Секреты гравитационной постоянной G
Гравитационная постоянная G - одна из наименее интуитивно понятных констант в физике. Её размерность [G]=m3⋅kg^(−1)⋅s^(−2) не похожа ни на какие другие размерности, и она включает в себя обратную пропорциональность к плотности массы, но оставляет размерность квадрата частоты Hz^2.
Естественные единицы
В физике для упрощения работы с размерностями часто используют естественные единицы. Например, система планковских единиц позволяет выполнять расчёты, используя только одну размерность, такую как энергия. Это значительно упрощает вычисления в некоторых случаях.
Однако планковские единицы имеют свои ограничения. Они предсказывают существование планковской массы, планковской длины, частоты и других производных величин, которые либо не обнаруживаются в природе, либо находятся за пределами текущих возможностей измерений.
Новая постоянная для согласования с экспериментальными данными
Для того чтобы найти комбинацию констант, которая согласовывалась бы с экспериментальными данными, в систему планковских единиц была введена новая постоянная β, пропорциональная частоте. Эта постоянная была выведена из гипотезы роста массы Земли и имеет величину порядка β=1×10^(−16).
Результаты анализа размерностей
Используя анализ размерностей всех констант G, ℏ, c, β, удалось вывести естественные единицы, которые согласуются с экспериментальными данными:
- Длина: Соответствует эффективному радиусу протона, порядка 8×10^(−16) м, в отличие от планковской длины 1.6×10^(−35) м.
- Масса: Соответствует массе протона 1.67×10^(−27) кг, а не планковской массе 2.176×10^(−8) кг.
- Плотность: Соответствует плотности вещества в ядре атома - 1×10^(17) кг/м³, а не невообразимой плотоности 5.1×10^(96) кг/м³.
Если мы возьмём гравитационную постоянную G и поделим на новую константу β, то получим новую константу G′, которая будет пропорциональна квадрату скорости света, умноженному на объём порядка объёма протона и делённую на постоянную Планка. Формально это можно выразить следующим образом:
G′=G/β
Подставляя значения, мы получаем:
Таким образом, гравитационная постоянная, включающая в себя новую константу, представляет собой некоторый квант действия, заключённый в объёме нуклона. Это открывает новые перспективы для понимания фундаментальных процессов, связывая гравитацию с квантовыми явлениями на уровне нуклонов.
Новая перспектива на гравитационную постоянную
Введение данной новой константы и её связь с другими фундаментальными величинами позволяет по-новому взглянуть на природу гравитации. Теперь гравитационная постоянная G может быть интерпретирована через квантовые характеристики, такие как объём нуклона и квант действия. Это даёт возможность объединить классическую теорию гравитации и квантовую механику в единый теоретический каркас.
Заключение
Введение новой константы β и её использование для пересмотра гравитационной постоянной G представляет собой важный шаг в направлении объединения различных областей физики. Это не только улучшает согласование теоретических предсказаний с экспериментальными данными, но и открывает новые горизонты для исследования фундаментальных законов природы.