در تقلای تعیین ثابت G

گریزپاترین ثابت طبیعت، انگار اندکی بیشتر از آن چیزی‌ست که تابه‌حال انتظارش می‌رفت. طبق گزارشی که در شماره پنجم سپتامبر نشریه Physical Review Letters انتشار یافته، ثابت جهانی گرانش نیوتن (یا همان «G بزرگ») – که محاسبه کردن آن هفت‌خوان خودش را می‌طلبد – حدود دو صدم درصد از استانداردهای فعلی بیشتر است. در این صورت، این، به‌گفته هارولد پارکز، فیزیکدان آزمایشگاه‌های ملی «ساندیا» ی ایالات متحده، بدین معناست که «مشتری و خورشید، احتمالاً کمی سبک‌تر از آن‌اند که فکرش را می‌کردیم».

اما استفان مرکوویتز، از فیزیکدان سازمان هوا-فضایی ایالات متحده (ناسا) که در سال ۲۰۰۰ میلادی به اتفاق جنز گوندلاخ فیزیکدان درصدد تعیین این ثابت برآمده بودند، هم‌اینک اعتقاد دارد که G بزرگ‌تر، آنقدرها هم تأثیر شگرفی بر امورات فیزیکدانان نخواهد داشت. او می‌گوید: «واقعاً بنا نیست که نحوه محاسباتمان از مدار و یا مسیر فلان فضاپیما را متأثر از خودش کند».

اما دانشمندان، دقیقاً به دلیل دشواری محاسبه این ثابت، علاقه وافری به تعیین‌اش دارند. به گفته جیمز فالر فیزیکدان از دانشگاه کلرادو در شهر بولدر، «این [ثابت]، از بین محاسبات دقیق [فیزیکی]، به منزله کوه اورستشان است. همه می‌خواهند از آن صعود کنند».

نخستین تلاش هم به سال ۱۷۹۸ میلادی برمی‌گردد؛ به وقتی که فیزیکدان برجسته بریتانیایی، هنری کاوندیش، این ثابت گریزپا را به کمک یک دانه شمع، یک آینه و همچنین چهار وزنه سربی به هیأت وسیله‌ای موسوم به «ترازوی پیچشی» محاسبه کرد. تا چند قرن بعد، فیزیکدانان ترازوهای دقیق و دقیق‌تری ساختند، اما مقدار ثابت G، کماکان نوسان دارد. به گفته مرکوویتز: «حتی با وجود این محاسبات مدرن هم هنوز نتوانسته‌ایم به یک توافق قطعی برسیم. همین یأس‌آور است».

آخرین تلاش را پارکز، به اتفاق‌تری کویین، مدیر بازنشسته «دفتر اوزان و محاسبات» فرانسه، و همچنین دو پژوهشگر دیگر به ثمر رسانده‌اند. تلاش قبلی کویین در سال ۲۰۰۱، عددی تقریباً حول و حوش همان مقداری را به دست داد که گوندلاخ و مرکوویتز، حدود یک سال قبل‌ترش آن را محاسبه کرده بودند – فقط حدود ۲۰۰ واحد در میلیارد از مقدار قبلی‌اش بیشتر شد.

لذا کویین و پارکز، این‌بار عزم تازه‌ای به خرج دادند و با اوراق و بازسازی ابزارآلات محاسباتی پیشینشان، G را مجدداً محاسبه کردند. ابزار این گروه، متشکل از صفحه آلومینومی دوّاری بود که از وسط با یک ریسمان فلزی معلق مانده بود. چهار استوانه مسی کوچک نیز اطراف صفحه را گرفته بودند. وقتی محققین، این استوانه‌های سنگین را به چپ و یا راست حرکت می‌دادند، دو استوانه دیگر هم حرکت کرده و صفحه را حول محور ریسمان به چرخش وامی‌داشتند؛ لذا می‌شد کشش گرانشی مابین استوانه‌ها را با محاسبه میزان چرخش صفحه، یا با حفظ ثبات‌اش از طریق القای هرچه قدر الکتریسیته لازم، تعیین کنند.

اما خب به‌گفته فالر – که قبلاً هم در همین زمینه با پارکز همکاری‌هایی داشته – «چنین کاری از حیث نظری کار ساده‌ای‌ست؛ ولی خب انجام دادنش فوق‌العاده دشوار است». فیزیکدانان، پس از این آزمایشات، سال‌ها زمان صرف تعیین منابع خطاهای محتمل محاسباتی – من‌جمله دمای ترازو، جریانات هوای محیط آزمایشگاه، و حتی شیب کلّی اتاق – می‌کنند. فالر می‌گوید «همین تعیین خطاها خواب سالیان‌ام را از من گرفت».

از آنجا که حاصل محاسبات جدید – یعنی ۶،۶۷۵۴۵ ضربدر در ۱۰ به توان منفی ۱۱ متر بر کیلوگرم بر مجذور ثانیه – با محاسبات سال ۲۰۰۱ کویین همخوانی دارد، پارکز فقط «امیدوار» است که محاسباتش درست از آب درآمده باشند.

منبع: Sciencenews.org

توضیح تصویر: ترازوی پیچشی تیم کویین، جهت محاسبه مقدار ثابت G