有东说念主发现,重力加快度g和圆周率π的平方相配接近,这是果真吗?
咱们先来验算一下。
在地球名义的某一固定点,重力是由万有引力和离心力共同作用的效果。在地球名义的不同点,重力加快度范畴为9.764~9.834/s^2,其具体值取决于测验点的地质结构、海拔、纬度和经度等成分。
凭证国外计量大会的法律解说,在莫得卓越施展的情况下,重力加快度g取值为9.80665,而的π取值为3.14159,其平方为
可见,二者的值实在相配接近。
那么,这是碰巧如故势必呢?
这得从米和秒这两个单元的由来提及。
在永恒的实施和不雅察中,东说念主们相识到,以可重现的天然满足为基础栽种长度和时刻单元口舌常可靠的遴选。
时刻方面,东说念主们发现,地球上一个笃定点,畅通两次出现太阳高度全齐相通的时刻断绝是固定的(执行有轻细变化),此即太阳日(sd)。于是东说念主们收受六十进制来分离一个太阳日,从而笃定明晰1秒为
1579年,瑞士东说念主布尔吉制作了第一块有秒针的钟,但不是很准确。1656 年,荷兰科学家惠更斯(Christiaan Huygens,1629~1695)发明了第一台摆钟——能以秒为最小单元精准计时的钟。
在长度方面,1588年,意大利物理学家伽利略(Galileo Galilei,1564—1642)发现钟摆舞动周期的律例性。
其律例为,钟摆的周期只取决于钟摆的长度,具体为
但刻下,这种严格一致的势必明显莫得了,如上所忖度,π的平方与g存在0.64%的相反。
这是为什么呢?因为这种1米的界说在100多年自后被淘汰了。
法国天体裁家里歇发现,由秒摆得出的长度在不同方位有所不同,举例他发现法属圭亚那和巴黎之间的长度相反达0.28%。
商量到地球体式的安详性(执行在轻细变化),1789年,法国科学院决定,新的长度单元应等于从北极到赤说念距离的千万分之一,并决定以进程巴黎的一个叫先贤祠的方位的子午线为具体测量旅途。
1791年至1798年间,由法国东说念主德朗布尔和梅尚开垦的一支探险队,精准测量了敦刻尔克钟楼与巴塞罗那蒙特惠奇城堡之间的距离。
法国东说念主念念据此以忖度穿过先贤祠的子午线弧的长度,但这需要知说念地球动作一个椭球的偏心率才不错,它严重依赖于赤说念隔邻的子午线的测量数据。
而在此之前的1739年,法国赤说念地面测量团已完成了对厄瓜多尔隔邻的一段子午线的测量。
实验物理学家完成了测量,刻下轮到表面家工夫超卓了,着名数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,1749~1827)登场了。
他先承接了法国赤说念地面测量团的数据和德朗布尔-梅尚的测量数据,推算出地球的子午线的偏心率为1/334;接着,他又哄骗敦刻尔克和巴塞罗那之间的子午线长度,推算出
也便是说,按照逻辑,这里的应该是不等号,天然执行上亦然如斯。
但问题是,为什么这个不等号却相配像等号呢?因为按照本文开动的验算,独揽收支不外0.64%!
这是因为,法国东说念主在遴选新的1米的轨范时,明显如故受到了之前布拉蒂尼提倡的”以半周期为1秒的单摆的摆长为1米“的影响。
换句话说,法国东说念主并不念念透顶与以前切割,毕竟阿谁1米的轨范也曾流行了100多年的时刻!这么作念的平正是,之前栽种的数目关系在一定范畴内依然有用,而不至于要一齐推倒重来。
因此,法国东说念主的念念法是,尽量与之承接,但必须收受一个全齐稳重的界说来再行界说。
效果是,法国东说念主找到了新的界说姿色,它便是巴黎先贤阁子午线从北极到赤说念的1千万分之一。
这个势必是东说念主类的民俗变成的——东说念主们老是念念让新的轨范尽可能与旧的轨范接近或兼容,而不是全齐不同。
试念念,若巴黎先贤阁子午线从北极到赤说念的距离,与半周期为1秒的单摆的摆长的一千万倍收支很远,法国东说念主可能会遴选另一个倍数来界说米,以至可能不遴选先贤阁子午线,而遴选其他的某个距离。
然则,红运的是,遴选先贤阁子午线时,1千万这个天选之数也恰好被遴选了,这才算是一个奥密的有时碰巧。
刻下,时刻和长度的单元齐依然被再行界说了。
1秒被界说为铯-133原子基态两个超紧密能级之间跃迁对应的发射的9192631770个周期的抓续时刻。而1米被界说为1/299792458 s内光在真空中行进的旅途长度。
与法国东说念主的念念法相通,当代的新界说,也齐迁就了之前的界说。要否则,光速不会是299792458m/s这么的一个数,而按这个光速数值,1米与之前法国东说念主界说的1米能最大截至地保抓一致。
正如薛定谔所指出的,物理学不仅是一门束缚编削的天然科学,既然它是东说念主类发现并栽种的,它必定亦然一门由东说念主物和历史缅想组成的东说念主文科学。
正因为如斯,物理量单元诚然反复被再行界说,但却致力接管了之前历史中的数目关系。恰是这种接管关系,导致了一种物理学中平常的历史关系的势必性。
圆周率的平方与重力加快度很接近,恰是这种势必性的体现。
参考文件
https://en.wikipedia.org/wiki/Secondhttps://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_metrehttps://en.wikipedia.org/wiki/French_Geodesic_Mission_to_the_Equatorhttps://en.wikipedia.org/wiki/Pendulum
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