విశ్వానికి ఎన్ని స్థిరాంకాలు ఉన్నాయి? సమాధానం ఇలా ఉండవచ్చు: ‘కేవలం ఒకటి’

దాదాపు 25 సంవత్సరాల క్రితం, ముగ్గురు ప్రముఖ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు, మైఖేల్ డఫ్, లెవ్ ఓకున్ మరియు గాబ్రియెల్ వెనిజియానో, యూరోపియన్ సెంటర్ ఫర్ న్యూక్లియర్ రీసెర్చ్ (CERN) ఫలహారశాలలో కలుసుకున్నారు. ప్రకృతి యొక్క ప్రాథమిక స్థిరాంకాల సంఖ్య, అంటే విశ్వంలోని ప్రతిదానిని మనం కొలవడానికి అవసరమైన కనీస ప్రమాణాల సంఖ్య ఏమిటో వారు చర్చించారు.

మూడు ప్రమాణాలు అవసరమని ఓకున్ వాదించాడు: ఒకటి దూరానికి, ఒకటి ద్రవ్యరాశికి మరియు మరొకటి కాలానికి. అతని కోసం, ప్రకృతి పరిమాణాన్ని వ్యక్తీకరించడానికి మనకు కనీసం మీటర్, కిలోగ్రాము మరియు రెండవ (MKS) వ్యవస్థ అవసరం.

వెనెజియానో ​​రెండు ప్రమాణాలు మాత్రమే అవసరమని వాదించాడు: ఒకటి దూరానికి మరియు మరొకటి సమయానికి. మరియు అన్ని పరిమాణాలు మీటర్లు మరియు సెకన్లలో మాత్రమే వ్యక్తీకరించబడతాయి.

చివరగా, డఫ్ కనీస సంఖ్యకు కట్టుబడి ఉండడు. అతనికి, ప్రతి కేసు భిన్నంగా ఉంటుంది. అసమ్మతి కొనసాగింది మరియు ఒక దశాబ్దం తరువాత, ముగ్గురూ తమ స్థానాలను చాలా ప్రభావవంతమైన కథనంలో రికార్డ్ చేయాలని నిర్ణయించుకున్నారు.

అభిప్రాయానికి దూరంగా, డఫ్, ఓకున్ మరియు వెనిజియానోలు ప్రేరేపించిన వివాదం ఆర్థిక సమస్య: సార్వత్రిక నమూనా కర్మాగారానికి అవసరమైన కనీస ఉత్పత్తి మార్గాలను కనుగొనడం.

సైన్స్ యొక్క అనియత పురోగతి

కొన్ని సంవత్సరాల తరువాత, భౌతిక శాస్త్రవేత్తల యొక్క మరొక బృందం, Vicente Pleitez, Alberto Saa, Daniel Vanzella మరియు నేను, అందరం బ్రెజిలియన్లు, సావో పాలోలోని యునెస్ప్‌లోని ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ థియరిటికల్ ఫిజిక్స్ ఉన్న భవనం పక్కన ఉన్న కేఫ్‌లో సైన్స్ యొక్క అస్థిరమైన పురోగతి గురించి చర్చించాము. విశ్వం యొక్క పరిణామంపై మనం ఏకాభిప్రాయం మరియు దాని పరిమాణాలను కొలవడానికి అవసరమైన కనీస ప్రమాణాల సంఖ్యపై భిన్నాభిప్రాయాలను ఎలా కలిగి ఉండవచ్చు? మేము దాని గురించి ఏదైనా చేయవలసి ఉంది మరియు సమస్య మా ఎజెండాలో భాగమైంది.

ఇంటర్నేషనల్ సిస్టమ్ ఆఫ్ యూనిట్స్ (SI) 1960లలో MKS సిస్టమ్ పైన నిర్మించబడింది. అన్ని పరిమాణాలను వ్యక్తీకరించడానికి SI సరిపోయే విధంగా, ఇది MKSకి వర్తిస్తుంది. మరియు దానిపై, మేము అందరం అంగీకరించాము.

అయితే జనాలను వ్యక్తీకరించడానికి మనకు నిజంగా MKS కిలో అవసరమా? సమాధానం, ఆశ్చర్యకరంగా, “లేదు.”

శరీరం యొక్క ద్రవ్యరాశి దాని గురుత్వాకర్షణ ఆకర్షణను నిర్ణయిస్తుంది. అందువలన, దీనిని పాలకులు మరియు గడియారాలతో కొలవవచ్చు మరియు స్థలం మరియు సమయం యొక్క యూనిట్లలో వ్యక్తీకరించవచ్చు. త్వరణాన్ని కొలవండి a (సెకనుకు మీటర్లలో వ్యక్తీకరించబడిన స్క్వేర్డ్ – m/s²) ఒక కణం L (మీటర్లలో వ్యక్తీకరించబడింది – m) దూరంలో ఉన్నప్పుడు శరీరానికి ఆకర్షింపబడుతుంది మరియు శరీర ద్రవ్యరాశి ఉత్పత్తి గొడ్డలి L² ద్వారా ఇవ్వబడుతుంది. అందువలన, ఒక లీటరు నీరు, ఉదాహరణకు, సుమారుగా 0,000,000,000,067 m³/s²గా వ్యక్తీకరించబడే ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటుంది.

అయితే, “కిలో” ఎందుకు కనుగొనబడింది? పైన పేర్కొన్న విధానాలు మరియు సంఖ్యలు రోజువారీ జీవితంలో భయంకరమైనవి అని అంగీకరిస్తాం. కాబట్టి, ఫ్రెంచ్ విప్లవంలో వారు విషయాలను సరళీకరించారు మరియు 1 లీటరు నీరు 1 కిలోకు అనుగుణంగా ఉంటుందని నిర్వచించారు. మరియు యూనిట్‌లను m³/s² నుండి కిలోగ్రాములకు మార్చే కారకం అనేది విశ్వవ్యాప్త గురుత్వాకర్షణ యొక్క స్థిరమైన G (సాధారణంగా m³/kg.s² రూపంలో వ్యక్తీకరించబడింది, అంటే గణన ఫలితంలో యూనిట్ “kg” మాత్రమే మిగిలి ఉంటుంది) అని మనకు తెలిసిన దానికి విలోమం.

సార్వత్రిక గురుత్వాకర్షణ పితామహుడు ఐజాక్ న్యూటన్ కిలోగ్రాములు ప్రవేశపెట్టడానికి దశాబ్దాల ముందు మరణించాడు మరియు ద్రవ్యరాశిని నిర్వచించడానికి ఇది అవసరం లేదు. కిలో ఎంత ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది, ఆచరణలో ఇది సూత్రప్రాయంగా పంపిణీ చేయబడుతుంది. ఇది MKSలో “K” అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది, అన్ని పరిమాణాలను వ్యక్తీకరించడానికి MS సిస్టమ్ ఇప్పటికే సరిపోతుందని చూపిస్తుంది.

వివాదానికి పరిష్కారం

కానీ ఇప్పుడు విషయాలు నిజంగా ఆసక్తికరంగా మారాయి. గత శతాబ్దం ప్రారంభం వరకు, స్థలం మరియు సమయం సంపూర్ణమని భావించారు. ఈ సందర్భంలో, ప్రాథమిక స్థిరాంకాలు రెండుగా ఉంటాయి, ఎందుకంటే రెండు ప్రమాణాలు అవసరమవుతాయి – ఒకటి దూరానికి మరియు మరొకటి సమయానికి – అన్ని పరిమాణాలను వ్యక్తీకరించడానికి.

కానీ సాపేక్షత రావడంతో, స్థలం మరియు సమయం స్పేస్-టైమ్ అని పిలువబడే ఒక విషయంతో ముడిపడి ఉన్నాయని మేము గ్రహించాము. సాపేక్ష స్థల-సమయాలలో, మనం పాలకులను విడిచిపెట్టి, గడియారాలతో దూరాలను కొలవగలమని ట్రిక్ గ్రహించడం.

ప్రోటోకాల్, జర్నల్‌లో మేము ప్రచురించిన కథనంలో వివరించబడింది శాస్త్రీయ నివేదికలుదీన్ని ఎలా చేయాలో చూపిస్తుంది మరియు కాంతి సెకన్లలో దూరాలను వ్యక్తపరచడం ముగుస్తుంది.

కాంతి సెకను కాంతి ఒక సెకనులో ప్రయాణించే దూరానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది. మీటర్‌లుగా మార్చడానికి దూరాన్ని కాంతి సెకన్లలో 299,792,458తో గుణించండి. కాబట్టి ఒక కాంతి సెకను సుమారు 300,000 కి.మీలకు అనుగుణంగా ఉంటుందని మనకు తెలుసు, ఇది భూమి నుండి చంద్రునికి సగటు దూరం కంటే కొంచెం చిన్నది.

దూరాలను కూడా గడియారాలతో కొలవవచ్చు కాబట్టి, మనం MKS యొక్క M ని కూడా వదులుకోవచ్చు మరియు సాపేక్ష స్థల సమయాలలో, అన్ని పరిమాణాలను గడియారాల ద్వారా కొలవవచ్చు మరియు కాంతి సెకన్లలో వ్యక్తీకరించవచ్చు.

సాపేక్ష స్థల-సమయాలు అర్ధవంతం కావాలంటే తప్పనిసరిగా గడియారాలతో అమర్చబడి ఉండాలని తెలుసుకోవడం ముఖ్యం. అందువల్ల, సాపేక్ష స్థల సమయాలను నిర్వచించడానికి మరియు పరీక్షించడానికి అవసరమైన అదే ఉపకరణం వాటిపై నిర్వచించబడిన అన్ని భౌతిక పరిమాణాలను వ్యక్తీకరించడానికి సరిపోతుంది.

ఈ విధంగా, డఫ్, ఓకున్ మరియు వెనిజియానోల ప్రశ్నకు సమాధానం ఏమిటంటే, ప్రాథమిక స్థిరాంకాల సంఖ్య ఒకటి, ఎందుకంటే మనం సాపేక్ష స్థల సమయాలలో నిర్వచించబడిన అన్ని పరిమాణాలను గడియారాలతో మాత్రమే కొలవగలము.

వాస్తవానికి, గడియారాలతో ద్రవ్యరాశి, దూరాలు మరియు అనేక ఇతర విషయాలను కొలవడం అసాధ్యమైనది, కానీ సంభావిత దృక్కోణంలో మనం వేగంగా మరియు తడబడకుండా ముందుకు సాగాలంటే ప్రకృతిని చూసే లెన్స్‌లను శుభ్రం చేయడం చాలా ముఖ్యం.

జార్జ్ మాట్సాస్ CNPq నుండి నిధులు పొందారు మరియు ఇప్పటికే FAPESP నుండి నిధులు పొందారు.