Проведено новое, беспрецедентно точное измерение силы гравитации

В ходе двух экспериментов по вычислению незначительного гравитационного воздействия между объектами в лаборатории определили постоянную Ньютона — гравитационную постоянную, или G, — с точностью до 0,00116%. Ранее самая малая погрешность в любых измерениях этой величины составляла 0,00137%.

Новый набор значений G опубликован в свежем выпуске журнала Nature. Два значения несколько различаются и не объясняют, почему прошлые эксперименты по вычислению гравитационной постоянной приводили к таким разным результатам. Тем не менее исследователи смогут использовать новые значения вместе с другими расчетами G, чтобы понять, почему измерения этой ключевой постоянной такие уклончивые. Возможно, это поможет раз и навсегда уточнить силу гравитации.

Точное значение G, в котором масса и расстояние соотносятся с силой гравитации в Законе всемирного тяготения Ньютона, ускользало от ученых на протяжении веков. Все потому, что гравитационное притяжение между парой объектов в лабораторном эксперименте невероятно мало и подвержено гравитационному воздействию других объектов, находящихся поблизости, и зачастую заставляет исследователей сомневаться в точности своих измерений.

Общепринятое на сегодня значение G основано на измерениях последних 40 лет: 6,67408 × 10−11 метров в кубе на килограмм на секунду в квадрате. Погрешность этой цифры составляет 0,0047%, то есть она в тысячи раз менее точна, чем другие фундаментальные постоянные — неизменные, универсальные значения вроде заряда электрона или скорости света. Облако неопределенности, окружающее G, ограничивает возможности исследователей в определении масс небесных тел и значений других постоянных, основанных на гравитационной постоянной.

Физик Шан-Цин Ян из Хуаджонского университета науки и технологии в Ухане (Китай) и его коллеги измерили постоянную Ньютона при помощи двух инструментов, известных как торсионные маятники. У каждого устройства есть покрытая металлом кремниевая пластина, поддерживаемая тонким тросом и окруженная стальными сферами. Гравитационное притяжение между пластиной и сферами заставляет пластину вращаться на тросе по направлению к сферам.

Однако маятники были настроены несколько иначе, чтобы обеспечить два способа измерения G. В одном из них ученые измеряли постоянную посредством отслеживания скручивания троса, когда пластина сдвигалась к сферам. Другой маятник настроили так, чтобы металлическая пластина свисала с поворотного круга, благодаря вращению которого трос не скручивался. Во втором случае исследователи измеряли гравитационную постоянную, отслеживая вращение круга.

Чтобы получить наиболее точные результаты, ученые внесли коррекцию с учетом длинного списка незначительных помех — от легких вариаций в плотности материалов, использованных в изготовлении торсионных маятников, до сейсмических вибраций от землетрясений по всему миру.

Эксперименты с торсионными маятниками вывели два значения G: 6,674184 × 10−11 и 6,674484 × 10−11 метров в кубе на килограмм на секунду в квадрате, оба с погрешностью 0,00116%.

Повторение этого опыта и предыдущих для определения ранее неизвестных источников погрешности или же разработка новых техник по измерению гравитационной постоянной даст понять, почему расчеты этой фундаментальной постоянной все еще различаются.

Закладка

Скопировать ссылку

Email

Печать

Twitter

VK

Telegram