|
|
|
Νέο χαμηλότερο όριο για το νόμο του ΝεύτωναΠηγή: PhysicsWeb, 25 Απριλίου 2007 |
|
Η καθημερινή εμπειρία μας λέει ότι η δύναμη είναι ίση με το γινόμενο της επιτάχυνσης επί της μάζα, αλλά ισχύει ο β! νόμος του Νεύτωνα για πολύ μικρές επιταχύνσεις; Παρατηρώντας ένα στρεφόμενο εκκρεμές με μια πολύ μεγάλη περίοδο, φυσικοί στις ΗΠΑ έχουν τώρα διαπιστώσει ότι ο νόμος αυτός ισχύει ακόμα και για πολύ μικρές επιταχύνσεις, περίπου, 5 x 10-14 m/s2 -- χίλιες φορές μικρότερη από το προηγούμενο χαμηλότερο όριο. Οι ερευνητές λένε ότι τα αποτελέσματα αυτά θα μπορούσαν να δώσουν κι άλλα διαπιστευτήρια για την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης (Phys. Rev. Lett. 98 150801). Ενώ ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα έχει αποδειχθεί επανειλημμένως εδώ στη Γη, αστρονομικά στοιχεία έχουν οδηγήσει μερικούς φυσικούς να προτείνουν ότι μπορεί να μην ισχύει για όλες τις τιμές της επιτάχυνσης. Τα αστέρια στα εξωτερικά άκρα των γαλαξιών, παραδείγματος χάριν, περιστρέφονται γρηγορότερα από όσο προβλέπεται από το δεύτερο νόμο. Αυτή η περιστροφή μπορεί να εξηγηθεί είτε με την αποδοχή ότι ο νόμος του Νεύτωνα εξασθενίζει στις πολύ μικρές επιταχύνσεις ή με την εισαγωγή της σκοτεινής ύλης, που ακόμα να παρατηρηθεί άμεσα. Στο ηλιακό σύστημά μας, τα δύο διαστημικά σκάφη Pioneer 10 και 11 εμφανίζονται να επηρεάζονται από μια επιτάχυνση, μέχρι τώρα ανεξήγητη από το νόμο του Νεύτωνα καθώς ταξιδεύουν μακριά από τον ήλιο. Αποδεικνύεται ότι και οι δύο βαρυτικές ανωμαλίες θα μπορούσαν να εξηγηθούν αν εισαχθεί μια χαρακτηριστική επιτάχυνση κάτω από την οποία εξασθενίζει ο νόμος του Νεύτωνα. Για τους περιστρεφόμενους γαλαξίες αυτή η επιτάχυνση είναι περίπου 1 x 10-10 m/s2 και για τους Πρωτοπόρους 10 και 11 είναι περίπου 9 x 10-10 m/s2 Το 1986, φυσικοί έλεγξαν το δεύτερο νόμο και είδαν ότι ισχύει για μια επιτάχυνση περίπου 10-11 m/s2 , κάτι που έδειχνε ότι οι ερευνητές πρέπει να κοιτάξουν αλλού για να δώσουν εξηγήσεις. Τώρα, ο Jens Gundlach στο πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον μαζί με άλλους επιστήμονες στο πανεπιστήμιο της Ινδιάνας έχουν χρησιμοποιήσει ένα στρεφόμενο εκκρεμές για να επιβεβαιώσουν το νόμο του Νεύτωνα για επιταχύνσεις έως και 5 x 10-14 m/s2 -- παρέχοντας ακόμα ισχυρότερα στοιχεία ότι η εξασθένιση του νόμου αυτού δεν είναι υπεύθυνη για αυτές τις ανωμαλίες. Το εκκρεμές βάρους 70 γραμμαρίων αναρτήθηκε με ένα σύρμα βολφραμίου του ενός μέτρου, και διαμέτρου 20 ΅m μόνο. Όταν το σύρμα συστράφηκε άσκησε μια δύναμη επαναφοράς στο σώμα, αναγκάζοντας το να ταλαντευτεί με μια περίοδο περίπου 13 λεπτών. Το σώμα άρχισε να ταλαντεύεται με ένα πλάτος εξαιρετικά μικρό (από 13 έως 19 ΅rad), που σημαίνει ότι το ίδιο το σώμα δοκίμασε εξαιρετικά μικρές επιταχύνσεις για σχετικά μεγάλες χρονικές περιόδους. Οποιαδήποτε κατάρρευση στο νόμο του Νεύτωνα κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων μικρής επιτάχυνσης, θα έπρεπε να είχε αναγκάσει τη συχνότητα ταλάντωσης του εκκρεμούς να παρεκκλίνει από αυτό που προβλέπεται από το νόμο του Νεύτωνα. Οι ερευνητές μέτρησαν τα ζεύγη των τιμών (πλάτους και συχνότητας) για ένα ευρύ φάσμα πλάτους. Το πλάτος αυτό χρησιμοποιήθηκε έπειτα για να υπολογιστεί η μέγιστη δύναμη πάνω στο σώμα, ενώ η ταλάντωση και το πλάτος χρησιμοποιήθηκαν για να υπολογίσουν τη μέγιστη επιτάχυνση. Τελικά οι φυσικοί διαπίστωσαν ότι η δύναμη πράγματι ήταν ίση με το γινόμενο της επιτάχυνσης επί τη μάζα, με μια επιτάχυνση 5 x 10 -14 m/s2. Ενώ το πείραμα μας δείχνει ότι ο δεύτερος νόμος ισχύει για πολύ χαμηλές επιταχύνσεις, οι μετρήσεις έγιναν χρησιμοποιώντας μια δύναμη επαναφοράς και όχι μια δύναμη βαρύτητας. Ο Gundlach και οι συνάδελφοι του σκέφτονται τώρα ένα πείραμα που θα εξετάσει το νόμο του Νεύτωνα σε πολύ μικρές επιταχύνσεις στις οποίες η δύναμη είναι η βαρυτική. |
||
|