Eksperimenti merenja gravitacione konstante G, koje je poslednjih godina sprovelo nekoliko grupa, pokazuju zapanjujuće međusobno neslaganje. Nedavno objavljeno novo mjerenje, napravljeno u Međunarodnom birou za utege i mjere, razlikuje se od svih njih i samo pogoršava problem. Gravitaciona konstanta ostaje izuzetno nepopustljiva veličina za precizno merenje.
Mjerenja gravitacijske konstante
Gravitaciona konstanta G, poznata i kao Newtonova konstanta, jedna je od najvažnijih fundamentalnih konstanti prirode. Ovo je konstanta koja ulazi u Newtonov zakon univerzalne gravitacije; ne zavisi od svojstava privlačenja tela, niti od okolnih uslova, već karakteriše intenzitet same gravitacione sile. Naravno, takva fundamentalna karakteristika našeg svijeta važna je za fiziku i ona mora biti precizno izmjerena.
Međutim, situacija sa mjerenjem G je i dalje vrlo neobična. Za razliku od mnogih drugih fundamentalnih konstanti, gravitacionu konstantu je vrlo teško izmjeriti. Činjenica je da se tačan rezultat može dobiti samo u laboratorijskim eksperimentima, mjerenjem sile privlačenja dva tijela poznate mase. Na primjer, u klasičnom eksperimentu Henryja Cavendisha (slika 2), bučica od dvije teške loptice okačena je na tanku nit, a kada se drugo masivno tijelo gurne na ove kuglice sa strane, gravitacijska sila teži da ovu lopticu rotira. bučica pod nekim uglom, dok je rotacijski moment sile lagano uvijen niti neće kompenzirati gravitaciju. Mjerenjem ugla rotacije bučice i poznavanjem elastičnih svojstava niti, može se izračunati sila gravitacije, a time i gravitacijska konstanta.
Ovaj uređaj (naziva se "torziona ravnoteža") u različitim modifikacijama koristi se u modernim eksperimentima. Takvo mjerenje je u suštini vrlo jednostavno, ali teško u izvođenju, jer zahtijeva precizno poznavanje ne samo svih masa i svih udaljenosti, već i elastičnih svojstava niti, a također obavezuje da se sve nuspojave, kako mehaničke tako i termičke, minimiziraju. . Međutim, nedavno su se pojavila prva mjerenja gravitacijske konstante drugim, atomskim interferometrijskim metodama, koje koriste kvantnu prirodu materije. Međutim, tačnost ovih mjerenja je i dalje mnogo inferiornija od mehaničkih instalacija, iako je, možda, budućnost za njima (detalje pogledajte u vijestima Gravitacijska konstanta se mjeri novim metodama, "Elementi", 22.01.2007.) .
Na ovaj ili onaj način, ali, unatoč više od dvije stotine godina povijesti, tačnost mjerenja ostaje vrlo skromna. Trenutna "zvanična" vrijednost koju preporučuje Američki nacionalni institut za standarde (NIST) je (6,67384 ± 0,00080)·10 -11 m 3 kg -1 s -2. Relativna greška ovdje je 0,012%, ili 1,2 10 -4, ili, u još poznatijoj notaciji za fizičare, 120 ppm (milionitih dijelova), a to je nekoliko redova veličine gore od tačnosti mjerenja drugih jednako važnih veličina. Štaviše, već nekoliko decenija merenje gravitacione konstante nije prestalo da bude izvor glavobolje za eksperimentalne fizičare. Uprkos desetinama sprovedenih eksperimenata i poboljšanju same tehnike merenja, tačnost merenja je ostala niska. Relativna greška od 10–4 postignuta je prije 30 godina i od tada nije bilo poboljšanja.
Stanje od 2010
U posljednjih nekoliko godina situacija je postala još dramatičnija. Između 2008. i 2010. tri grupe su objavile nova mjerenja G. Tim eksperimentatora je godinama radio na svakom od njih, ne samo direktno mjereći G, već i pažljivo tražeći i ponovno provjeravajući sve moguće izvore grešaka. Svako od ova tri mjerenja bilo je vrlo precizno: greške su bile 20-30 ppm. U teoriji, ova tri mjerenja trebala su značajno poboljšati naše znanje o brojčanoj vrijednosti G. Jedina nevolja je što su se sva međusobno razlikovala za čak 200–400 ppm, odnosno za desetak deklarisanih grešaka! Ova situacija od 2010. godine prikazana je na Sl. 3 i ukratko opisano u bilješci Nezgodna situacija sa gravitacionom konstantom.
Sasvim je jasno da sama gravitaciona konstanta nije kriva; zaista mora biti isto uvek i svuda. Na primjer, postoje satelitski podaci koji, iako ne dozvoljavaju dobro mjerenje numeričke vrijednosti konstante G, omogućavaju provjeru njene nepromjenjivosti – ako se G promijenio u godini za najmanje trilionti dio (tj. do 10 -12), to bi već bilo primjetno . Stoga je jedini zaključak koji iz ovoga proizilazi da u nekim (ili nekim) od ova tri eksperimenta postoje neobračunati izvori grešaka. Ali u čemu?
Jedini način da pokušate to shvatiti je da ponovite mjerenja na drugim postavkama, po mogućnosti različitim metodama. Nažalost, ovdje još nije bilo moguće postići određenu raznolikost metoda, jer se u svim eksperimentima koristi jedan ili drugi mehanički uređaj. Ali ipak, različite implementacije mogu imati različite instrumentalne greške, a poređenje njihovih rezultata omogućit će razumijevanje situacije.
nova dimenzija
Pre neki dan u časopisu Physical Review Letters objavljeno je jedno takvo mjerenje. Mala grupa istraživača koji rade u Međunarodnom birou za utege i mjere u Parizu izgradila je aparat od nule koji je mjerio gravitacijsku konstantu na dva različita načina. To je ista torzijska vaga, ali ne sa dva, već sa četiri identična cilindra montirana na disk okačen na metalni navoj (unutrašnji dio instalacije na sl. 1). Ova četiri utega u gravitacionoj interakciji sa četiri druga, veća cilindra postavljena na vrtuljak koji se može rotirati pod proizvoljnim uglom. Shema sa četiri tijela umjesto dva omogućava minimiziranje gravitacijske interakcije s asimetrično lociranim objektima (na primjer, zidovi laboratorijske sobe) i fokusiranje posebno na gravitacijske sile unutar instalacije. Sam konac nema okrugli, već pravougaoni presjek; radije nije konac, već tanka i uska metalna traka. Ovaj izbor omogućava ravnomjernije prenošenje opterećenja duž njega i minimiziranje ovisnosti o elastičnim svojstvima tvari. Čitav aparat je u vakuumu i na određenom temperaturnom režimu, koji se održava sa tačnošću od stotog dela stepena.
Ovaj uređaj vam omogućava da izvršite tri vrste merenja gravitacione konstante (pogledajte detalje u samom članku i na stranici istraživačke grupe). Prvo, ovo je doslovna reprodukcija Cavendishovog eksperimenta: podignut je teret, vaga je okrenuta pod određenim uglom, a ovaj ugao se meri optičkim sistemom. Drugo, može se pokrenuti u načinu torzijskog klatna, kada se unutrašnja instalacija povremeno rotira naprijed-nazad, a prisutnost dodatnih masivnih tijela mijenja period oscilovanja (međutim, istraživači nisu koristili ovu metodu). Konačno, njihova instalacija omogućava mjerenje gravitacijske sile nema skretanja utezi. To se postiže uz pomoć elektrostatičke servo kontrole: električni naboji se primjenjuju na tijela koja međusobno djeluju tako da elektrostatičko odbijanje u potpunosti kompenzira gravitacijsko privlačenje. Ovaj pristup nam omogućava da se riješimo instrumentalnih grešaka povezanih posebno s mehanikom rotacije. Mjerenja su pokazala da dvije metode, klasična i elektrostatička, daju konzistentne rezultate.
Rezultat novog mjerenja je prikazan kao crvena tačka na sl. 4. Može se vidjeti da ovo mjerenje ne samo da nije riješilo bolnu tačku, već je još više pogoršalo problem: veoma se razlikuje od svih drugih nedavnih mjerenja. Dakle, do sada već imamo četiri (ili pet, ako se računaju neobjavljeni podaci iz kalifornijske grupe) različita i, u isto vrijeme, prilično točna mjerenja, i svi se drastično razlikuju jedno od drugog! Razlika između dvije najekstremnije (i hronološki najnovije) vrijednosti već premašuje 20(!) deklarisanih grešaka.
Što se tiče novog eksperimenta, evo šta treba dodati. Ova grupa istraživača je već izvela sličan eksperiment 2001. I tada su također dobili vrijednost blisku trenutnoj, ali samo nešto manje tačnu (vidi sliku 4). Moglo bi se posumnjati da jednostavno ponavljaju mjerenja na istom hardveru, ako ne za jedno "ali" - onda je drugi instalacija. Iz tog starog pogona sada su uzeli samo vanjske cilindre od 11 kg, ali je kompletan centralni aparat sada obnovljen. Ako su zaista imali neku vrstu neobrađenog efekta koji je posebno povezan s materijalima ili proizvodnjom uređaja, onda bi se to moglo promijeniti i „povući“ novi rezultat. Ali rezultat je ostao otprilike na istom mjestu kao 2001. godine. Autori rada to vide kao dodatni dokaz čistoće i pouzdanosti svojih mjerenja.
Situacija kada četiri ili pet rezultata dobijaju različite grupe odjednom sve razlikuju se za desetak ili dvije deklariranih grešaka, očito bez presedana za fiziku. Koliko god tačnost svakog mjerenja bila visoka i koliko god autori bili ponosni, to sada nije od značaja za utvrđivanje istine. A za sada, pokušaj da se na njihovoj osnovi sazna pravu vrijednost gravitacijske konstante može se učiniti samo na jedan način: staviti vrijednost negdje u sredinu i pripisati grešku koja će pokriti cijeli ovaj interval (tj. pola do dva puta pogoršati trenutna preporučena greška). Ostaje nam samo nadati se da će naredna mjerenja pasti u ovaj interval i da će postepeno dati prednost nekoj jednoj vrijednosti.
Na ovaj ili onaj način, ali gravitaciona konstanta nastavlja biti zagonetka fizike mjerenja. Za koliko godina (ili decenija) će ova situacija zapravo početi da se popravlja, sada je teško predvideti.
Gravitaciona konstanta ili drugačije - Newtonova konstanta - jedna je od glavnih konstanti koje se koriste u astrofizici. Osnovna fizička konstanta određuje snagu gravitacijske interakcije. Kao što znate, sila s kojom svako od dva tijela međusobno djeluju kroz , može se izračunati iz modernog oblika Newtonovog zakona univerzalne gravitacije:
- m 1 i m 2 - tijela koja međusobno djeluju gravitacijom
- F 1 i F 2 - vektori sile gravitacije usmjerene na suprotno tijelo
- r - udaljenost između tijela
- G - gravitaciona konstanta
Ovaj koeficijent proporcionalnosti jednak je modulu gravitacione sile prvog tijela, koje djeluje na tačkasto drugo tijelo jedinične mase, sa jediničnim rastojanjem između ovih tijela.
G\u003d 6,67408 (31) 10 −11 m 3 s −2 kg −1, ili N m² kg −2.
Očigledno, ova formula je široko primjenjiva u području astrofizike i omogućava vam da izračunate gravitacijsku perturbaciju dva masivna svemirska tijela kako biste odredili njihovo daljnje ponašanje.
Newtonov rad
Važno je napomenuti da je u delima Njutna (1684-1686) gravitaciona konstanta eksplicitno izostala, kao iu zapisima drugih naučnika sve do kraja 18. veka.
Isak Njutn (1643. - 1727.)
Ranije se koristio takozvani gravitacijski parametar, koji je bio jednak proizvodu gravitacijske konstante i mase tijela. Pronalaženje takvog parametra u to vrijeme bilo je pristupačnije, pa je danas vrijednost gravitacionog parametra raznih kosmičkih tijela (uglavnom Sunčevog sistema) preciznije poznata od vrijednosti gravitacijske konstante i tjelesne mase zasebno.
µ = GM
ovdje: µ je gravitacijski parametar, G je gravitaciona konstanta, i M je masa objekta.
Dimenzija gravitacionog parametra je m 3 s −2 .
Treba napomenuti da vrijednost gravitacijske konstante nešto varira i do danas, a čistu vrijednost masa kosmičkih tijela u to vrijeme bilo je prilično teško odrediti, pa je gravitacijski parametar našao širu primjenu.
Cavendish eksperiment
Eksperiment za određivanje tačne vrijednosti gravitacijske konstante prvi je predložio engleski prirodnjak John Michell, koji je dizajnirao torzijsku vagu. Međutim, bez vremena za provođenje eksperimenta, 1793. godine John Michell je umro, a njegova instalacija je prešla u ruke Henryja Cavendisha, britanskog fizičara. Henry Cavendish je poboljšao uređaj i sproveo eksperimente, čiji su rezultati objavljeni 1798. godine u naučnom časopisu pod nazivom Philosophical Transactions of the Royal Society.
Henry Cavendish (1731. - 1810.)
Postavka za eksperiment sastojala se od nekoliko elemenata. Prije svega, to je uključivalo klackalicu od 1,8 metara, na čije su krajeve bile pričvršćene olovne kuglice mase 775 g i prečnika 5 cm, a klackalica je bila okačena na bakarni navoj od 1 metar. Nešto više od priključka navoja, tačno iznad njegove ose rotacije, postavljena je još jedna rotirajuća šipka na čije su krajeve čvrsto pričvršćene dvije kuglice težine 49,5 kg i prečnika 20 cm.Centri sve četiri kuglice su morali ležati u isti avion. Kao rezultat gravitacijske interakcije, privlačenje malih loptica prema velikim treba biti primjetno. Kod takvog privlačenja, konac jarma se uvija do određenog trenutka, a njegova elastična sila mora biti jednaka sili gravitacije kuglica. Henry Cavendish je mjerio silu gravitacije mjerenjem ugla otklona klackalice.
Vizuelniji opis eksperimenta dostupan je u videu ispod:
Da bi dobio tačnu vrijednost konstante, Cavendish je morao pribjeći nizu mjera koje smanjuju utjecaj vanjskih fizičkih faktora na tačnost eksperimenta. Zapravo, Henry Cavendish je proveo eksperiment ne da bi saznao vrijednost gravitacijske konstante, već da bi izračunao prosječnu gustinu Zemlje. Da bi to učinio, uporedio je oscilacije tijela uzrokovane gravitacijskim poremećajem lopte poznate mase i oscilacije uzrokovane gravitacijom Zemlje. On je prilično precizno izračunao vrijednost gustine Zemlje - 5,47 g / cm 3 (danas tačniji proračuni daju 5,52 g / cm 3). Prema različitim izvorima, vrijednost gravitacijske konstante izračunate iz gravitacionog parametra, uzimajući u obzir gustinu Zemlje koju je dobio Caverdish, bila je G=6,754 10 −11 m³/(kg s²), G = 6,71 10 −11 m³ /(kg s s²) ili G = (6,6 ± 0,04) 10 −11 m³ / (kg s²). Još uvijek nije poznato ko je prvi dobio numeričku vrijednost Newtonove konstante iz rada Henryja Caverdisha.
Mjerenje gravitacijske konstante
Najranije pominjanje gravitacione konstante, kao zasebne konstante koja određuje gravitacionu interakciju, nalazi se u Traktatu o mehanici, koji je 1811. napisao francuski fizičar i matematičar Simeon Denis Poisson.
Mjerenje gravitacijske konstante do danas provode različite grupe naučnika. Istovremeno, unatoč obilju tehnologija dostupnih istraživačima, rezultati eksperimenata daju različite vrijednosti ove konstante. Iz ovoga bi se moglo zaključiti da gravitaciona konstanta možda zapravo nije konstantna, već je sposobna mijenjati svoju vrijednost tokom vremena ili od mjesta do mjesta. Međutim, ako se vrijednosti konstante razlikuju prema rezultatima eksperimenata, tada je invarijantnost ovih vrijednosti u okviru ovih eksperimenata već provjerena s točnošću od 10 -17 . Osim toga, prema astronomskim podacima, konstanta G nije se značajno promijenila u posljednjih nekoliko stotina miliona godina. Ako je Njutnova konstanta sposobna da se menja, onda njena promena ne bi prelazila b devijaciju za broj 10 -11 - 10 -12 godišnje.
Važno je napomenuti da je u ljeto 2014. godine grupa talijanskih i holandskih fizičara zajedno provela eksperiment za mjerenje gravitacijske konstante potpuno drugačije vrste. U eksperimentu su korišteni atomski interferometri koji omogućavaju praćenje utjecaja Zemljine gravitacije na atome. Ovako dobijena vrijednost konstante ima grešku od 0,015% i jednaka je G= 6,67191(99) × 10 −11 m 3 s −2 kg −1 .
(gravitaciona konstanta – veličina nije konstanta)
Dio 1
Fig.1
U fizici postoji samo jedna konstanta povezana sa gravitacijom, a to je gravitaciona konstanta (G). Ova konstanta se dobija eksperimentalno i nema veze sa drugim konstantama. U fizici se smatra fundamentalnim.
Nekoliko članaka će biti posvećeno ovoj konstanti, gdje ću pokušati pokazati neuspjeh njene postojanosti i nedostatak temelja pod njom. Tačnije, ispod njega se nalazi temelj, ali nešto drugačiji.
Kakav je značaj stalne gravitacije i zašto se ona tako pažljivo mjeri? Da bismo razumjeli, potrebno je ponovo se vratiti na zakon univerzalne gravitacije. Štaviše, zašto su fizičari prihvatili ovaj zakon, počeli su da ga nazivaju "najvećom generalizacijom koju je postigao ljudski um". Njegova formulacija je jednostavna: dva tijela djeluju jedno na drugo sa silom koja je obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih i direktno proporcionalna proizvodu njihovih masa.
G je gravitaciona konstanta
Iz ove jednostavne formule proizlaze mnogi vrlo netrivijalni zaključci, ali nema odgovora na temeljna pitanja: kako i zbog čega djeluje sila gravitacije?
Ovaj zakon ne govori ništa o mehanizmu nastanka sile privlačenja, međutim, on se još uvijek koristi i očito će se koristiti više od jednog stoljeća.
Neki naučnici ga grde, drugi ga obožavaju. I ovi i drugi ne mogu bez toga, jer. bolje od svega što su smislili a nisu otvorili. Praktičari u istraživanju svemira, znajući za nesavršenost ovog zakona, koriste tablice korekcija, koje se ažuriraju novim podacima nakon svakog lansiranja letjelice.
Teoretičari pokušavaju da isprave ovaj zakon uvođenjem korekcija, dodatnih koeficijenata, tražeći dokaze o postojanju greške u dimenziji gravitacione konstante G, ali ništa se ne ukorijeni, a Newtonova formula ostaje u izvornom obliku.
Uzimajući u obzir razne nejasnoće i nepreciznosti u proračunima koji koriste ovu formulu, to još uvijek treba ispraviti.
Njutnov izraz je nadaleko poznat: "Gravitacija je univerzalna", odnosno gravitacija je univerzalna. Ovaj zakon opisuje gravitacionu interakciju između dva tela, gde god da se nalaze u Univerzumu; ovo je suština njegovog univerzalizma. Gravitaciona konstanta G, uključena u jednačinu, smatra se univerzalnom konstantom prirode.
Konstanta G nam omogućava da izvršimo zadovoljavajuće proračune u zemaljskim uslovima, logično, ona bi trebala biti odgovorna za energetsku interakciju, ali šta uzeti od konstante.
Zanimljivo je mišljenje naučnika (V.E. Kostyushko), koji je pravio prave eksperimente da bi razumeo i otkrio zakone prirode, fraza: „Priroda nema ni fizičke zakone, ni fizičke konstante sa dimenzijama koje je izmislio čovek. “U slučaju gravitacione konstante, u nauci je uvriježeno mišljenje da je ta vrijednost pronađena i numerički procijenjena. Međutim, njegovo specifično fizičko značenje još nije utvrđeno, a to je prvenstveno zbog toga što se, zapravo, kao rezultat pogrešnih radnji, odnosno grubih grešaka, dobija besmislena i potpuno besmislena vrijednost apsurdne dimenzije.
Ne bih da se stavljam u tako kategoričan položaj, ali moramo konačno shvatiti značenje ove konstante.
Trenutno, vrijednost gravitacijske konstante je odobrena od strane Komiteta za osnovne fizičke konstante: G=6,67408·10 -11 m³/(kg·s²) [KODATA 2014] . Uprkos činjenici da se ova konstanta pažljivo mjeri, ona ne ispunjava zahtjeve nauke. Stvar je u tome što ne postoji tačna podudarnost rezultata između sličnih mjerenja u različitim laboratorijama svijeta.
Kao što primećuju Melnikov i Pronin: „Istorijski gledano, gravitacija je bila prvi predmet naučnog istraživanja. Iako je prošlo više od 300 godina od pojave zakona gravitacije, koji dugujemo Newtonu, konstanta gravitacijske interakcije ostaje najmanje precizno izmjerena u poređenju sa ostalima.
Osim toga, glavno pitanje o samoj prirodi gravitacije i njenoj suštini ostaje otvoreno. Kao što znate, sam Njutnov zakon univerzalne gravitacije je verifikovan sa mnogo većom tačnošću od tačnosti konstante G. Glavno ograničenje za tačno određivanje gravitacionih sila nameće gravitaciona konstanta, pa joj se stoga i posebna pažnja.
Jedno je obratiti pažnju, a sasvim drugo - tačnost podudarnosti rezultata prilikom mjerenja G. U dva najpreciznija mjerenja greška može doseći reda 1/10000. Ali kada su mjerenja obavljena u različitim točkama na planeti, vrijednosti bi mogle premašiti eksperimentalnu grešku za red veličine ili više!
Kakva je to konstanta, kada postoji tako ogroman raspršivanje očitavanja tokom njenih mjerenja? Ili možda to uopće nije konstanta, već mjerenje nekih apstraktnih parametara. Ili su mjerenja prekrivena interferencijom nepoznata istraživačima? Tu se pojavljuje nova osnova za razne hipoteze. Neki naučnici se pozivaju na Zemljino magnetno polje: "Uzajamni uticaj Zemljinog gravitacionog i magnetnog polja dovodi do toga da će Zemljina gravitacija biti jača na onim mestima gde je magnetno polje jače." Diracovi sljedbenici tvrde da se gravitacijska konstanta mijenja s vremenom, itd.
Neka pitanja se uklanjaju zbog nedostatka dokaza, dok se druga pojavljuju i to je prirodan proces. Ali takva sramota ne može trajati beskonačno, nadam se da će moje istraživanje pomoći da se uspostavi pravac ka istini.
Prvi kome se pripisuje primat eksperimenta u mjerenju konstantne gravitacije bio je engleski hemičar Henry Cavendish, koji je 1798. godine krenuo da odredi gustinu Zemlje. Za tako delikatan eksperiment koristio je torzijsku vagu koju je izumio J. Michell (sada izložen u Nacionalnom muzeju Velike Britanije). Cavendish je uporedio oscilacije klatna ispitnog tijela pod utjecajem gravitacije kugli poznate mase u Zemljinom gravitacijskom polju.
Eksperimentalni podaci, kako se kasnije pokazalo, bili su korisni za određivanje G. Rezultat koji je Cavendish dobio je fenomenalan, razlikuje se za samo 1% od onog koji je danas prihvaćen. Treba napomenuti kakvo je to veliko dostignuće u njegovoj eri. Za više od dva stoljeća, nauka o eksperimentu je napredovala za samo 1%? Nevjerovatno je, ali istinito. Štaviše, ako se uzmu u obzir fluktuacije i nemogućnost njihovog prevazilaženja, vrijednost G se dodijeli umjetno, ispada da uopće nismo napredovali u preciznosti mjerenja od vremena Cavendisha!
Da! Nismo nigdje napredovali, nauka je na sedždi - ne razumijevanje gravitacije!
Zašto nauka praktično nije napredovala u preciznosti merenja ove konstante više od tri veka? Možda se sve radi o alatu koji koristi Cavendish. Torzione vage - izum iz 16. veka, ostale su u službi naučnika do danas. Naravno, ovo više nije ista torzijska ravnoteža, pogledajte fotografiju, sl. 1. Uprkos zvižducima moderne mehanike i elektronike, plus vakuum, stabilizacija temperature, rezultat se praktično nije pomjerio. Očigledno nešto ovdje nije u redu.
Naši preci i savremenici su činili razne pokušaje merenja G na različitim geografskim širinama i na najneverovatnijim mestima: dubokim rudnicima, ledenim pećinama, bunarima, na TV tornjevima. Dizajn torzijskih vaga je poboljšan. Nova mjerenja, kako bi se razjasnila gravitaciona konstanta, ponovljena su i verifikovana. Ključni eksperiment postavili su u Los Alamosu 1982. G. Luther i W. Towler. Njihova instalacija je podsjećala na Cavendish torzijske vage, s kuglicama od volframa. Rezultat ovih mjerenja, 6,6726(50)?10 -11 m 3 kg -1 s -2 (tj. 6,6726 ± 0,0005), uzet je kao osnova za podatke koje preporučuje Komitet za nauku i tehnologiju (CODATA) vrijednosti godine 1986.
Sve je bilo mirno do 1995. godine, kada je grupa fizičara u njemačkoj PTB laboratoriji u Braunschweigu, koristeći modificiranu postavku (vage plutale po površini žive, s kuglicama velike mase), dobila G vrijednost (0,6 ± 0,008)% više nego što je opšteprihvaćeno. Kao rezultat toga, 1998. godine greška mjerenja G je povećana za skoro red veličine.
Trenutno se aktivno raspravlja o eksperimentima za testiranje zakona univerzalne gravitacije, zasnovanog na atomskoj interferometriji, za mjerenje mikroskopskih testnih masa i još jedan test Newtonovog zakona gravitacije u mikrokosmosu.
Pokušali su se koristiti i druge metode mjerenja G, ali korelacija između mjerenja ostaje praktično nepromijenjena. Ovaj fenomen se sada naziva kršenje zakona inverznog kvadrata ili “peta sila”. Peta sila sada uključuje i određene čestice (polja) Higgsa - čestice Boga.
Čini se da su uspjeli fiksirati božansku česticu, odnosno izračunati je, jer su fizičari koji učestvuju u eksperimentu na Velikom hadronskom sudaraču (LHC) (LHC) senzacionalno prenijeli svijetu poruku.
Oslonite se na Higsov bozon, ali nemojte sami pogriješiti!
Pa šta je to tajanstvena konstanta koja hoda sama po sebi, i nikuda bez nje?
Čitamo nastavak članka
Odjeljak je vrlo jednostavan za korištenje. U predloženo polje samo unesite željenu riječ, a mi ćemo vam dati listu njenih značenja. Želio bih napomenuti da naša stranica pruža podatke iz različitih izvora - enciklopedijskih, objašnjavajućih, riječnika. Ovdje se također možete upoznati s primjerima upotrebe riječi koju ste unijeli.
Šta znači "gravitaciona konstanta"?
Enciklopedijski rečnik, 1998
gravitaciona konstanta
GRAVITACIONA KONSTANTA (označena kao G) faktor proporcionalnosti u Newtonovom zakonu gravitacije (vidi Univerzalni gravitacijski zakon), G = (6,67259+0,00085) 10-11 N m2/kg2.
Gravitaciona konstanta
koeficijent proporcionalnosti G u formuli koja izražava Newtonov zakon gravitacije F = G mM / r2, gdje je F ≈ sila privlačenja, M i m ≈ mase privlačećih tijela, r ≈ udaljenost između tijela. Ostale oznake G. p.: g ili f (rjeđe k2). Brojčana vrijednost G. p. zavisi od izbora sistema jedinica dužine, mase i sile. U cgs sistemu jedinica
G = (6,673 ╠ 0,003)×10-8 dana×cm2×g-2
ili cm3×g
--1×sec-2, u međunarodnom sistemu jedinica G = (6,673 Æ 0,003)×10-11×n×m2×kg
--2
ili m3×kg-1×sec-2. Najpreciznija vrijednost G. p. dobijena je iz laboratorijskih mjerenja sile privlačenja između dvije poznate mase pomoću torzijske vage.
Prilikom izračunavanja orbita nebeskih tijela (na primjer, satelita) u odnosu na Zemlju, koristi se geocentrični G. p. ≈ proizvod G. p. na masu Zemlje (uključujući njenu atmosferu):
GE = (3,98603 ╠ 0,00003)×1014×m3×s-2.
Prilikom izračunavanja orbita nebeskih tijela u odnosu na Sunce, koristi se heliocentrični G. p. ≈ proizvod G. p. na masu Sunca:
GSs = 1,32718×1020×m3×s-2.
Ove vrijednosti GE i GS odgovaraju sistemu fundamentalnih astronomskih konstanti usvojenom 1964. godine na kongresu Međunarodne astronomske unije.
Yu. A. Ryabov.
Wikipedia
Gravitaciona konstanta
Gravitaciona konstanta, Njutnova konstanta(obično se označava , ponekad ili) - osnovna fizička konstanta, konstanta gravitacione interakcije.
Prema Newtonovom zakonu univerzalne gravitacije, sila gravitacionog privlačenja između dve materijalne tačke sa masama i , nalazi se na udaljenosti , je jednako:
$F=G\frac(m_1 m_2)(r^2).$
Faktor proporcionalnosti u ovoj jednačini se zove gravitaciona konstanta. Numerički, jednak je modulu gravitacione sile koja djeluje na tačkasto tijelo jedinične mase od drugog sličnog tijela koje se nalazi na jediničnoj udaljenosti od njega.
6.67428(67) 10 m s kg, ili N m² kg,
2010. vrijednost je korigirana na:
6.67384(80) 10 m s kg, ili N m² kg.
U 2014. godini vrijednost gravitacijske konstante koju preporučuje CODATA postala je:
6.67408(31) 10 m s kg, ili N m² kg.
U oktobru 2010. godine, u časopisu Physical Review Letters pojavio se članak koji predlaže ažuriranu vrijednost od 6,67234(14), što je tri standardna odstupanja manje od vrijednosti , koju je 2008. preporučio Komitet za podatke za nauku i tehnologiju (CODATA), ali odgovara ranijoj vrijednosti CODATA predstavljenoj 1986. Revizija vrijednosti , koji se dogodio između 1986. i 2008. godine, uzrokovan je studijama neelastičnosti navoja ovjesa u torzijskim vagama. Gravitaciona konstanta je osnova za pretvaranje drugih fizičkih i astronomskih veličina, kao što su mase planeta u svemiru, uključujući Zemlju, kao i druga kosmička tijela, u tradicionalne mjerne jedinice, kao što su kilogrami. Istovremeno, zbog slabosti gravitacione interakcije i rezultirajuće niske tačnosti merenja gravitacione konstante, odnosi masa kosmičkih tela obično su poznati mnogo tačnije od pojedinačnih masa u kilogramima.
Koliko god čudno izgledalo, istraživači su oduvijek imali problema s tačnim određivanjem gravitacijske konstante. Autori članka govore o tri stotine prethodnih pokušaja da se to učini, ali svi su rezultirali vrijednostima koje nisu odgovarale ostalima. Čak i poslednjih decenija, kada je tačnost merenja značajno porasla, situacija je ostala ista - podaci su odbijali da se poklapaju jedni s drugima, kao i ranije.
Glavna metoda mjerenja G je ostao nepromijenjen od 1798. godine, kada je Henry Cavendish odlučio da za to koristi torzionu (ili torzionu) vagu. Iz školskog kursa se zna šta je to bila takva instalacija. U staklenoj kapici, na metar dugoj niti od posrebrenog bakra, visio je drveni jaram od olovnih kuglica, svaka teška 775 g.
Wikimedia Commons Vertikalni dio postavke (Kopija crteža iz izvještaja G. Cavendisha "Eksperimenti za određivanje gustine Zemlje", objavljenog u Proceedings of the Royal Society of London za 1798. (II dio), tom 88, str. 469-526)
Donesene su im olovne kuglice teške 49,5 kg, a kao rezultat djelovanja gravitacijskih sila, klackalica je uvijena pod određenim uglom, znajući koji i znajući krutost niti, bilo je moguće izračunati vrijednost gravitacije konstantan.
Problem je bio u tome što je, prvo, gravitaciono privlačenje vrlo malo, plus na rezultat mogu uticati i druge mase koje eksperimentom nisu uzete u obzir i od kojih se nije bilo moguće zaštititi.
Drugi minus se, začudo, svodio na činjenicu da su atomi u donesenim masama bili u stalnom kretanju, a uz mali efekat gravitacije i ovaj efekat je imao efekta.
Naučnici su odlučili da genijalnoj, ali u ovom slučaju nedovoljnoj, ideji o Cavendishu dodaju svoju metodu i dodatno su koristili još jedan uređaj, kvantni interferometar, poznat u fizici kao SQUID (od engleskog SQUID, Superconducting Quantum Interference Device - "superprovodljivi kvantni interferometar"; doslovno prevedeno s engleskog squid - "lignja"; superosjetljivi magnetometri koji se koriste za mjerenje vrlo slabih magnetnih polja).
Ovaj uređaj prati minimalna odstupanja od magnetnog polja.
Zamrznuvši volframsku kuglicu od 50 kg laserom na temperature blizu apsolutne nule, prateći promjene u magnetskom polju kretanja atoma u ovoj kugli i na taj način eliminirajući njihov utjecaj na rezultat mjerenja, istraživači su dobili vrijednost gravitaciona konstanta sa tačnošću od 150 delova na milion, onda postoji 15 hiljaditih delova procenta. Sada je vrijednost ove konstante, kažu naučnici, 6,67191(99) 10 −11 m 3 s −2 kg −1. Prethodna vrijednost G iznosio je 6,67384(80) 10 −11 m 3 s −2 kg −1.
I prilično je čudno.
Gravitaciona konstanta je osnova za pretvaranje drugih fizičkih i astronomskih veličina, kao što su, na primjer, mase planeta u Univerzumu, uključujući Zemlju, kao i druga kosmička tijela, u tradicionalne mjerne jedinice, a do sada je je uvek drugačija. U 2010. godini, u kojoj su američki naučnici Harold Parks i James Fuller predložili ažuriranu vrijednost od 6,67234(14) 10 −11 m 3 s −2 kg −1. Ovu vrijednost su dobili tako što su pomoću laserskog interferometra registrirali promjene u udaljenosti između klatna okačenih na strunama dok osciliraju u odnosu na četiri volframova cilindra - izvora gravitacionog polja - s masama od 120 kg svaki. Drugi krak interferometra, koji je služio kao standard udaljenosti, bio je fiksiran između tačaka ovjesa klatna. Ispostavilo se da je vrijednost koju su dobili Parks i Fuller tri standardne devijacije manja od vrijednosti G preporučeno 2008 Komitet za podatke za nauku i tehnologiju (CODATA), ali odgovara ranijoj vrijednosti CODATA uvedenoj 1986. Onda prijavljen da je revizija G vrijednosti koja se dogodila između 1986. i 2008. uzrokovana studijama neelastičnosti navoja ovjesa u torzionim vagama.
