漂泊

牛頓準不準？

作者:John C. H. Chen
2007/06/02


物理學家最新的實驗結果證實，牛頓第二運動定律在加速度5 x 10^-14 m/s^2的狀況下依舊成立，比舊紀錄推進了一千倍。

牛頓第二運動定律表示物體所受到的作用力正比於其所受到的加速度，或者用數學語言描述就是F=ma。這個簡單的式子幾乎可以準確的描述我們日常生活中的所有現象。但是對物理學家而言，確定牛頓第二運動定律的適用上下限也是一個重要的課題，因為如果在極限狀況下，如果第二運動定律失效，那很可能就是新物理產生的機會。

為了測量牛頓第二運動定律在微小加速度的狀況，美國西雅圖華盛頓大學的物理學家利用直徑只有20um的鎢絲來製作扭秤。這個扭秤的自然週期為795秒。他們測量這個扭秤在小角度擺動下的週期變化。他們測量的角度從13nrad到19urad (1 pi rad = 180度)。這個實驗相當精細，因此在這個尺度下，甚至鎢絲本身的布朗運動也是系統雜訊的一部份。所以在這個實驗，他們相當於是測量F和a，看看這兩者是否成正比。實驗結果顯示這兩者與牛頓第二運動定律相當吻合，在加速度5 x 10^-14 m/s^2的狀況下依舊成立。

但是在其他的極限狀況下呢?在天文尺度下，科學家要利用觀測星系運動才能進行推論，而這些現象也正在研究當中。無論如何，對已知物理定律適用範圍的檢查，除了可以確認我們對物理現象的信心外，同時也可能會讓我們發現新的未知物理現象。

原始論文
Laboratory Test of Newton's Second Law for Small Accelerations
Phys. Rev. Lett. 98, 150801 (2007)