Вход

Новое о гравитационной константе G

Реферат по физике
Дата добавления: 23 января 2002
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 540 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
НОВОЕ О ГРАВ ИТАЦИОННОЙ КОНСТАНТЕ G: ПЯТНАДЦАТЬ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ФО РМУЛ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОНСТАНТЫ G Аннотация Показано , что гравитационная константа G является составной константой , сод ержит в себе постоянную Планка h, скорость света c и другие константы и функционально с ними связана . В частности константа G имеет функциональн ую зависимость от следующих важнейших физических констант : G=f (h , c, R ∞ , б , р На осно ве группы универсальных суперконстант h u , l u , t u , б , р получены 15 эквивалентных формул для вычисления гравитационн ой константы G [2,3,5,6]. Найденное по этим форму лам новое значение константы G равно : G=6,67286741(89)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 . Новое з начение константы G вместо четырех цифр содержит 9 цифр [2,3,6]. Получ енные результаты указывают на фундаментальную связь электромагнетизма и гравитации и на существ ование единого онтологического ко нстантного базиса , который является основой ф изических и астрофизических констант. 1. ВАЖНЕЙШАЯ КОНСТАНТА ФИЗИКИ И АСТ РОФИЗИКИ Большинство физичес ких констант связаны законами физики с др угими константами . Это является реш ающим фактором для определения каждой константы [17]. Однако такие константы как : гравитационная константа < FONT>G, отношение масс протон-электрон m p /m e , постоянная Хаббла H 0 считаются не связанн ыми вообще ни с какими другими константами . В отно шении важ нейшей физической константы G ост ается надежда на то , что удастся выявить ее связь с чем-либо в рамках будущей единой теории , которая должна объед инить все четыре взаимодействия. Гравитационная константа G широко используется как в физических теориях,так и в практике , начиная с астрофизики и кончая космонавтикой [19]. Однако ее значение определено с недостаточной точностью . Как отмечает а втор в [19]: " повышение точности зн ания G способствует углублению понимания физики гравитации и уточнению фундаментальны х закономерностей смежных с ней отраслей зна ний ." Кроме того , все е ще остается открытым вопрос о природе гравита ции и о сущности гравитационной константы G . Как известно , сама форма закона всемирного тяготения Ньютон а – пропорциональность силы массам и об ратная пр опорциональность квадрату расст ояния , проверена с гораздо большей точностью , чем точность гравитационной константы G . Поэтому основное о граничение на точное определение гравитационных сил наклады вает константа G . Эта константа определена экспери ментально . Науке пока неизвестно существует ли аналитическое соотношение для определения гравитационной константы , существует ли связь между кон стантой G и другими фундаментальными физическими константами . В теоретической физике эту важнейшую константу пы таются исп ользовать совместно с константой Планка h и скоростью света c для создания квантовой теории гравитации и для разработ ки единых теорий . Поэтому , вопрос о первич ности и независимости константы G выходит на первый план . Важно выяснить в какой степен и з ависимы или независимы другие фундаментальные константы . В этом клубке проблем работы по уточнению значения гравитационной константы приобретают особую актуальность . Одним из путей для решения этой задачи являются орбитальные гравитационные эксперимент ы . Космические исследования открывают тут новые возможности . Однако , как отмечается в [19], дл я этого потребуются " и компенса ция сноса корабля , и высокая точность диаг ноза температурного и гравитационного полей , и наконец , очень высокая точность определения пространственного положения пробных тел . Кроме того , могут потребоваться дополнительные усилия по доставке корабля в либрационны е точки и по обеспечению связи с ним ". Сложность экспериментальных работ по уточнению гравитационной константы G заста вляет иск ать другие способы определения ее точного значения. 2. СОСТАВНАЯ СУЩНОСТЬ КОНСТАНТЫ G В [5-12] проведены и сследования константы G и других фундаментальных физических конст ант . Ставилась задача выявить константы , котор ые могут претендовать на роль “ истинн о фундаментальных ” констант . В результате была открыта групп а первичных , независимых констант , из которых состоят важнейшие фундаментальные константы [2-9]. Таких первичных , независимых констант пять : o фундаментальный квант действия h u ( h u =7,69558071(63)• 10 -37 J s), o фундаментальная длина l u ( l u =2,817940285(31)• 10 -15 m), o фундаментальный квант времени t u ( t u =0,939963701(11)• 10 -23 s ) , o постоянная тонкой стр уктуры б ( б =7,297352533(27)• 10 -3 ), o число р (р =3,141592653589). Эти пять конста нт являются “ истинно фундамента льными ” константами и имеют о нтологический статус . Константы , входящие в эт у группу , являются первичными и независимыми константами . Чтобы подчеркнуть их “ист ин ную фундаментальность” они были названы универсальными суперконстантами [2]. Универсальные суперконстанты проистекаю т из свойств физического вакуума [2 - 12]. Размерные суперконстанты h u , l u , t u определяют физические свойства вакуума и я вляются константами фундаментального состояния м атерии [3 - 8]. Суперконстанты р и б оп ределяют геометрические свойства пространства-в ремени . Суммой геомет рических ( р , б ) и физических ( h u , l u , t u ) супер констант пр едставлен онтологический базис фундаментальных ф изических констант (Рис .1). Рис .1 Онтологический базис фундаментальных физических констант. Группа , сост оящая из пяти первичных суперконстант [2,8], позволила выявить важнейшую особенность гр авитационной константы G. Оказалось , что эта кон станта является сос тавной константой и с одержит в себе постоянную Планка h, скорость света c, постоянную тонкой структур ы б и д ругие константы . Таким образом , гравитационная константа Ньютона функционально зависима от других фундаментальных констант . В частности , одной из функциональных зависимостей является следующ ая : G=f(h,c, R ∞ , б , р ). Дальнейшие исследования показали , что константа G, как и другие фундаментальные константы , наиболее п росто может быть выражена посредством единой группы констант – универсальных суперконста нт [2-9]: G, m pl , c, h, … e, m e , R ∞ , м B , Ф о = f (h u , l u , t u , б , р ). Таким образом , подтверждае тся подход А.Пуанкаре , согласно которому утвержда ется дополнительность физики и геометрии [13]. Со гласно этому подходу в реальных экспериментах мы всегда наблюдаем некую “сумму” физики и геометрии . Это значит , что эксперимента льно измеренные значения физи ч еских констант также должны содержать в себе " что-то от физики " и " что-то от геометрии ". Как показано в [2 - 8], универсальные су перконстанты являются составляющими важ нейших физических констант . " Что-то от физики " и " что-то от геометрии " как раз несут в себе эти составляющие (универсальные суперконстанты ) своим составом геометрических и физических суперконстант . 3. ПЯТНАДЦАТЬ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ФОРМУЛ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОНСТАНТЫ G. Группа универсальных суперконстант (h u , l u , t u , б , р ) позволила выявить глоб альную взаимосв язь фундаментальных констант и получить матем атические формулы для вычисления гравитационной константы G [2,3.5] . Ниже приведены 15 эквивалентных формул для вычисления гравитационной константы G. Часть из них ранее были опубликов аны в [5, 6, 15]: G = l u 5 /t u 3 h u D o , G = l u 3 / t u 2 m e D o , G = l pl 2 l u б /t u 2 m e , G = 2 р c 3 l u 2 / б hD o , G = c 3 б 2 l u / 2h R ∞ D o G = c 3 l pl 2 б /h u , G = t pl 2 c 2 l u б /t u 2 m e , G = c 5 t pl 2 б /h u , G = l u 4 10 7 /e 2 t u 2 D o , G = h u б 2 /4 р t u m pl 2 R ∞ , Из приведенных формул видно , ч то константа G выражает ся с помощью друг их фундаментальных констант очень компактными и простыми соотношениями . Все формулы для гравитационной константы сохраняют когерентность . В числе констант , с помощью которых п редставлена гравитационная константа , использованы такие конста н ты : фундаментальный кв ант h u , скорость света c , постоянная тонкой структуры б, постоянная Планка h , число р, фундаментальная метрика пространства-времени ( l u ,t u ) , элементарная масса m e , элементарный заряд e , бол ьшое космологическое число D o [2, 14] , планк овские единицы длины l pl , массы m pl < /FONT>, времени t pl . Это указывает на единую сущност ь электром агнетизма и гравитации и на существование единого фундаментального базиса у всех физических констант . Это же подтвер ждают пять приведенных ниже дополнительн ы х формул . Используя константы h, c, R ∞ , бр, получим следующую формулу : G =с 3 б 5 /8 р h R ∞ 2 D0 Используя константы h u, l u , t u, m e , б , р, получим следующую формулу : G = h u l u /t u m e 2 D 0 Используя константы h u , c, б , m pl , пол учим сле дующую формулу : G = h u c/б m pl 2 Используя константы l u, магнетон Бо ра м B, m e , б , р, получим следующую формулу : G = 4м B 2 б 2 · 10 -7 /l u 2 m e 2 D o Используя константы l u , постоянную Хаббла H, t u , h u ,б, получим следующую формул у : G = 2l u 5 б H/t u 2 h u Все 15 формул являются эквивалентны ми . Отмет им , что каждая из 14 формул допускает редукцию к формуле : G = l u 5 /t u 3 h u D o Таким образом , формулы показывают , что гравитационная константа G не является независимой . Она связана с важнейшими фунда ментальными конста нтами. 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОН СТАНТЫ G. Значение G было определено впервые английским физ иком Г.Кавендишем в 1798 г . на крутильных веса х путем измерения силы притяжения между д ву мя шарами . Значение , полученное Г.Кавендишем : G=6,740(50)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 . В последующие годы измерения г равитационной константы продолжались . В 1982 году G.Luther и W.Towler получили значение [20]: G=6,67260(50)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 . Значение гравитационной константы , рекомендованное Комиссией по фундаментальным ф изическим константам CODATA в 1986 г .: G = 6,672 59 (85)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 . В [20] приведены результаты измерени й гравитационной константы , полученные разными авторами . Значения , полученные разными авторами , значительно отличаются . Эти значения предста влены тремя-шестью цифрами . При этом лучшие экспериме нтальные значения не превышают пять-шесть знаков . Очевидно , это связано с тем , что измерение значений гравитационной константы сопряжено с большими трудностями . Н а точность измерения оказывает влияние множес тво факторов . В частности , на точность изм ерени я константы G влияют некоторые к осмические ритмы (солнечные , лунные , звездные ), которые пока не нашли какого-либо объяснения [20]. В 1996 году О.В.Карагиоз и В.П.Измай лов получили значение : G=6,67290(50)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 . Современное значение константы G, рекомендованное CODATA 1998 [1]: G=6,673(10)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 . 5. НОВОЕ ЗНАЧЕНИЕ КОНСТАНТЫ G, ПОЛУЧЕННОЕ Р АСЧЕТОМ. Рекомендованное значение гравитацион ной константы претерпело такую метаморфозу : с начала CODATA 1986 предложил более точное значение , за те м CODATA 1998 рекомендует менее точное значение . Из всех универсальных физических констант точность в определении G остается сам ой низкой . Среднеквадр атическая погрешность для G на несколько порядков превышает по грешность других констант . Точность в три-п ять десятичных знаков для важнейшей ф изической констант ы нельзя считать нормальны м положением дел . На важность исследований , целью которых должно быть повышение точнос ти фундаментальных физических констант , обратили внимание Тейлор и Коэн [18]: " Мы считае м , что в области фундаменталь ных констант должна бы ть проведена больш ая работа и что романтике следующего деся тичного знака нужно отдаться со всей стра стью не ради ее самой , но ради новой физики и более глубокого понимания природы , которая здесь еще скры в ается от нас ". Это в полной мере относится к г равитационной константе . Используя приведенные выше формулы , значе ние гравитационной константы можно получить р асчетом . При этом точность ее можно повыси ть сразу на несколько десятичных знаков и приблизить к точно сти электромагнитны х констант . Все приведенные выше формулы д ают новое значение константы G , которое по точности на четыре порядка (!) выше принятого на сегодня значения . Наибол ее точное значение гравитационной константы можно получить на основе испо льзования сле дующих физических констант : скорости света в вакууме c , постоя нной Планка h , пос тоянной Ридберга R ∞ , постоянной тонкой структуры б , числа р . Та кое же точное значение гравитационной констан ты получается при использ овании универсальны х суперко нстант (h u , l u , t u , б , р ). Новое значение констант ы G содержит 9 цифр [2]: Таким образом , б олее чем за 200 лет своего существования гра витационная константа прошла несколько этапов , на которых ее значение считалось разным : Значение гравитационной константы , полученное расчетом по приведенны м выше формула м , оказалось наиболее точным. 6. СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ КОНСТАНТЫ G Все приведенные 15 формул дают практически одинаковые значения гравитационной п остоянной . Отклонения очень незначительные и наблюдаются в седьмом-девятом знаках , что св язано с различной точностью тех конст ан т , посредством которых представлена гравит ационная константа G. По мере того , как будет возростать точность рекомендованных значений констант , можно будет с еще большей точностью вычислять значение грав итационной константы G. О тметим , что для этого достаточно иметь более точные знач ения двух констант - h и б [16]. В таблице приведены экспериментальные рез ультаты [20] и расчетные значения константы G, полу ченные по приведенным выше формулам : Кем и когда получено Формул а Значение Cavendish, 1798 Нет 6,740(50)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Luther, Towler, 1982 Нет 6,67260(50)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 CODATA 1986 Нет 6,67259(85)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Karagioz, Izmaylov, 1996 Нет 6,67290(50)• 10 -11 N m 2 kg -2 CODATA 1998 Нет 6,673(10)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = l u 5 /t u 3 h u D o 6,67286741(93)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = l u 3 / t u 2 m e D o 6,67286741(91)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = c 5 t pl 2 б /h u 6,67286742(97)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = h u l u /t u m e 2 D 0 6,6728674(20)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = h u c/б m pl 2 6,6728674(22)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = c 3 б 2 l u / 2h R ∞ D o 6,6728674(16)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = l u 4 10 7 /e 2 t u 2 D o 6,6728674(13)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = l pl 2 l u б /t u 2 m e 6,6728674(11)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = c 3 l pl 2 б /h u 6,67286742(97)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = 2р c 3 l u 2 /б hD o 6,67286741(93)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = t pl 2 c 2 l u б /t u 2 m e 6,6728674(11)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = h u б 2 /4р t u m pl 2 R ∞ ; 6,6728674(13)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = с 3 б 5 /8 р h R ∞ 2 D 0 6,67286741(89)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = 4м B 2 б 2 · 10 -7 /l u 2 m e 2 D o 6,6728674(22)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 Kosinov, 2000 G = 2l u 5 б H/t u 2 h u 6,6728674(11)• 10 -11 m 3 kg -1 s -2 ВЫВОДЫ 1. Гравит ационная константа являетс я составной константой и может быть выраж ена посредством других физических констант 2. Получены 15 эквивалентных формул для вычисления гравитационной константы . 3. Полученные результаты ук азывают на то , что гравитационная конста нта не является первичной и независим ой константой . 4. Получено новое расчетное значение гравитационной константы , которое н а несколько порядков точнее ее эксперименталь ного значения . 5. Наиболее точное значение гравитационной константы следует из формул ы с применением суперконстант h u , l u , t u , б , р . 6. На роль истинно фунд аментальных констант предлагается группа универс альных суперконстант h u , l u , t u , б < /FONT>, р , которые являются первичными и независимыми константа ми . ЛИТЕРАТУРА 1. Peter J. Mohr and Barry N.Taylor. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 1998 ; Physics.nist.gov/constants. Constants in the category "All constants"; Reviews of Modern Physics, Vol 72, No. 2, 2000. 2. Косинов Н.В . Физический в акуум и гравитация . Физический вакуум и природа , N4, 2000. 3. Nikolay V. Kosinov, Shanna N. Kosinova “ GENERAL CORRELATION AMONG FUNDAMENTAL PHYSICAL CONSTANTS.” Journal of New Energy , 2000 , Vol. 5, no. 1, pages 134 -135. 4. Kosinov N. Five Fundamental C onstants of Vacuum, Lying in the Base of all Physical Laws, Constants and Formulas. Physical Vacuum and Nature, N4, 2000. 5. Косинов Н.В . Пять универсальных суперко нстант , лежащих в основе всех фундаментальных констант , законов и формул физики и к осмологи и . Актуальные проблемы естествознания начала века . Материалы международной конфере нции 21 - 25 августа 2000 г ., Санкт-Петербург , Россия . СПб .: "Анатолия ", 2001, с . 176 - 179. 6.Косинов Н.В . Пять универсальных физичес ких суперконстант . http://piramyd.express.ru/disput/kosinov/grate/text.htm 7. Косинов Н.В . Электродинамика физ иче ского вакуума . Физический вакуум и природа , N1, 1999. 8. Косинов Н.В . Законы унитронной теории физического вакуума и новые фундаментальные физические константы . Физический вакуум и п рирода , N3, 2000. 9. Косинов Н.В . Вакуум-гипотеза и основные теоремы ун итронной теории физического вакуума . Физический вакуум и природа , N2, 1999. 10. Косинов Н.В . Проблемы происхождения - но вейшее направление физических исследований . Физич еский вакуум и природа , N4, 2000. 11. Косинов Н.В . Решение проблем происхожде ния - осно вная задача унитронной теории физического вакуума . Физический вакуум и пр ирода , N3, 2000. 12. Косинов Н.В . Проблема вакуума в кон тексте нерешенных проблем физики . Физический вакуум и природа , N3, 2000. 13. Пуанкаре А . Наука и гипотеза . Пуанк аре А . О науке, М ., 1983. 14. Косинов Н.В . Большие числа в физике и космологии .( С ВЯЗЬ БО ЛЬШИХ ЧИСЕЛ С КОНСТАНТАМИ ФИЗИКИ И КОСМОЛ ОГИИ )
© Рефератбанк, 2002 - 2017