引力干擾實驗

設計的思路是:設計一個天平,在所有引力的合力平衡的前提下,使天平一端與地面之間,被物質隔離和開放;通過測得隔離、開放兩種不同情況下天平平衡狀態的數據,來判斷物質所占空間能否引起引力場的擾動,進一步判斷引力是否具有和流體相近的性質。

基本信息

內容

引力擾動測量實驗

實驗前言:萬有引力與流體屬性的相似度是現代萬有引力研究的重要課題,這個課題被許多物理機構的科學家所研究,圓周理論物理研究所的科學家,分析認為黑洞周圍可能存在擾動,也證明引力有可能可使用流體形式進行描述,但是現今人類科技無法在黑洞附近做實驗,故筆者為甄別此類理論,而設計了一個可以在地球上實行的實驗。

基本理論:如果萬有引力的屬性高度接近流體,那么位於大體積物質發出的均勻引力場內的小體積物質(主要指原子核)所占有的空間,會在其附近引發引力場的激烈變化。

實驗目的:驗證萬有引力與流體屬性的相似度(說明:相似度到底高還是低,暫時是未知的需要本實驗精確實行後才知道)。

實驗手段:使用引力擾動天平來驗證,物質是否會對其所處的引力場產生擾動。

實驗原理:
1.天平兩端各固定一個平衡球,在天平兩端設定對稱位於平衡球兩側的擾動球,使天平兩端擾動球、平衡球,三球心共條線,以下稱為三球線;使一條三球線垂直於地面,以下稱為垂直端;使另一條三球線平行於地面,一下稱為水平端;如果垂直端與水平端不平衡則說明,物質本身能夠擾動引力場;如果垂直端與水平端平衡則說明,物質本身無法擾動引力場。跟據力的平衡原理,成對擾動球對於對平衡球產生的引力力大小相等、方向相反,其合力為零,所以垂直端位於平衡球與地面之間的擾動球(球1)的如果無法擾動地球的引力場,則天平平衡;如果可以球1可以擾動地球的引力場,則天平失衡。
2.原理1中,測得結果為物質本身能夠擾動引力場的話,可以通過詳細測量數據來計算引力與流體屬性的接近度,如果物質本身無法擾動引力場,則證明引力的屬性與流體屬性相差很大。
3.本實驗中大體積物質為地球,小體積物質為擾動球,雖然前面有提到小體積物質主要指原子核,但是要使用原子核來做實驗是非常困難的;如果原子核確實能引起均勻引力場的急劇變化,且多個原子核引起的變化能有一定程度的疊加,即可以被測得(單個原子核太小了,無法觀察)。

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實驗細節:
1、如附圖1,為了排除擾動,試驗至少要進行如下幾種測量:

(1)測得並記錄A端垂直、B端垂直時,天平平衡情況。(校驗儀器)

(2)測定並記錄A端垂直、B端水平時,天平平衡情況。(測量數據)

(3)測定並記錄A端水平、B端水平時,天平平衡情況。(校驗儀器)

(4)測定並記錄A端水平、B端垂直時,天平平衡情況。(測量數據)

(5)將兩端擾動球互換位置後,重複1-4的測量。(校驗儀器+校驗數據)

(6)對比步驟2和步驟4所得測得結果(引力是否被擾動)應該是一致,否則說明儀器存在超出容忍範圍的精度問題。

2.反覆重複上面提到的幾種測量,並驗證所得結論是否高度統一。

儀器的設計:
1.在使用使用步進電機實現擾動球的轉動。
2.在天平平衡臂朝上的面設定反光鏡,使用雷射照射在反光鏡上,使反射後的雷射投射在一面具有縱橫格的幕牆上,利用光的直線傳播原理,放大天平的平衡狀態變化數據;當天平兩端平衡發生變化時,由於反光鏡的水平角度發生變化,導致雷射在幕牆上投射點發生變化,記錄雷射的投射點即可推測擾動是否發生。
3.使用水平懸掛的石英絲,作為天平的支持點。
4.將儀器置於真空環境內,使用無線電遙控控制擾動球的運動。
5. 由於電機帶動擾動球運動時會產生一些電磁干擾,這些電磁干擾會可能導致天平進入平衡的狀態延長,選用非磁性材料可以減短天平進入穩定的時間,優選石英材料來製作平衡臂、平衡球等。

本人為此實驗做過多個設計,其中包括利用太陽、地球、月亮所具有的質量來做實驗,經過優選,選定本試驗,因為本試驗耗時較短、具備自校驗和干擾排除能力。

本實驗所利用的是天平平衡狀態的改變來觀察擾動是否發生,也就是說,和卡文迪許扭秤一樣,本實驗先使天平處於平衡狀態,此時各種靜態干擾已經排除了,轉動擾動球後在觀察天平平衡狀態的變化,從而依據狀態變化的差值來計算引力擾動的具體是否發生;少量的突發乾擾,可以經過實驗細節1-5的各個步驟中所得數據的相互校驗來排除;所以本實驗並不完全依賴儀器精度。

實驗如果精確實施,正常情況下無論天平是擾動還是不擾動,都具有積極意義,唯一可能導致這個實驗失效的問題是:假設原子核確實能引起引力擾動,但這種擾動太弱,會在原子核附近完全平復,導致多個原子核引起的擾動無法疊加,在這種測得的結論與事實不符的情況下,這個實驗失敗。

本實驗的存在意義是,為現有的“引力流體化描述”相關的理論物理做一個實驗參考。

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