الفلك

تصحيح لقانون التربيع العكسي لعلم الكونيات

تصحيح لقانون التربيع العكسي لعلم الكونيات



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أثناء القراءة عن اكتشاف الكوازارات والتحليل الطيفي لـ 3C 273 في هذه الورقة لمارتن شميدت ، صادفت الاقتباس التالي:

في هذه المسافات ، تعتمد التصحيحات على اللمعان على النموذج العالمي المحدد. لتحديد تقريبي للتدفقات في خطوط الانبعاث ، نستخدم الصيغ التي قدمها Sandage (1961) بناءً على Mattig (1958). بالنسبة للطاقة الموجودة في خط الانبعاث ، حيث نتكامل على الملف الشخصي بأكمله ، يكون التصحيح لقانون التربيع العكسي بالصيغة $ (1 + z / 2) ^ 2 دولار إذا كان الثابت الكوني ومعامل التباطؤ صفرًا. أنه $ (1 + z) ^ 2 $ لنموذج الحالة المستقرة.

أولا ، لماذا تصحيح قانون التربيع العكسي ضروري؟ هل يتعلق الأمر بالانقراض بين النجوم؟

ثانيًا ، لماذا يختلف النموذجان؟ أنا أفهم ما هو الثابت الكوني ومعامل التباطؤ ، ولكن لماذا توقع الانزياح الأحمر لنموذج الحالة المستقرة ضعف ما هو عندما $ لامدا = q = 0 دولار?


قانون التربيع العكسي

هذا يسمى قانون التربيع العكسي:
إذا عرفنا المسافة إلى نجم ، فيمكننا استخدام هذه المعادلة لتحديد سطوعه.

يخبرنا الفطرة السليمة أن الشمس ستكون أكثر إشراقًا وستكون قانون التربيع العكسي يخبرنا كم هو أكثر إشراقًا. يقع عطارد عند 0.387 AUs. 1 / د ^ 2 = 1 / 0.387 ^ 2 = 1 / .15 = 666.67٪ ، أكثر سطوعًا بسبع مرات تقريبًا! .

قانون التربيع العكسي
فهرس الفصل في هذه النافذة "" فهرس الفصل في نافذة منفصلة
هذه المواد (بما في ذلك الصور) محمية بحقوق الطبع والنشر !. انظر إشعار حقوق النشر الخاص بي لممارسات الاستخدام العادل.

العلاقة بين شدة الضوء القادم من المصدر ومسافة الراصد عن ذلك المصدر. تنص على أن الكثافة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة (أي إذا كنت على بعد ضعف المسافة من الضوء ، فستظهر أربعة أضعاف).

القانون غير النسبي الذي ينص على أن كمية الإشعاع المتلقاة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة من المصدر.
الصورة المعكوسة: صورة مشابهة للكائن لكنها تدور 180 درجة حول المحور البصري.

تتناقص قوة الجاذبية مع زيادة مربع المسافة
أنبوب تدفق أيو.

الشكل 17.7 عندما يبتعد عن مصدر مثل النجم ، يتم تخفيف الإشعاع بشكل مطرد أثناء انتشاره على مساحات سطحية أكبر تدريجيًا (كما هو موضح هنا كأقسام من قذائف كروية).

من السطوع: بالكلمات: السطوع الظاهر يتناسب عكسياً مع مربع المسافة إلى المصدر المضاعفات: إذا كان المصدر أقرب بمقدار 2x ، فإنه يبدو أكثر سطوعًا 4 مرات.

للضوء
تبلغ شدة مصباح 120 واط الذي يتم ملاحظته من مسافة 2 مترًا 2.4 واط / م 2. ماذا ستكون الشدة إذا تضاعفت هذه المسافة؟
حل .

العلاقة التي تصف أي كيان ، مثل الإشعاع أو الجاذبية ، والتي تختلف كـ 1 / r2 ، حيث r هي مسافة الكيان من المصدر.
أيون .

وغرابة أخرى
انتقل إلى Shownotes
انتقل إلى النص
وتظهر الملاحظات .

ربما يكون أسهل قياس لنجم هو سطوعه الظاهر. أنا عمدا أكون حذرا بشأن اختياري للكلمات. عندما أقول سطوعًا ظاهريًا ، أعني مدى سطوع النجم للكاشف هنا على الأرض.

تشتت موجات البلازما الكهروستاتيكية بتدفق الإلكترونات النسبية. [H76]

قانون القوة المطبق على قوى الجاذبية والقوى الكهرومغناطيسية حيث يتناقص حجم القوة بالتناسب مع معكوس مربع المسافة. [حرير 90]
انعكاس.

للضوء. مع انتشار الضوء من المصدر ، وملء كل حجم متزايد من الفضاء ، تنخفض الطاقة لكل وحدة مساحة (سطوع) مثل مساحة الكرة ، أي السطوع يذهب مثل واحد على نصف القطر المربع ، 1 / ​​r2.

ووصفته النسبية العامة.
حدث الأكسدة الكبير - الظهور المفاجئ والسريع للأكسجين (O2) في الغلاف الجوي للأرض نتيجة لعملية التمثيل الضوئي المؤكسدة التي تقوم بها البكتيريا الزرقاء.

للتنزيل ، قم بزيارة الموقع ثم انقر فوق الوحدات 5 و 7 و 8: ملف

، حساب قوة الشمس وكم يبعد هذا النجم؟
تحاكي Galaxy Photometry قياس سطوع أنواع مختلفة من المجرات.

هذا يفترض أن السطوع يتبع ببساطة

، المذكور أعلاه.
وظيفة اللمعان (Φ) مستقلة عن المسافة (r). هذا يعني في الأساس أن الكون هو نفسه في كل مكان ، وأن النجوم سيتم توزيعها بالمثل في مكان آخر كما هي هنا.

بعض نتائج النسبية العامة هي أنه في الجاذبية القوية يتباطأ الزمن ، وتتغير مسارات الضوء بفعل الجاذبية ، والجاذبية في حقول الجاذبية القوية لم تعد تخضع لنيوتن.

ننتقل الآن إلى مسألة الجاذبية: كيف يمكن أن تكون الجاذبية

القوة ، عندما لا يمكن حتى تحديد المسافة بين جسمين في النسبية الخاصة لأينشتاين؟

إنها خوارزمية مقياس السجل التي يمكنك استخدامها للتحويل من الحجم المطلق للنجم إلى الحجم الظاهري وإظهار المسافة أيضًا (

من الضوء). لقد وضعت الصيغ في جدول البيانات الفلكي MS الموثوق به.

وقانون ستيفان بولتزمان [يتناسب لمعان النجم مع مربع نصف قطره والقوة الرابعة من درجة حرارته] ، يمكننا معرفة نصف قطر النجم O "، كما يقول أوروش.

لقد رأى نيوتن عن حق في هذا على أنه تأكيد على "

واقترح وجود قوة جاذبية "عالمية" بين أي كتلتين م و م ، موجهتين من كل منهما إلى الأخرى ، متناسبة مع كل منهما ومتناسبة عكسيًا مع مربع المسافة الفاصلة بينهما r.

في النظام الشمسي الخارجي ، تتلقى الكواكب ضوءًا وحرارة أقل بكثير من الشمس ، حيث إنها بعيدة جدًا ، ويتصرف الإشعاع الشمسي الذي ينتقل إلى الخارج وفقًا لـ

. وبالتالي ، فإنه من الأسهل بكثير اكتشاف الكميات الصغيرة من الحرارة والضوء الصادرة عن الكواكب نفسها.

إذا تحرك النجم ضعف المسافة ، إلى مسافة 2 كيلوبت ، فإن شدة الضوء من النجم تنخفض بمعامل 22 = 4 ، بسبب

. ومع ذلك ، لا يتغير الحجم الظاهر للنجم على الإطلاق: لا يزال يتم تعيينه بواسطة PSF.

يصف QED القوة التي تصبح أضعف مع زيادة المسافة بين شحنتين (طاعة

) ، ولكن في QCD ، تمنع التفاعلات بين الغلوونات المنبعثة من الشحنات اللونية تفكك هذه الشحنات.

يعتمد تدفق المصدر الفلكي على لمعان الجسم وبعده عن الأرض ، وفقًا لـ

:
حيث F = التدفق المقاس على مسافة r ،
L = لمعان المصدر ،
ص = المسافة إلى المصدر.

تبلغ درجة حرارة الوسط بين الكواكب حوالي 100،000 كلفن ، وتبلغ كثافته حوالي 5 جسيمات / سم 3 بالقرب من الأرض وتنخفض بمقدار

أبعد من الشمس. ومع ذلك ، فإن الكثافة متغيرة للغاية ، ويمكن أن تصل إلى 100 جزيء / سم 3.

قانون التربيع العكسي القانون الذي يتبعه المجال إذا تناقصت شدته مع مربع المسافة. الحقول التي تتبع

تنخفض القوة بسرعة مع زيادة المسافة ، ولكن لا تصل إلى الصفر مطلقًا.

بالإضافة إلى ذلك ، أوضح كبلر أيضًا تشكيل الصور عند رؤيتها من خلال فتحات صغيرة جدًا ، مثل الثقوب ، وقدم أول تعبير عن

التي تتعلق بشدة إضاءة الأشياء.
وليام هيرشل (1738 - 1822).

عندما ننظر على طول أي خط رؤية ، يجب أن نرى نجمًا في النهاية. ستظهر النجوم البعيدة أكثر خفوتًا من النجوم القريبة التي سيتبع تدفقها

وتسقط كمربع المسافة.

إذا لاحظت واحدة وحددت فترة تباينها ، فيمكنك تعيين لمعان Cepheids القريبة بفترات مماثلة. من خلال قياس سطوع Cepheid في المجرة البعيدة ، يمكن للمرء أن يشتق المسافة باستخدام

بعد ذلك ، بمقارنة الكثافة النسبية للضوء المرصود من الكائن بتلك المتوقعة بناءً على الحجم المطلق المفترض ، فإن

لشدة الضوء يمكن استخدامها لاستنتاج المسافة.

كان نشر الصيغة العامة لهذه القوة في عام 1673 - على الرغم من ارتباطه بعمله في ساعات البندول وليس علم الفلك (انظر أدناه) - خطوة مهمة في دراسة المدارات في علم الفلك. مكنت الانتقال من قانون كبلر الثالث لحركة الكواكب إلى


شاهد مجرة ​​أخرى بالعين المجردة

البحث عن M31

مجرة أندروميدا ، المعروفة أيضًا باسم ميسير 31 ، إم 31 ، أو NGC 224 ، هي مجرة ​​حلزونية على بعد حوالي 780 كيلو فرسخ (2.5 مليون سنة ضوئية) من الأرض ، و
أقرب مجرة ​​رئيسية إلى مجرة ​​درب التبانة. ينبع اسمها من منطقة السماء التي تظهر فيها ، كوكبة أندروميدا.

أندروميدا & # 8216Smudge & # 8217 & # 8211 لطخة ضبابية & # 8211 يمكنك رؤيتها كما رآها عبد الرحمن الصوفي.

حوالي عام 964 ، وصف عالم الفلك الفارسي عبد الرحمن الصوفي مجرة ​​المرأة المسلسلة في كتابه للنجوم الثابتة بأنها & # 8220 لطخة ضبابية & # 8221. المخططات النجمية لتلك الفترة وصفتها بالسحابة الصغيرة.

#NakedEyeDarkSky


إثبات قانون التربيع العكسي:

هنا ، سنقوم بإثبات قانون التربيع العكسي من خلال صيغة قوة الجاذبية. حسب الحساب أعلاه ، قدرنا قوة الجاذبية بـ 8000 كيلومتر و 10000 كيلومتر فوق مركز الأرض. دعونا نتحقق من كلا النتائج أعلاه.

قوة الجاذبية = GM / r ^ 2

G = ثابت الجاذبية (6.674 X 10 ^ -11 N.m2 / kg2)

M = كتلة الأرض (5.98X10 ^ 24 كجم)

R = المسافة من مركز الأرض (م)

قوة جاذبية الأرض عند 8000 كم:

قوة الجاذبية = GM / r ^ 2

= (6.674 × 10 ^ -11 × 5.98 × 10 ^ 24) / (8000 × 1000) ^ 2

المعادلة (1) = المعادلة (3)

قوة جاذبية الأرض عند 10000 كيلومتر:

قوة الجاذبية = GM / r ^ 2

= (6.674 × 10 ^ -11 × 5.98 × 10 ^ 24) / (10000 × 1000) ^ 2

المعادلة (2) = المعادلة (4)

ومن ثم ، تم إثبات قانون التربيع العكسي.


II. المواد والأساليب

أ. وحدة تقويم العظام السريرية

كانت الوحدة السريرية التي تم فحصها في هذه الدراسة هي نظام العلاج بالأشعة Xstrahl-300 (Xstrahl Ltd. ، كامبرلي ، المملكة المتحدة). يمكن لوحدة Xstrahl-300 أن تعمل بإمكانيات في نطاق 40-300 كيلو فولت في الثانية. تم تشغيل وحدة Xstrahl-300 للحزم السريرية 100 و 150 و 200 كيلو فولت. تفاصيل الحزم السريرية موضحة في الجدول 1. تُعرَّف طاقة الحزمة الفعالة في الجدول 1 على أنها الحزمة أحادية الطاقة التي تنتج نفس الطبقة ذات القيمة النصفية (HVL). بالإضافة إلى الترشيح الإضافي الموضح في الجدول 1 ، تحتوي جميع الحزم على ترشيح متأصل يبلغ 4 مم من Be. أدوات تطبيق الأشعة السينية مفتوحة الأطراف ودائرية عند 30 سم FSD (مسافة البؤرة إلى الجلد). أدوات التطبيق ذات النهايات المفتوحة بأقطار 1.5 ، 3 ، 4 ، 5 ، 10 سم عند 30 سم FSD الاسمي. عند 50 سم FSD ، تكون أدوات التطبيق مغلقة النهايات ولها أبعاد مربعة الحجم. تنتج أدوات التطبيق المغلقة المتاحة أحجامًا ميدانية من , , , , ، و عند 50 سم الاسمي FSD. تتكون اللوحة الطرفية للأدوات المغلقة من نافذة بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) بسماكة 4 مم (تُعرف أيضًا باسم الأكريليك).

المحتملة (كيلو فولت) HVL تمت إضافة الترشيح الطاقة الفعالة (keV) مللي أمبير
100 3 ملم ال 2 ملم ال 35 26
150 6 ملم ال 1 ملم أل ، 0.10 ملم نحاس 47 20
200 1 ملم نحاس 1 ملم أل ، 0.45 ملم نحاس 80 15

B. القياسات في الهواء

تم إجراء قياسات التأين النسبي في الهواء باستخدام غرفة أيونية موازية لطائرة Markus (PTW Frieburg ، نموذج ألمانيا N23343). تحتوي غرفة Markus على حجم نشط اسمي يبلغ 0.055 سم مكعب وملف نافذة مدخل سميكة من البولي إيثيلين. غطاء الحماية الأكريليكي 0.87 مم المزود بالغرفة سميك بما يكفي لإزالة أي إلكترونات ملوثة محتملة ، ومع ذلك ، فإن إضافة هذه المادة الإضافية يمكن أن تعمل كمصدر إضافي لتشتت الأشعة السينية. لذلك ، لم يتم استخدام غطاء الأكريليك هذا. تم تركيب حلقة أكريليك على الحجرة للسماح بإزاحة 1 مم بين لوحة نهاية أداة التثبيت ونافذة مدخل الكاشف ، وتجنب أي تصادمات محتملة بين لوحة نهاية أداة التثبيت ونافذة الكاشف. يبلغ فصل لوحة القطب الكهربي لجهاز الكشف ماركوس 2 مم. نقطة القياس الفعالة هي مركز تجويف الهواء للكاشف 2 (أي 1 مم آخر في اتجاه التيار من اللوحة الطرفية للقضيب). لذلك ، كان أقرب موضع قياس للوحة الطرفية للقضيب 2 مم (بسبب فصل القطب بالإضافة إلى إزاحة 1 مم). لم يتم استخدام أي إزاحة فيزيائية للأجهزة ذات النهايات المفتوحة ، باستثناء حقيقة أن نقطة القياس الفعالة كانت على بعد 1 مم من القضيب بسبب فصل لوحة الكاشف. فيما يتعلق بتلوث الإلكترون ، فإن نطاق التقريب المتباطئ المستمر (CSDA) للإلكترونات في الماء لإلكترونات 100 و 150 و 200 keV هو تقريبًا 140 و 280 و ، على التوالى. 4 هذه الإلكترونات لديها طاقة حركية كافية لاختراق نافذة سميكة من البولي إيثيلين لغرفة ماركوس. لكن هذه النطاقات تتوافق مع الطاقة القصوى للأشعة السينية. في طاقات الحزمة الفعالة (المدرجة في الجدول 1) ، يكون نطاق CSDA المقابل للإلكترونات حوالي 20 و 40 و ، على التوالى. لتحديد ما إذا كان هناك أي تلوث إلكترون كبير في وحدتنا السريرية ، تم إجراء التجارب عن طريق وضع فيلم GAFCHROMIC EBT3 (المنتجات المتخصصة الدولية ، واين ، نيوجيرسي) كممتص للإلكترون. يحتوي فيلم EBT3 على سمك محدد من الشركة المصنعة وهو مكافئ نسبيًا للأنسجة. تم استخدام الفروق بين استجابة الغرفة مع الماص وبدونه ، مع أخذ توهين الأشعة السينية في الاعتبار ، لتقدير تلوث الإلكترون.

لتحديد ما إذا كان هناك أي اعتماد بسبب حجم الغرفة على تقييم المواجهة ، تم إجراء القياسات أيضًا باستخدام غرفة التأين الأسطوانية CC13 (سكانديترونيكس ويلهوفر ، نورمبرغ ، ألمانيا). تحتوي حجرة CC13 على حجم حساس 0.13 سم مكعب. تم اختيار هذا الكاشف بسبب الحجم المماثل مقارنة بغرفة الأيونات الأسطوانية 0.12 سم مكعب المستخدمة بواسطة Li et al. 1 تم أخذ نقطة القياس الفعالة لهذه الغرفة كمركز للحجم النشط ، وبالتالي ، كانت أقرب نقطة قياس لهذه الغرفة 0.5 سم بسبب القيود الهندسية لحجم الكاشف (مقيدة بنصف قطر الكاشف وغمد الكابل ). نظرًا لأن هذه قياسات نسبية يتم إجراؤها في الهواء ، فلا يُتوقع حدوث تأثيرات بسبب تكوين الغرفة نظرًا لأن جودة الحزمة في الهواء لا تتغير بشكل كبير ضمن النطاق القصير لمسافات المواجهة المستخدمة في هذه الدراسة.

تم تسجيل التأين في pC من مقياس كهربي بحد أقصى 4000 (Standard Imaging Inc. ، Middleton WI.). تم وضع غرف الأيونات باستخدام ذراع المسح القياسي 1D. ذراع المسح هذا لديه دقة موضعية تبلغ . تم إجراء ثلاثة قياسات في كل موضع. تم العثور على التباين في هذه القياسات الثلاثة ليكون أقل من 0.3٪. يتم تعريف عامل تصحيح ISL ، أو عامل تصحيح المواجهة (SOF) ، على النحو التالي: (1) أين هو FSD الاسمي (30 سم للأجهزة ذات النهايات المفتوحة و 50 سم للأجهزة ذات النهايات المغلقة) ، و س هو مقدار المواجهة أو المسافة من في سم. يتم تعريف الفرق بالنسبة المئوية بين التأين النسبي المحسوب والمقاس على النحو التالي: (2) أين هل التأين النسبي المقاس طبيعي إلى صفر المواجهة: (3)

تمثل الفروق المئوية المقاسة خطأ قياس الجرعات الذي يحدث عند استخدام عامل ISL فقط في حساب وحدات مراقبة المعالجة.

C. kVDoseCalc حساب الجرعة

تم إجراء حسابات الجرعة النسبية باستخدام حساب جرعة هجين 3 ، 5 ، 6 كيلو فولت. يحسب kVDoseCalc مكون الجرعة المودعة بواسطة الفوتونات الأولية باستخدام نموذج حتمي ومكون الانتثار المترسب بواسطة فوتونات متناثرة باستخدام تقنية عشوائية متحيزة تعتمد على مونت كارلو. تم إجراء حسابات جرعة 3 كيلو فولت للتحقق من صحة القياسات التجريبية للمطبقين مغلقين وتقديم تفسير نظري للظاهرة المرصودة. يتألف نموذج هندسة الحزمة من شعاع مسطح حيث يختلف التألق فقط بسبب الاختلاف ، وحجم المجال المحدد بواسطة الحجم الاسمي للقضيب. تم حساب الجرعة بشكل مشابه لهندسة القياس حيث الهواء () في كل مكان ، باستثناء لوحة نهاية الاكريليك 4 مم. تم حساب الجرعة على حجم صغير من الهواء () كوظيفة من المواجهة من لوحة نهاية قضيب. تم وضع الطرف السفلي للصفيحة النهائية عند FSD الاسمي للكثافات الذرية () باستخدام تركيبة بوليمر PMMA الاسمية والكثافة (). تميز طيف حزمة 100 kVp بمطابقة HVL المقاس (6.26 مم Al) و kVp الاسمي مع الأطياف الناتجة عن البرنامج المجاني للطرف الثالث Spektr 7 باستخدام الطريقة التي وصفها Poirier et al. 5 أعلى أطياف kVp التي يمكن أن يولدها Spektr هو 140 kVp لهذا السبب تم إنشاء أطياف 150 و 200 kVp عن طريق إدخال 4 مم Be و الترشيح المضافة (المنصوص عليها في الجدول 1) في SpekCalc. 8 الأطياف التي تم إنشاؤها بواسطة SpekCalc تطابق HVL المقاس ضمن 0.01 مم Al.


المحاضرة 6: Starlight، Starbright سطوع نجمي

اللمعان الجوهري: يقيس إجمالي إنتاج الطاقة.

سطوع ظاهر: يقيس مدى سطوعه كما يظهر من مسافة بعيدة.

لمعان

  • تقاس بوحدات الطاقة: الطاقة / الثانية المنبعثة من الجسم (على سبيل المثال ، واط)
  • مستقل عن المسافة

سطوع ظاهر

ما نقيسه هنا على الأرض (& quot؛ قابل للرصد & quot).

تقاس بوحدات التدفق: الطاقة / الثانية / المساحة المستلمة من الجسم. يعتمد على المسافة إلى الكائن.

تنتشر الطاقة على مساحة أكبر كلما ابتعدت عن المصدر

قانون التربيع العكسي للسطوع

يتناسب السطوع الظاهر لمصدر عكسيًا مع ميدان من بعده:

بكلمات:

سطوع النجوم الظاهر

يمكن أن تكون المظاهر خادعة.

  • هو في جوهره مضيئة جدا؟
  • إنه خافت جوهريًا ولكنه يقع في مكان قريب؟
  • ال مسافه: بعد للنجم ، أو
  • بعض الآخر، مسافة مستقلة ملكية النجم التي تدل على دخولك.

علاقة التدفق واللمعان:

قياس السطوع الظاهر

نظام الحجم

  • الدرجة الأولى هي ألمع النجوم ،
  • الدرجة الثانية هي الأكثر سطوعًا ،
  • وما إلى ذلك وهلم جرا.

النظام الحديث

  • 10 ماج نجمة خافت 100x من نجمة ماج 5.
  • نجمة ماج 20 خافت 10،000 مرة من نجمة ماج العاشر.

قياس التدفق الضوئي

  • لوحة فوتوغرافية
  • مقياس الضوء الكهروضوئي (أنبوب مضاعف ضوئي)
  • كاشف الحالة الصلبة (على سبيل المثال ، الثنائي الضوئي أو CCD)

معايرة الكاشف بملاحظة مجموعة من & quot النجوم القياسية & quot من السطوع المعروف.


الطاقة المظلمة وقانون التربيع العكسي

& ldquoNewton & rsquos قانون التربيع العكسي موجود منذ فترة ، & rdquo دانيال كابنر أخبر موقع PhysOrg.com. & ldquo ولكن ، باختبار هذا القانون ، فإننا نبحث عن فيزياء جديدة. & rdquo والفيزياء الجديدة التي يبحث عنها كابنر وزملاؤه في صفقات تقديم رسائل المراجعة الفيزيائية الأخيرة مع الطاقة المظلمة.

& ldquo الطاقة المظلمة هي قوة دافعة غير معروفة وراء تسارع الكون ، ونقوم بقياس قانون التربيع العكسي أسفل مقياس طول الطاقة المظلمة للبحث عن ظاهرة جاذبية جديدة محتملة.

كابنر وزملاؤه مرتبطون بمركز الفيزياء النووية التجريبية والفيزياء الفلكية بجامعة واشنطن في سياتل. رسالتهم ، & ldquo تعالج اختبارات قانون التربيع العكسي للجاذبية تحت مقياس طول الطاقة المظلمة ، & rdquo أسئلة احتمالات جاذبية الطاقة المظلمة.

& ldquo مع توسع الكون ، يجب أن تعمل الجاذبية على إبطاء هذا التمدد ، & rdquo يوضح كابنر. & ldquo ولكن هذا & rsquos ليس ما يحدث. تظهر القياسات الفيزيائية الفلكية أن التوسع يتسارع. الآلية غير المعروفة وراء هذا التوسع المتسارع تسمى الطاقة المظلمة. & rdquo

يستخدم كابنر وزملاؤه جهازًا حساسًا يسمى توازن الالتواء لاختبار قانون التربيع العكسي ، في محاولة لإلقاء بعض الضوء على الطاقة المظلمة. "هذه خطوة واحدة أكثر تعقيدًا من الكتلة القديمة في نهاية الربيع ،" يقول كابنر ، مشيرًا إلى عرض فئة الفيزياء الكلاسيكي لقياس القوة بالمسافة التي يمتدها الربيع.

بينما تسحب جاذبية الأرض و rsquos لأسفل بشكل مستقيم ، يمكن للقوة الجانبية أن تحدث انحرافًا صغيرًا جدًا في التوازن. & ldquo يتم عمل غرفة مفرغة ، & rdquo يشرح Kapner ، & ldquoso لا يوجد احتكاك. هذا في الأساس هو أفضل ما يمكنك فعله بالقياس المباشر. إذا كان للفيزياء القياسية جسيمات جديدة أو قوى تبادل تعمل على مقياس الطول هذا ، فسيكون هذا الجهاز حساسًا لها. & rdquo يمكن لميزان الالتواء الجماعي و rsquos قياس قوى الجاذبية حتى مسافات تصل إلى 55 ميكرون.

وما النتائج المتعلقة بمقياس طول الطاقة المظلمة؟ & ldquo لا توجد انحرافات عن قانون التربيع العكسي ، & rdquo يصر كابنر. "نرى أنه يتصرف تمامًا كما توقع نيوتن." الاختبار ، كما يقول ، يثبت أنه لا يوجد شيء جديد على مقياس طول الطاقة المظلمة. لذا فإن التسارع المستمر للكون يظل لغزا.

لكن الاختبار الذي استخدمه كابنر وزملاؤه لا يقتصر على أسئلة الطاقة المظلمة. يمكن استخدام قياسات توازن الالتواء لتقييد النماذج الأخرى التي تشير إلى قوى وجزيئات تبادل جديدة. & ldquo نحن & rsquove استخدمنا هذا لاختبار نماذج أخرى ، مثل الأبعاد الإضافية الكبيرة في نظرية الأوتار ، & rdquo كما يقول. ويمكننا اختبار أي نماذج أخرى تتنبأ بالانحرافات عن قانون التربيع العكسي.

يقول Kapner أن الإصدار التالي من المشروع يتم بناؤه الآن. & ldquo يمكننا الذهاب إلى أطوال أصغر ، والحصول على نتائج أفضل 100 مرة. & rdquo يعتقد كابنر أن الاختبار الحالي استبعد جيدًا أن الطاقة المظلمة لا تحمل أي شيء جديد فيما يتعلق بالجاذبية قصيرة المدى ، ولكن اختبارًا آخر سيجعل تأكيد الفريق و rsquos أقوى. & ldquo نريد أن نحافظ على صقل هذه التقنية بقدر ما تسمح به التكنولوجيا. & rdquo

بعد كل شيء ، يشير كابنر ، "على الرغم من أن الإجابة الواضحة لم تكن هناك ، إلا أن هذه التقنية لا تزال تبشر باكتشاف شيء جديد.


قانون التربيع العكسي

ينخفض ​​سطوع ضوء النجم مع المسافة وفقًا لقانون رياضي بسيط. سنختبر هذا القانون في المختبر ، ونوضح تطبيقاته الرئيسية في علم الفلك.

في الحياة اليومية ، نصف الضوء بشكل ذاتي على سبيل المثال ، الضوء "جيد" إذا مكننا من فعل ما نريد فعله ، و "سيئ" إذا لم يفعل. لكن يمكن قياس الضوء ووصفه عدديًا. على وجه الخصوص ، يمكننا قياس الشدة من الضوء إذا كان مصدر معين ينتج وحدة واحدة من الضوء ، فإن مصدرين من هذا القبيل سينتجان ضعف كمية الضوء ، وستنتج عشرة مصادر عشرة أضعاف ذلك ، وهكذا. وبالتالي ، من المنطقي التحدث عن شدة الضوء من الناحية الرياضية.

في هذه الفئة ، سنحتاج إلى قياس شدة الضوء بطريقتين مختلفتين. أولاً ، يجب أن نأخذ في الاعتبار المقدار الإجمالي للضوء من مصدر و [مدش] ، على سبيل المثال ، نجم ، أو مصباح إضاءة و [مدش] ينطلق. ثانيًا ، يجب أن نفكر في كمية الضوء من المصدر الذي يصل إلى موقعنا. الفرق بين هذين النوعين من الشدة هو جزء من التجربة اليومية. على سبيل المثال ، تعتبر لمبة 100 وات مصدرًا قويًا للضوء تقع على بعد بضعة أقدام من مكتبك ، وتوفر الكثير من ضوء القراءة. ولكن حتى المصباح الكهربائي بقوة 1000 واط لن يوفر ضوءًا كافيًا للقراءة إذا كان موجودًا في عدد قليل مائة على بعد أقدام.

يساعد على إعطاء أسماء مختلفة لهاتين الطريقتين لقياس الكثافة. يطلق على الكمية الإجمالية للضوء المنبعث من المصدر اسمها لمعان. يتناسب سطوع المصباح الكهربائي تقريبًا مع عدد الواط الذي يستخدمه. (هذه ليست علاقة دقيقة لأن المصابيح المتوهجة ليست فعالة للغاية: فبالإضافة إلى الضوء ، فإنها تصدر أيضًا الكثير من الحرارة.) كمية الضوء استلمنا من مصدر يسمى سطوع. السطوع هو مقدار الضوء لكل وحدة مساحة. يعتمد سطوع المصدر على مدى بعده ، في حين أن لمعان المصدر لا.

هندسة قانون المربع العكسي

تضيء تجربة بسيطة (يقصد التورية) العلاقة بين اللمعان والسطوع والمسافة. كما هو موضح في الرسم البياني أدناه ، سنقوم بتركيب مصباح كهربائي ، وعلى جانب واحد من المصباح سنقوم بإنشاء جدار به فتحة صغيرة. ينتشر الضوء من اللمبة في كل الاتجاهات. يمر قدر معين من الضوء عبر الفتحة ويسقط على شاشة متحركة موازية للجدار. ال مجموع كمية الضوء التي تمر عبر الفتحة وتسقط على الشاشة لا تعتمد على مكان وضع الشاشة. ولكن مع تحريك الشاشة بعيدًا ، يجب أن تغطي هذه الكمية الثابتة من الضوء مساحة أكبر ، ويقل سطوع الشاشة.

لنكون محددًا ، افترض أننا نستخدم لمبة 200 واط. وفقًا للشركة المصنعة ، فإن هذا المصباح لديه ناتج ضوئي يبلغ حوالي 4000 لومن. (أ التجويف هي وحدة لمعان و [مدش] ، التعريف الصحيح سيستغرق بعض الوقت لتوضيحه ، ولكن يمكنك الحصول على فكرة تقريبية من حقيقة أن هذا المصباح الساطع إلى حد ما يضع 4000 منهم.) دعنا نضع الجدار على بعد قدم واحدة من مركز المصباح الكهربائي ، واجعل الثقب مربعًا 1 بوصة على جانب. تخيل كرة نصف قطرها 1 قدم = 12 بوصة مركزها على المصباح الكهربائي. تبلغ مساحة سطح هذه الكرة 1810 بوصة مربعة ، أي أنها تتطلب 1810 مربعًا ، كل 1 بوصة على جانب واحد ، لتغطية الكرة بأكملها. تنتشر الـ 4000 لومن التي يخرجها المصباح بشكل متساوٍ على كامل سطح الكرة ، بحيث تحصل كل بوصة مربعة على 4000/1810 = 2.2 لومن فقط ، وهو أيضًا مقدار الضوء الذي يمر عبر الفتحة مقاس 1 بوصة التي قطعناها في الجدار.

قانون التربيع العكسي في العمل. تمر كمية معينة من الضوء عبر الفتحة على مسافة قدم واحدة من المصباح الكهربائي. على مسافات قدمين و 3 أقدام و 4 أقدام من المصباح ، ينتشر نفس القدر من الضوء ليغطي 4 و 9 و 16 مرة من مساحة الحفرة ، على التوالي.

الآن ضع في اعتبارك أن الضوء يمر عبر الفتحة ويسقط على الشاشة. إذا وضعنا الشاشة بجوار الفتحة مباشرة ، فإن هذا الضوء يسقط على جانب مربع يبلغ 1 بوصة. يستقبل هذا المربع إجمالي 2.2 لومن ، موزعة على 1 بوصة مربعة ، لذا فإن سطوع الضوء على الشاشة 2.2 لومن / 1 بوصة مربعة = 2.2 لومن لكل بوصة مربعة. إذا قمنا بتحريك الشاشة إلى مسافة قدمين من المصباح الكهربائي ، فإن الضوء الذي يمر عبر الفتحة يسقط الآن على مربع يبلغ طول جانبه بوصتين. تبلغ مساحة هذا المربع 2 بوصة × 2 بوصة = 4 بوصات مربعة ، وبالتالي فإن سطوع الشاشة الآن 2.2 لومن / 4 بوصة مربعة = 0.55 لومن لكل بوصة مربعة. يؤدي تحريك الشاشة بعيدًا إلى نشر الضوء بشكل أكبر وتقليل سطوع الضوء بدرجة أكبر. تم تلخيص النتائج العددية لهذه التجربة البسيطة في الجدول أدناه. في كل حالة ، يكون العمود الأخير 2.2 لومن مقسومًا على مساحة المربع المضيء.

المسافة من
لمبة للشاشة
حجم المربع
على الشاشة
مساحة المربع
على الشاشة
سطوع مربع
1 قدم (12 بوصة) 1 بوصة & مرات 1 بوصة 1 بوصة مربعة 2.20 لومن لكل بوصة مربعة
2 قدم (24 بوصة) 2 بوصة × 2 بوصة 4 بوصات مربعة 0.55 شمعة لكل بوصة مربعة
3 أقدام (36 بوصة) 3 بوصات و 3 بوصات 9 بوصات مربعة 0.244 شمعة لكل بوصة مربعة
4 أقدام (48 بوصة) 4 بوصات × 4 بوصات 16 بوصة مربعة 0.138 شمعة لكل بوصة مربعة

نحن الآن جاهزون للخطوة الأخيرة ، وهي إزالة الجدار بين المصباح والشاشة! عندما نفعل هذا ، فإن سطوع الضوء الساقط على الشاشة لا يتغير. ساعدنا الجدار بفتحته المركزية في تحديد مقدار الضوء الساقط على الشاشة ، وساعدنا المخطط الساطع للفتحة على رؤية كيف ينتشر هذا المقدار الثابت من الضوء على مساحة أكبر بينما تتحرك الشاشة بعيدًا عن المصباح. لكن الضوء الذي يمر عبر الفتحة في طريقه إلى الشاشة "لم يكن لديه أدنى فكرة" عن وجود الجدار هناك ، لذلك فهو ينتج نفس السطوع على الشاشة بغض النظر عن السبب. عندما نزيل الجدار ، يضيء جزء أكبر من الشاشة ، لكن السطوع يظل كما هو. يعتمد السطوع على شيئين فقط: لمعان من المصباح الكهربائي ، و مسافه: بعد من اللمبة على الشاشة.

مقارنة السطوع باستخدام عداد ضوئي كامل

لاختبار قانون التربيع العكسي ، نحتاج إلى طريقة قياس سطوع. باستخدام التكنولوجيا الحديثة ، يمكن بسهولة قياس السطوع إلكترونيًا. لسوء الحظ ، ليس من السهل شرح ذلك كيف تعمل هذه التقنية ، يجب أن نناقش طبيعة الكهرباء ، وبعض ألغاز ميكانيكا الكم ، وفيزياء المجالات الكهرومغناطيسية. لذلك سنعود إلى تقنية سابقة يمكن فهمها على مستوى حدسي دون الكثير من الشرح.

أ مقياس الضوء الفارغ هو جهاز لمقارنة سطوع مصدرين للضوء. لا يمكن أن يوفر قياسًا مباشرًا للسطوع ، ولكن يمكنه إخبارك عندما يكون لدى مصدرين قيمة نفس سطوع. من الناحية العملية ، فإن مقياس الضوء الفارغ الذي سنستخدمه هو مجرد ورقة من رقائق الألومنيوم محصورة بين لوحين من الشمع ، يتم لف شريط من الرقائق حول الحافة ، مع نافذة تسمح لك بمشاهدة حافة الساندويتش.

يوضح الرسم البياني أدناه تشغيل مقياس الضوء الفارغ. بادئ ذي بدء ، تقوم بتوجيه مقياس الضوء بحيث يشير كل جانب مباشرة إلى واحد بعد ذلك ، يجب أن يضرب مصدرا الضوء اللذان تريد المقارنة بينهما ألواح الشمع بشكل مباشر ، وليس بزاوية. وهكذا يضيء أحد الجانبين بمصدر واحد ، ويضيء الجانب الآخر بالمصدر الآخر. ثم تنظر من خلال النافذة. إذا كان لكلا المصدرين نفس السطوع ، فسيكون نصفي الشطيرة ساطعين بشكل متساوٍ ، وهذا ما يسمى قراءة "فارغة" (ومن هنا جاء المصطلح باطل-مضواء). إذا كان أحد المصادر أكثر إشراقًا من الآخر ، فسيكون الجانب المقابل للشطيرة أكثر إشراقًا من الجانب الآخر. عيونك جيدة جدًا في الحكم على السطوع النسبي بقليل من العناية ، يمكنك تحديد قراءة خالية بدقة تامة.

A null-photometer قيد التشغيل. (أ) مع وجود المزيد من الضوء (الأسهم) القادمة من اليسار أكثر من اليمين ، يكون النصف الأيسر من نافذة مقياس الضوء أكثر إشراقًا. (ب) مع وجود كميات متساوية من الضوء من كلا الجانبين ، يكون لنصفي النافذة نفس السطوع.

قانون المربع المقابل في المعمل

يظهر الإجراء الأساسي للاختبار المعملي لقانون التربيع العكسي في الرسم البياني أدناه. سنقوم بإعداد مصباحين من اللمعان المعروفين. يتم وضع مقياس الضوء الفارغ بين الأضواء ، ويتم نقله إلى النقطة التي يكون فيها نصفي النافذة متساويان في السطوع. ثم يتم قياس المسافات من مقياس الضوء إلى الأضواء. أخيرًا ، يتم استبدال اللمعان والمسافات في المعادلة المشتقة للتو إذا كان القانون صحيحًا ، يجب أن يكون الجانبان متساويين أو متساويين تقريبًا إذا سمحنا بخطأ تجريبي.

القياس التجريبي. يتم وضع مقياس الضوء الفارغ بين المصباحين ويتم تحريكه حتى يحصل نصفي النافذة على نفس السطوع.

اختبار القانون

لاختبار القانون بشكل صحيح ، سنقوم بإعداد عدة أزواج من الأضواء ، مع فصل كل زوج عن الآخرين لتجنب الالتباس. ستجد هذه التجربة أسهل إذا كنت تعمل مع شريك ، يمكن لشخص واحد تثبيت مقياس الضوء في موضعه ، بينما يقيس الآخر المسافات إلى الأضواء. ومع ذلك ، يجب عليك أنت وشريكك تبديل الأدوار حتى يحصل كل شخص على فرصة للقيام بكل قياس.

عند إجراء القياس ، أمسك مقياس الضوء الفارغ بين الأضواء ، وحركه للخلف وللأمام على طول خط وهمي بينهما حتى يظهر نصفي نافذة مقياس الضوء كما هو. يمكن لشريكك التحقق للتأكد من أن مقياس الضوء موجود بالفعل على خط بين المصباحين ، ثم قياس المسافات دأ و دب. من الناحية المثالية ، يجب قياس هذه المسافات من المركز من كل مصباح كهربائي إلى الأقرب جانب من مقياس الضوء ، كما هو موضح في الرسم التخطيطي. بمجرد تسجيل كلتا المسافات ، قم بتدوير مقياس الضوء بحيث يصبح الوجه الأيسر هو الوجه الأيمن ، و والعكس صحيح. Re-position the photometer between the lights, move it so both halves appear the same, and again measure the distances. Repeat two more times, turning the photometer each time. You should now have four separate measurements of the two distances. Each set of four measurements can be averaged to get a more precise value you can also look at the range of values for each measurement to get some idea of the accuracy of your work.

Before moving on to the next pair of lights, be sure to record the luminosities Lأ و Lب.


Kepler

Johannes Kepler (27 Dec 1571 – 15 Nov 1630) laid, with Galileo, the foundation of the Scientific Revolution. He was an astronomer and mathematician, but he was also an astrologer, at a time when astrology and astronomy were inseparably combined. From Tycho Brahe’s astronomical observations of the orbit of Mars, Kepler was led to the conclusion that the planets executed elliptical orbits about the Sun, positioned at one their foci. This marked a decisive break with the tradition in astronomy, from the pre-Socratics through Ptolemy and down to Copernicus (but with the exception of Nicholas of Cusa), according to which celestial motions should conform to the most perfect of geometric figures, the circle. Kepler’s theory of elliptical orbits appeared in his Astronomia Nova in 1609.

The discovery of the elliptical orbits of the planets was encoded in the first of the three laws that bear Kepler's name. The second law stated that the line joining each planet to the sun sweeps out equal areas in equal times. As Newton later showed, the equal areas law follows for any centripetal force law (it is a direct consequence of the principle of conservation of angular momentum). Kepler’s third law stated that the square of the period of orbit, divided by the cube of the major axis, is the same for each planet. It is this that is the signature of an inverse square law.

Kepler’s 2nd law states that the areas A1 and A2 are swept out in equal times the 3rd that the ratio of the squares of the period of the orbits of planets 1, 2 equals the ratio of the cubes of the lengths of the dotted lines a1 and a2.

Kepler’s first astronomical treatise of 1596, the Mysterium Cosmographicum (‘Cosmographic Mystery’) was based on the model of perfectly circular orbits. It was the first major work to defend Copernicus’s heliocentric system. In it he derived the relative ratios of the radii of the planetary orbits according to his famous construction of a nesting of the five Platonic solids. The largest sphere contained in the innermost Platonic solid corresponded to the orbit of Mercury that which bounded it and was in turn bounded by the next Platonic solid was the sphere defined by the orbit of Venus and so on to the orbit of the Earth, Mars, Jupiter, and Saturn, which defined the sphere bounding the last of the five Platonic solids. For the sequence octahedron, icosahedron, dodecahedron, tetrahedron, and cube, he found approximate agreement with the ratios derived from Copernicus’ system (these ratios were the 'mystery' of cosmography, according to Kepler). Copernicus’ system, in contrast to Ptolomy’s, related the ratios of the orbital radii to the observable data -- the relative angles subtended by the planets at the Earth's surface.

Kepler retained his system of nested Platonic solids even when replacing circular orbits by elliptical ones. Indeed, much of his subsequent work was directed to improving his solution to the ‘cosmographic mystery’. (Of course these ratios are now regarded as largely contingent, and their approximate agreement with Kepler's nesting of Platonic solids, coincidental.)

Kepler also made important contributions to optics and to mathematics. His Astronomiae Pars Optica of 1604 included, among other discoveries, the inverse square law for the fall-off in intensity of a point source of light. في Dioptrice of 1611 he set out much of the theory of classical optics, including the theory of the Galilean and Keplerian telescopes.

Kepler was born near Stuttgart in Germany. His father was a mercenary, his mother a healer and herbalist, later tried (and acquitted) for witchcraft. He early showed talent in mathematics. Having attended grammar school and seminary at Maulbronn, he studied mathematics, philosophy and theology at the University of Tübingen. He was appointed to the University of Graz to teach astronomy and mathematics in 1594. In 1600 he became assistant to Tycho Brahe at his observatory near Prague. Following Tycho’s sudden death in 1601, he was appointed to replace him by the Emperor Rudolph II.


Pioneering gravity research snags $3 million physics Breakthrough Prize

Nobel laureate Steven Weinberg was rewarded as well, for his varied and continuing contributions to physics.

A team of physicists just snared $3 million for testing the law of gravity like never before.

Eric Adelberger, Jens Gundlach and Blayne Heckel won the 2021 Breakthrough Prize in Fundamental Physics "for precision fundamental measurements that test our understanding of gravity, probe the nature of dark energy and establish limits on couplings to dark matter," Breakthrough Prize representatives announced today (Sept. 10).

The trio, leaders of the Eöt-Wash research group at the University of Washington in Seattle, has built equipment sensitive enough to measure gravity, the weakest of nature's four fundamental forces, at incredibly short distances. Such work has helped shape physicists' big-picture understanding of الكون.

For example, take the team's research into Isaac Newton's inverse square law, which stipulates that the gravitational force between two objects is proportional to the square of the distance between them. (If the distance between the objects is doubled, the gravitational attraction decreases by a factor of four.)

The inverse square law has survived every test to date. But physicists have been probing it at smaller and smaller scales, because a violation there could reveal "new physics" &mdash the extra dimensions predicted by string theory, for instance.

Measurements by Adelberger, Gundlach, Heckel and their colleagues recently showed that the inverse square law holds even for objects separated by a mere 52 microns (0.002 inches), "establishing that any extra dimension must be curled up with a radius less than 1/3 the diameter of a human hair," Breakthrough Prize representatives wrote in today's award announcement.

The Breakthrough Prize in science and math was founded in 2012 by Mark Zuckerberg and Priscilla Chan, Sergey Brin, Anne Wojcicki, and Yuri and Julia Milner. The annual awards aim to spur groundbreaking research in the life sciences, mathematics and fundamental physics, and to inspire children to pursue careers in science and technology, Breakthrough Prize representatives have said.

The Breakthrough Prize is the richest in science, with each one worth three times more than a Nobel Prize. (A Nobel these days comes with a cash prize of 9 million Swedish krona, about $1 million at current exchange rates.) Four $3 million Breakthrough awards were granted this year in the life sciences, one in mathematics and two in fundamental physics.

University of Texas physicist Steven Weinberg won the second physics award, a Special Breakthrough Prize honoring his "continuous leadership in fundamental physics, with broad impact across particle physics, gravity and cosmology, and for communicati[ng] science to a wider audience."

Weinberg also has a Nobel under his belt, sharing the physics prize in 1979 with Sheldon Lee Glashow and Abdus Salam for "contributions to the theory of the unified weak and electromagnetic interaction between elementary particles," as that year's Nobel summary notes.

The Breakthrough Prize Foundation also awarded a handful of smaller prizes this year to early-career researchers, bringing the total purse to $21.75 million. All of these prizes were announced today. You can learn more about them هنا.

Editor's note: This story was updated at 11:20 a.m. EDT on Sept. 10 to reflect that the Breakthrough Prize in Fundamental Physics went to Adelberger, Gundlach, Heckel specifically, not the Eöt-Wash Group overall.

Mike Wall is the author of "Out There" (Grand Central Publishing, 2018 illustrated by Karl Tate), a book about the search for alien life. Follow him on Twitter @michaeldwall. Follow us on Twitter @Spacedotcom or Facebook.


شاهد الفيديو: قانون التربيع العكسي طريقة التذبذب (أغسطس 2022).