圆周率π的平方刚好是地球重力加速度,两者之间有关系吗?

圆周率π跟地球重力加速度本质上是完全没有关系的,圆周率π是一个恒定的常数,不会因为时间空间位置而改变;而地球重力加速度是会随空间位置发生改变的,而且是有单位的,为米/秒的二次方,其数值大小会依赖于长度米的定义和时间秒的定义。

现在的地球重力加速度数值上跟圆周率π的平方很接近属于巧合,但是历史上曾经有机会使地球重力加速度的数值等于圆周率π的平方。

早期标准长度测量方法彼此不同,随着17世纪科学活动的不断增加,人们开始要求建立一种基于自然现象的“普遍标准”。在法国大革命取得成功之前,虽然也有提议将地球的大小作为长度单位,但是最有共识的提议是一个钟摆摆动固定周期时的摆长作为长度标准。

基于16世纪末伽利略开创性的研究,经过17世纪几位科学家的系统实验和理论研究,钟摆的性质已相当清楚,钟摆原理的重要性立即得到了承认,第一个钟摆钟是在1657年由惠更斯实现的(如下图)。更重要的,科学家已经知道单摆在某一特定位置的小振动周期实际上只取决于它的长度,换句话说,单摆被视为一个能够将空间与时间联系起来的物体。因此,许多科学家怀着极大的热情,发现了把长度这个不完全的、任意的单位固定在某种有规律的、不变的东西上的可能性。

在那个时候,时间的单位已经毫无疑问,地球的自转自古以来就为时间单位提供了参考,秒或小时。古埃及人首先将一天划分为24个阶段,而这一划分根植于古巴比伦文化,中世纪的天文学家们进一步将之细分为小时60分钟60秒。

在1660年,第一个基于摆长作为长度单位的官方建议是由由惠更斯向英国皇家学会建议的。1668年,让·皮卡德也提出了类似的建议。1790年4月,在最终决定将地球子午线作为长度单位前一年,法国也有提议将基于45度纬度的秒摆作为长度单位。同期的美国英国都有基于钟摆的规则振动作为长度单位的度量制度出现。

然而,在第二年春季初,法国科学院选择了一种基于地球子午线的长度单位,从而导致秒摆结束作为长度标准,主要原因是该委员会对所有的度量衡都采用了十进制,而秒摆所定义的长度依赖于时间秒的定义,而秒的定义被认为是不自然的而且也不是十进制,为人为规定的一天的86400分之一。

如果当初将周期两秒单摆的摆长作为长度标准,定义为一米,根据单摆的周期计算公式,地球重力加速度将会正好等于圆周率π的平方。

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  • 发表于 2022-01-13 16:34
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  • 分类:科学