这篇文章来自月球旅行指南
引力常数g的前世
万有引力定律简单而优雅。
但是现实世界从来都不是完美的,
它留下了牛顿解不开的“小尾巴”,
一直困扰着人类至今。
在介绍“小尾巴”之前,我们先来做个小测验,暖一暖脑子:“如何用最简单的语言,从另一个宇宙,把我们的宇宙介绍给生命?”
我们的宇宙太大了,一两句话都说不清楚!
宇宙虽然包罗万象,但有一些基本常数是不会变的,就像一个人的外貌、指纹、声音等。,这可以作为宇宙的“身份证号”。有的科学家说有6个数字,有的说有13个数字,有的说有26个数字,但无论如何,引力常数G是必不可少的。
哦!我明白了,这个“小尾巴”就是g。
是的,虽然牛顿提出了万有引力定律,但他不知道G是什么。从牛顿时代开始,无数科学家都测量过G,但人们没想到的是,这种测量一直测量到了今天。
重力可以使月球绕地球运行。为什么G这么不可预测?
主要有两个原因:
另外
另一个问题是,为什么物体之间会有引力?
一个问题,为什么物体之间有万有引力?
第一,引力很弱。宇宙中所有的物理现象都可以用引力、电磁力、弱力和强力来解释,引力是最弱的一种。当你伸出手时,整个地球的引力不足以克服肌肉的力量;两个日常物品之间的吸引力就更小了,1米距离的两个人之间的吸引力只有一颗芝麻的千分之几。
第二,引力无处不在。引力存在于宇宙中任何两个物体之间,从太阳到尘埃,外界环境的引力干扰无法屏蔽。因此,G成为人类最早认识到但测量精度最差的常数。我们确切地知道光速c为299792458米/秒,普朗克常数h为6.62607015×10-34J·秒,但g的有效数只有4位数。
万有引力定律出来后,当时的科学家希望用它来得到地球的质量,进而计算出其他天体的质量。
核心知识
球受到来自山脉的引力和地球引力的影响。这两种力可以用万有引力定律来表示,它们的比值可以通过测量球摆的偏转角来计算,从而把地球的密度和山的密度联系起来。因此,只要我们知道山脉的体积和密度,测量球摆的偏转角,就可以计算出地球的平均密度。
g由此计算
与现代仪器测量的数据相比
误差只有20%,
g终于有了更可靠的值。
g不测?为什么说不可预测?
谢鹭实验需要精确测量山体的体积和密度,测量误差使得无法获得高精度的G值。
卡文迪什的父母都来自英国伯爵的贵族家庭。他继承了数百万英镑的遗产,在当时的英国是一个非常富有的人。财富最终会消散,但他对科学的贡献将永远载入史册:
另外
另一个问题是,为什么物体之间会有引力?
一个问题,为什么物体之间有万有引力?
卡文迪许
第一个分离氢气的人
第一个从氧气和氢气合成水的人
第一个发现硝酸的人
第一个测量地球密度的人
在介绍卡文迪什的实验之前,我会给他一个独家采访。
狗仔队不好。让我们回到实验上来
你刚才不是说引力很小吗?那么扭转角度也应该很小。如何衡量?
这个实验的本质在于将难以测量的“重力”转化为“角度变化”,再将“角度变化”放大为易于测量的“位置变化”。
另外
另一个问题是,为什么物体之间会有引力?
一个问题,为什么物体之间有万有引力?
天平上安装一面小镜子,一束光射向镜子,然后被镜子反射,射向远处的刻度。当镜子和天平稍微扭一下,刻度上的光点就会大幅度移动。通过测量光斑的移动距离,我们可以测量扭转角,计算大球和小球之间的引力,进而得到g。
后人根据他的实验结果计算出地球的质量和g值,为6.754×10-11n/kg·m。
此后,几乎所有对G的测量都采用了卡文迪什扭转平衡实验的原理。20世纪30年代,g的实测值为6.67×10-11N/kg·m,后在20世纪40年代提高到6.673×10-11N/kg·m。20世纪90年代,不确定度从0.1%降低到0.04%到0.012%。
对于这种差异,
科学家还没有给出确切的解释,
他们对G的探索
还在继续。
这就是引力引入的结局。我们根据万有引力定律计算了地球卫星的最小速度。但是你怎么能以这么高的速度扔小球呢?在牛顿时代,这一切还是一场梦。直到工业时代的到来,一个又一个火箭天才走上历史舞台,梦想终于成真。我们会一个接一个地遇见他们。
另外
另一个问题是,为什么物体之间会有引力?
一个问题,为什么物体之间有万有引力?
不参加考试的冷知识
在测量G的过程中,无意中诞生了地理的副产品——等高线。
为了测量谢苍鹭山的体积,科研团队测量了上百组数据,每组数据都包括横坐标、纵坐标和海拔,数量众多且混乱。探险队中负责计算的数学家赫顿,把坐标写在一张纸上,把高度相等的点连在一起,整个山的形状就出现了!就这样,他发明了等高线。
赫顿的地图已经丢失,英国艺术家卡伦·兰恩根据赫顿原始数据的重置版本,用一个模型重建了谢苍鹭山。
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