


في هذه المرحلة ، من الجدير أيضًا الإشارة إلى مساهمات نيوتن المهمة الأخرى في فهم مبدأ التكافؤ. أصبح الفراغ حقيقة تجريبية في عصره ، وذلك بفضل تطوير المضخات ومرفقات التفريغ ، ويمكن لنيوتن أن يدعي أنه حتى ريشة من أسفل وعملة ذهبية تسقط بسرعات متساوية في فراغ هذه السماعات. كما لاحظ أن الفضاء بين الكواكب لا يقدم مقاومة للحركة ، لأن الكواكب تواصل ثوراتها باستمرار دون تعديل واضح. هذا يسمح له بالتالي أن يؤكد أن الفضاء بين الكواكب فارغ ، لأن العبوات فارغة. بعد حجة جاليليو ، هناك حجة جديدة ضرورية لتقريب فيزياء حركات الكواكب من الفيزياء العملية للمختبر.

يذهب نيوتن إلى أبعد من ذلك من خلال اقتراح طريقة اختبار جديدة: إذا لم يكن مبدأ التكافؤ صحيحًا ، فيمكن تعديل حركة أقمار المشتري ، أي حركة القمر حول الأرض ، بواسطة مجال جاذبية الشمس. على سبيل المثال ، تجذب الشمس الأرض والقمر بشكل مختلف ، وليس لهما نفس التكوين. بيير لابلاس يستغرق فترة تصل هذه الفكرة في أواخر الثامن عشر والعشرين قرن ونستنتج مراجعة لمبدأ المليون.

تم تحسين هذه الطريقة بشكل كبير منذ السبعينيات بفضل القياس الدقيق للغاية للمسافة بين الأرض والقمر عن طريق تحديد المدى بالليزر. هذا القياس ، الذي تم إجراؤه على وجه الخصوص بواسطة محطة الليزر للقمر في جراس (انظر الشكل 4) ، يصل إلى دقة تصل إلى بضعة ملليمترات خلال الفترة الشهرية لحركة القمر. إنه يتوافق مع اختبار لمبدأ التكافؤ عند مستوى أفضل من جزء من 10 12 . هذه الدقة أفضل من تلك الموجودة في التجارب المعملية وتتعلق بقياس حساس لتأثير طاقة الجاذبية نفسها.

إقرأ أيضا:التعديل الجيني .. حياة أفضل أم مستقبل مرعب

عالمية السقوط و مكثف السقوط : جداول الالتواء


أرصدة التواء لها تاريخ مشترك مع فيزياء الجاذبية من تجربة كافنديش في أواخر الثامن عشر والعشرين قرن. بالمصطلحات الحديثة ، يقيس كافنديش ثابت نيوتن G الذي يحدد قوة الجاذبية بين جسمين كبيرين. على حد تعبيره ، “يزن الأرض” بتحديد متوسط ​​كثافتها. ميزان الالتواء هو أداة مفضلة لقياس القوى الصغيرة. ينزعج سلك الالتواء الذي يتصل به سائب ذو كتل صغيرة عند الاقتراب من كتل أكبر: يقيس انحراف البندول اضطراب الجاذبية (انظر وزن الأرض بقلم بيير لوجيني ، في هذا الملف).

بتقييم الآثار المدمرة للبيئة بعناية

يقوم Cavendish بتقييم الآثار المدمرة للبيئة بعناية. يضع الميزان في حاوية مغلقة لحمايته من حركات الحمل الحراري ، ويعزله حرارياً ، ويسعى للحد من الاهتزازات الميكانيكية والاضطرابات المغناطيسية ، ويحسن دقة قراءة انحراف أذرع الميزان بطرق جديدة. في الواقع ، إنه يقوم بالفعل بمراجعة الاضطرابات التي يجب التحكم فيها بقياسات عالية الدقة. من بين أولئك الذين يهربون منها ، يجب أن نستشهد بالتقلبات البراونية ، وهي مصدر ضوضاء يلعب دورًا مهمًا في مستويات الحساسية التي تم التوصل إليها اليوم والتي سنعيد النظر فيها.

هذه التفاصيل القليلة تخدش سطح الموضوع وتتجاهل المساهمات المهمة من كافنديش وغيره من المجربين ذوي التفكير المماثل. إنهم يهدفون فقط إلى إعطاء فكرة عن التقدم الفعال الذي سيسمح لـ Eötvös بإحراز تقدم حاسم في اختبار مبدأ التكافؤ خلال الأعوام 1890-1920. تتزامن تجاربه تقريبًا مع تجارب ألبرت ميكلسون وأوجه التشابه بينهما عديدة: كلاهما يختبر مبدأ أساسيًا للفيزياء يتجلى في غياب التأثير ، وغياب التباين في سرعة الضوء في حالة واحدة ، وغياب الفرق بين الجماهير الخاملة والخطيرة في الآخر ؛ كلاهما يلعب دورًا مركزيًا في تطوير نظريات النسبية.

إقرأ أيضا:الربيع : موسم الكبد

عالمية السقوط و مكثف السقوط : فكرة يوتفوس الأصلية رائعة

فكرة يوتفوس الأصلية رائعة: كتلتان من تركيبات مختلفة معلقة من طرفي توازن الالتواء ؛ القياس هو التحقق من أن الذراع تدور 180 درجة عندما يتم تدوير رأس سلك علاقة التوازن بنفس المقدار. الكتل التي تخضع لمجال الجاذبية وتسارع الجاذبية المرتبط بدوران الأرض ، يجب تسجيل الفرق إذا لم تكن الكتل الخاملة والشديدة متساوية تمامًا: يؤدي غياب هذا الاختلاف إلى التحقق من مبدأ التكافؤ دقة جزء واحد لـ 10 8. دعونا نؤكد ابتكار هذه التجربة: إنها تهدف إلى تسليط الضوء على تعويض قوى القصور الذاتي وقوى الجاذبية على الكتل غير المتحركة أثناء كل قياس ؛ يتم البحث عن التأثير من خلال مقارنة عدة تكوينات. على وجه الخصوص ، لم يعد هناك أي تأثير مزعج مرتبط بالحركة ، مما يسهل التحكم في مصادر الضوضاء الآلية المذكورة أعلاه. هذا التحكم ، الذي تم إجراؤه في التجارب التي أعقبت تجارب Eötvös ، يجعل المجرب يواجه التقلبات الفيزيائية الأساسية ، ولا سيما التقلبات البراونية.

وصف روبرت براون الحركة البراونية بوضوح شديد

وصف روبرت براون الحركة البراونية بوضوح شديد في التاسع عشرقرن ، حتى لو وجدنا أسلافه في نصوص علماء الذرات في العصور القديمة أو تلك الخاصة بخلفائهم. كان معروفًا لجيمس كليرك ماكسويل ولودفيج بولتزمان عندما طوروا ميكانيكا إحصائية حديثة. تمت دراستها بتفصيل كبير من قبل أينشتاين في إحدى أوراقه الشهيرة عام 1905. لفهم هذه الظاهرة ، دعونا نفكر في جسيم مغمور في سائل ويتعرض بشكل دائم لصدمة الجزيئات التي تشكل هذا السائل ؛ تنقل هذه الصدمات قوة متوسطة إلى الجسيم عندما يكون للسائل نفسه حركة متوسطة ، في حالة الرياح في الهواء على سبيل المثال ؛ ولكن ، حتى عندما يكون السائل في حالة سكون عالميًا ، فإن الجزيئات لا تزال تتمتع بحركة عشوائية ، حيث تتناسب القيمة المتوسطة لمربع سرعتها مع درجة الحرارة. تولد التأثيرات المتكررة للجزيئات على الجسيم ظاهرة انتشار تسمى الانتشار البراوني. في تجربة عالية الحساسية ، تحد هذه الحركة غير المنتظمة من الدقة المطلقة للتجربة.

إقرأ أيضا:ماذا نعرف حقًا عن اليقظة؟

عالمية السقوط و مكثف السقوط : اقتران أي نظام فيزيائي بمقاومة كهربائية يقدم ضوضاء

وبالمثل ، فإن اقتران أي نظام فيزيائي بمقاومة كهربائية يقدم ضوضاء جونسون-نيكويست التي لها نفس الأصل الأساسي مثل الحركة البراونية والتي ، مثلها ، تعتمد على درجة الحرارة. بشكل أكثر عمومية ، أي اقتران ببيئة قادرة على تبديد الطاقة يؤدي إلى تقلبات تعتمد ، من ناحية ، على درجة الحرارة ، ومن ناحية أخرى ، على المعلمات المميزة للتبدد. فقط على حساب الفهم الأساسي لهذه التقلبات ، يمكن خفض دقة الاختبارات باستخدام موازين الالتواء مؤخرًا إلى أقل من واحد من كل عشرة 12. في الأنظمة التي تعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية ، أو عندما تلعب الظواهر الضوئية دورًا مهمًا ، كما هو الحال على سبيل المثال بالنسبة لمقاييس التداخل الكبيرة التي تم تطويرها لاكتشاف موجات الجاذبية ، يصبح من الضروري أيضًا مراعاة التقلبات الكمية لفهم الحدود النهائية من الحساسية.

مشاريع الفضاء


كل هذه الحجج ، المستمدة من تاريخ اختبارات فيزياء الجاذبية ، تسمح لنا الآن بفهم ما تجلبه المشاريع الفضائية. إن بيئة الفضاء في الواقع هي مختبر متميز لقوانين الجاذبية بأفضل دقة ممكنة. إنه يستفيد من عدم وجود ضوضاء زلزالية ، وهو ما لم نتحدث عنه بعد ، ولكنه يمثل بالطبع قيدًا شديدًا لأي تجربة أرضية. في القمر الصناعي الذي يتحرك حول الأرض ، توجد أيضًا حالة من انعدام الوزن تقلل أو تبطئ ، تقريبًا ، الحركات النسبية. باختصار ، تسمح المساحة بتنفيذ البرنامج الذي بدأه جاليليو قدر الإمكان باستخدام طائرات مائلة ونواقل. بالخصوص، يسمح بمقارنة حركة جسمين من تركيبات مختلفة موضوعة في نفس مجال الجاذبية ، وهذا لفترات طويلة جدًا ، حتى أكبر من فترة الثورة حول الأرض. لذلك ، في الفضاء ، سيواصل الفيزيائيون سعيهم لمبدأ التكافؤ ، الذي سيفتح تأكيده – أو انتهاكه – آفاقًا جديدة في الفيزياء.

عالمية السقوط و مكثف السقوط : مكثف السقوط الحر بوز-آينشتاين

ذرات شديدة البرودة في المصعد؟ إنه ممكن الآن. الخطوة التالية: القمر الصناعي …

كنت جالسًا على كرسي في مكتب براءات الاختراع في برن عندما خطرت لي فجأة فكرة: عندما يكون الرجل في حالة سقوط حر ، لا يشعر بثقله. لقد اندهشت. تركت هذه التجربة الفكرية البسيطة انطباعًا كبيرًا عني وقادتني إلى نظرية الجاذبية.
ألبرت أينشتاين ، كيوتو ، 1922

هذه هي الفكرة التي أسس عليها أينشتاين نظرية النسبية العامة: لا يستطيع الرجل المحاصر في مصعد يسقط حرًا أن يميز ما إذا كان لم يعد يشعر بثقله لأن المصعد يسقط في حالة سقوط حر ، أو لأنه سقط في الفضاء ، بلا وزن. بعبارة أخرى ، لا يمكننا تمييز الجاذبية عن أي نوع آخر من التسارع. اليوم ، يتساءل الفيزيائيون عن صحة “مبدأ التكافؤ” هذا في المجال الكمومي. طور تيم فان زويست ، من جامعة لايبنتز في هانوفر ، وزملاؤه جهازًا يسمح لهم باختبار هذا المبدأ على مكثف بوز-آينشتاين.

تنبأت فيزياء

تنبأت فيزياء الكم ، هذه الحالة المعينة من المادة – تم تبريد آلاف الذرات إلى حد أنها تجد نفسها جميعًا في نفس الحالة الكمومية – تم إنتاجها في المختبر لمدة خمسة عشر .عامًا تقريبًا: يتم تبريد الذرات بواسطة الليزر ، ثم في فخ مغناطيسي. تباطأت ، تبرد إلى بضعة أجزاء من المليار من الدرجة فوق الصفر المطلق. يملأ الإعداد التجريبي المعتاد غرفة كاملة بغرف مفرغة ، وملفات مغناطيسية كبيرة ، وطاولات بصرية وإلكترونية. ولكن قبل بضع سنوات ، طور جاكوب رايشل ، من مختبر كاستلر بروسل ، في المدرسة العليا العليا في باريس ، وزملاؤه رقائق ذرية. بفضل المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المتدفق من خلالها ،

قام الفيزيائيون بدمج رقاقة ذرة من الروبيديوم 87 في كبسولة بحجم رجل. تحتوي الكبسولة على جميع المعدات اللازمة لإعداد ومراقبة المكثفات: ليزران للتبريد .المسبق للذرات ، ليزر كشف ، غرفة تفريغ تحتوي على شريحة الذرة ، مصدر طاقة ، كاميرا لتصوير المكثف باستمرار . وجهاز تحكم. . سقطت الكبسولة في برج فراغ على ارتفاع 146 مترًا ، بعد 4.6 ثانية .من السقوط الحر في بركة من كرات البوليسترين بعمق 8 أمتار.

عالمية السقوط و مكثف السقوط : يمكن ملاحظته في السقوط الحر لمدة ثانية واحدة

يتكون مكثف بوز-آينشتاين من الثانية الثانية من السقوط وبالتالي يمكن ملاحظته في السقوط الحر لمدة ثانية واحدة. أثناء سقوطه ، يضيء المكثف بليزر الكشف ، ويتم تصوير الظل الذي ينتجه بواسطة الكاميرا. وهكذا تحقق الباحثون من أن الذرات ظلت مكثفة خلال الخريف. لاختبار مبدأ التكافؤ ، ينوون الآن تقسيم الكُثافة إلى جزأين عند تكوينها ، ثم إعادة تجميعها في نهاية السقوط.

مثل الموجة الضوئية

مثل الموجة الضوئية ، يجب أن يتداخل جزأا المكثف ، أثناء إعادة الاتحاد ، ويشكلان تناوبًا بين الأطراف الفاتحة والداكنة. يعتمد حجم هذه الأطراف وتباعدها على سرعات جزأين من المكثف ؛ إذا كان مبدأ التكافؤ غير صالح في المجال الكمومي ، فلن يسقط الجزأين بنفس السرعة .وسينتج عنهما هامش مختلف قليلاً عن تلك التي تنبأت بها النظرية.

بالنسبة لعلماء المقاييس ، يمثل هذا العمل أيضًا تقدمًا تقنيًا كبيرًا. لقد أثبتوا أن استخدام مكثف بوز-آينشتاين في مساحة صغيرة ، معرض للاهتزازات ، أمر ممكن. آفاق جديدة تتفتح ، لا سيما استخدام هذه المكثفات في الفضاء ، داخل الأقمار الصناعية ، للتحقق بدقة أكبر من بعض التأثيرات. التي تنبأت بها النسبية العامة.

السابق
عالمية السقوط الحر
التالي
جزر رائعة التي يجب عليك زيارتها في إنجلترا