Gravitaciona konstanta. Nova mjerenja gravitacijske konstante dodatno zbunjuju situaciju

Istorija merenja

Gravitaciona konstanta se pojavljuje u modernim zapisima zakona univerzalne gravitacije, ali je eksplicitno odsutna iz Newtona i radova drugih naučnika do početka 19. stoljeća. Gravitaciona konstanta u svom sadašnjem obliku prvi put je uvedena u zakon univerzalne gravitacije, očigledno, tek nakon prelaska na jedinstveni metrički sistem mjera. Možda je to prvi uradio francuski fizičar Poisson u svom “Traktatu o mehanici” (1809), barem nijedan raniji rad u kojem bi se gravitaciona konstanta pojavila istoričari nisu identifikovali. Godine 1798. Henry Cavendish je izveo eksperiment za određivanje prosječne gustine Zemlje koristeći torzionu vagu koju je izumio John Michell (Philosophical Transactions 1798). Cavendish je uporedio oscilacije klatna ispitnog tijela pod utjecajem gravitacije kugli poznate mase i pod utjecajem Zemljine gravitacije. Brojčana vrijednost gravitacijske konstante izračunata je kasnije na osnovu prosječne gustine Zemlje. Tačnost izmjerene vrijednosti G od vremena Cavendisha se povećao, ali je njegov rezultat već bio prilično blizak modernom.

vidi takođe

Bilješke

Linkovi

  • Gravitaciona konstanta- članak iz Velike sovjetske enciklopedije

Wikimedia Foundation. 2010.

Pogledajte šta je „gravitaciona konstanta“ u drugim rečnicima:

    GRAVITACIONA KONSTANTA- (konstanta gravitacije) (γ, G) univerzalna fizička. konstanta uključena u formulu (vidi) ... Velika politehnička enciklopedija

    - (označeno sa G) koeficijent proporcionalnosti u Newtonovom zakonu gravitacije (vidi Univerzalni zakon gravitacije), G = (6.67259.0.00085).10 11 N.m²/kg² … Veliki enciklopedijski rječnik

    - (oznaka G), koeficijent Newtonovog zakona gravitacije. Jednako 6,67259,10 11 N.m2.kg 2 ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

    Fundamental Phys. konstanta G, uključena u Newtonov zakon gravitacije F=GmM/r2, gdje su m i M mase privlačećih tijela (materijalne tačke), r je udaljenost između njih, F je sila privlačenja, G= 6,6720(41) X10 11 N m2 kg 2 (od 1980.). Najtačnija vrijednost G. p....... Fizička enciklopedija

    gravitaciona konstanta- - Teme industrija nafte i gasa EN gravitaciona konstanta ... Vodič za tehnički prevodilac

    gravitaciona konstanta- gravitacijos konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. konstanta gravitacije; konstanta gravitacije vok. Gravitacije konstante, f rus. gravitaciona konstanta, f; konstanta univerzalne gravitacije, f pranc. konstanta gravitacije, f … Fizikos terminų žodynas

    - (označeno sa G), koeficijent proporcionalnosti u Newtonovom zakonu gravitacije (vidi Zakon univerzalne gravitacije), G = (6,67259 + 0,00085)·10 11 N·m2/kg2. * * * GRAVITACIONA KONSTANTA GRAVITACIONA KONSTANTA (oznacena sa G), koeficijent... ... enciklopedijski rječnik

    Gravitacija je konstantna, univerzalna. fizički konstanta G, uključena u gripu, izražavajući Newtonov zakon gravitacije: G = (6,672 59 ± 0,000 85) * 10 11 N * m2 / kg2 ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

    Koeficijent proporcionalnosti G u formuli koja izražava Njutnov zakon gravitacije F = G mM / r2, gde je F sila privlačenja, M i m su mase privlačećih tela, r je rastojanje između tela. Ostale oznake za G. p.: γ ili f (rjeđe k2). Numerički ... ... Velika sovjetska enciklopedija

    - (označeno sa G), koeficijent. proporcionalnost u Newtonovom zakonu gravitacije (vidi Univerzalni gravitacijski zakon), G = (6,67259±0,00085) x 10 11 N x m2/kg2 ... Prirodna nauka. enciklopedijski rječnik

Knjige

  • Univerzum i fizika bez “tamne energije” (otkrića, ideje, hipoteze). U 2 toma. Tom 1, O. G. Smirnov. Knjige su posvećene problemima fizike i astronomije koji u nauci postoje desetinama i stotinama godina od G. Galilea, I. Newtona, A. Einsteina do danas. Najsitnije čestice materije i planete, zvezde i...

Istorija merenja

Gravitaciona konstanta se pojavljuje u modernim zapisima zakona univerzalne gravitacije, ali je eksplicitno odsutna iz Newtona i radova drugih naučnika do početka 19. stoljeća. Gravitaciona konstanta u svom sadašnjem obliku prvi put je uvedena u zakon univerzalne gravitacije, očigledno, tek nakon prelaska na jedinstveni metrički sistem mjera. Možda je to prvi uradio francuski fizičar Poisson u svom “Traktatu o mehanici” (1809), barem nijedan raniji rad u kojem bi se gravitaciona konstanta pojavila istoričari nisu identifikovali. Godine 1798. Henry Cavendish je izveo eksperiment za određivanje prosječne gustine Zemlje koristeći torzionu vagu koju je izumio John Michell (Philosophical Transactions 1798). Cavendish je uporedio oscilacije klatna ispitnog tijela pod utjecajem gravitacije kugli poznate mase i pod utjecajem Zemljine gravitacije. Brojčana vrijednost gravitacijske konstante izračunata je kasnije na osnovu prosječne gustine Zemlje. Tačnost izmjerene vrijednosti G od vremena Cavendisha se povećao, ali je njegov rezultat već bio prilično blizak modernom.

vidi takođe

Bilješke

Linkovi

  • Gravitaciona konstanta- članak iz Velike sovjetske enciklopedije

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Darwin (svemirski projekat)
  • Faktor umnožavanja brzih neutrona

Pogledajte šta je „gravitaciona konstanta“ u drugim rečnicima:

    GRAVITACIONA KONSTANTA- (konstanta gravitacije) (γ, G) univerzalna fizička. konstanta uključena u formulu (vidi) ... Velika politehnička enciklopedija

    GRAVITACIONA KONSTANTA- (označeno sa G) koeficijent proporcionalnosti u Newtonovom zakonu gravitacije (vidi Univerzalni zakon gravitacije), G = (6.67259.0.00085).10 11 N.m²/kg² … Veliki enciklopedijski rječnik

    GRAVITACIONA KONSTANTA- (oznaka G), koeficijent Newtonovog zakona gravitacije. Jednako 6,67259,10 11 N.m2.kg 2 ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik

    GRAVITACIONA KONSTANTA- fundamentalna fizika konstanta G, uključena u Newtonov zakon gravitacije F=GmM/r2, gdje su m i M mase privlačećih tijela (materijalne tačke), r je udaljenost između njih, F je sila privlačenja, G= 6,6720(41) X10 11 N m2 kg 2 (od 1980.). Najtačnija vrijednost G. p....... Fizička enciklopedija

    gravitaciona konstanta- - Teme industrija nafte i gasa EN gravitaciona konstanta ... Vodič za tehnički prevodilac

    gravitaciona konstanta- gravitacijos konstanta statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. konstanta gravitacije; konstanta gravitacije vok. Gravitacije konstante, f rus. gravitaciona konstanta, f; konstanta univerzalne gravitacije, f pranc. konstanta gravitacije, f … Fizikos terminų žodynas

    gravitaciona konstanta- (označeno sa G), koeficijent proporcionalnosti u Newtonovom zakonu gravitacije (vidi Zakon univerzalne gravitacije), G = (6,67259 + 0,00085)·10 11 N·m2/kg2. * * * GRAVITACIONA KONSTANTA GRAVITACIONA KONSTANTA (oznacena sa G), koeficijent... ... enciklopedijski rječnik

    GRAVITACIONA KONSTANTA- konstanta gravitacije, univerzalna. fizički konstanta G, uključena u gripu, izražavajući Newtonov zakon gravitacije: G = (6,672 59 ± 0,000 85) * 10 11 N * m2 / kg2 ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

    Gravitaciona konstanta- koeficijent proporcionalnosti G u formuli koja izražava Njutnov zakon gravitacije F = G mM / r2, gde je F sila privlačenja, M i m su mase privlačećih tela, r je rastojanje između tela. Ostale oznake za G. p.: γ ili f (rjeđe k2). Numerički ... ... Velika sovjetska enciklopedija

    GRAVITACIONA KONSTANTA- (označeno sa G), koeficijent. proporcionalnost u Newtonovom zakonu gravitacije (vidi Univerzalni gravitacijski zakon), G = (6,67259±0,00085) x 10 11 N x m2/kg2 ... Prirodna nauka. enciklopedijski rječnik

Knjige

  • Univerzum i fizika bez “tamne energije” (otkrića, ideje, hipoteze). U 2 toma. Tom 1, O. G. Smirnov. Knjige su posvećene problemima fizike i astronomije koji u nauci postoje desetinama i stotinama godina od G. Galilea, I. Newtona, A. Einsteina do danas. Najsitnije čestice materije i planete, zvezde i...

Grupa fizičara iz Italije i Holandije predstavila je nove rezultate mjerenja gravitacijske konstante, prvi put napravljene pomoću posebnih uređaja - atomskih interferometara. Vrijednost koju su naučnici dobili za konstantu je: 6,67191(99)x10 -11 (metar) 3 (kilogram) -1 (sekunda) -2 sa tačnošću od 0,015 posto. Ovakva mjerenja su važna ne samo za metrologiju i geostacionarne sisteme pozicioniranja, već i za istraživanje svemira i testiranje modela zasnovanih na opštoj relativnosti i modernoj kosmologiji. Hajde da shvatimo kako je izmjerena gravitacijska konstanta i do kojih su zaključaka naučnici došli kao rezultat svojih mjerenja.

Upotreba atomskih interferometara je relativno nov, ali obećavajući pravac u mjerenju gravitacijskih efekata. Tako je žiroskop, koji koristi Sagnacov efekat, korišten za mjerenje ubrzanja uzrokovanog interakcijom gravitirajućih tijela u eksperimentima za testiranje zakona univerzalne gravitacije i u geofizici. Naučnici su prvi put koristili atomski interferometar da precizno izmjere vrijednost gravitacijske konstante.

Relativna slabost gravitacijske interakcije čini njeno konzistentno mjerenje prilično teškim. Trenutno je u svijetu obavljeno oko 300 mjerenja gravitacijske konstante, počevši od klasičnih Cavendishovih eksperimenata. Istraživači su vrijednost gravitacijske konstante odredili iz Newtonovog zakona univerzalne gravitacije, prema kojem je sila gravitacijske privlačnosti između dvije masivne tačke proporcionalna proizvodu njihovih masa i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Koeficijent proporcionalnosti je gravitaciona konstanta, koja je univerzalne prirode, a njegova specifična vrijednost zavisi od izbora sistema mjernih jedinica.

.
Puni krugovi pokazuju eksperimente pomoću torzijskih vaga, kvadrati pokazuju eksperimente pomoću klatna, gornji kvadrat odgovara posljednjem eksperimentu.
Slika: Priroda

Gravitaciona konstanta je jedna od šest osnovnih fizičkih konstanti, čija je vrijednost određena eksperimentom i ne vjeruje se da značajno varira (u prostoru i vremenu). Ove konstante se pojavljuju u svim osnovnim zakonima i jednačinama fizike, a kroz njih se izražavaju i mnoge druge derivacijske konstante. Pored gravitacione konstante, takve konstante uključuju brzinu svjetlosti u vakuumu i elementarni električni naboj, kao i Planckove, Boltzmannove i Diracove konstante.

U klasičnoj fizici, interferencija svjetlosti je pojava u kojoj se manifestiraju valna svojstva svjetlosti. S druge strane, u kvantnoj mehanici postoji dualizam talas-čestica - svjetlost istovremeno pokazuje i valna i korpuskularna svojstva (na primjer, u fenomenu fotoelektričnog efekta). U kvantnoj mehanici interferencija valne funkcije (psi-funkcije) nastaje kao manifestacija principa kvantne superpozicije - početno kvantno stanje se dijeli na dva dijela, koji se zatim sabiraju (interferiraju), formirajući interferenciju tzv. uzorak. Međutim, ostaje misterija šta se događa između početnog stanja čestice (ili valne funkcije) i pojave interferencijskog uzorka.

Instalacija radi na sljedeći način. U vakuumskoj komori na dnu aparata, magnetno-optička zamka prikuplja 109 atoma rubidijuma. Nakon uključivanja magnetnog polja, atomi se podižu okomito i nalaze se između dvije grupe volframovih cilindara. Ukupno su u eksperimentu korištena 24 cilindra napravljena od legure volframa ukupne mase 516 kilograma. Svaki takav cilindar imao je prečnik od 99 milimetara i visinu od oko 150 milimetara. Ovi cilindri su postavljeni na dvije titanijumske platforme i raspoređeni oko vertikalne ose sa heksagonalnom simetrijom.

Zatim, da bi se eliminisao uticaj termičkih fluktuacija, atomi se hlade na četiri milikelvina. Instalacija koristi dvije atomske grupe koje se uzdižu na visinu od oko 60 i 90 centimetara, tako da je vertikalno rastojanje između njih 328 milimetara. Atomi u grupama su u posebnim pobuđenim stanjima. Oni od njih koji su u stanjima drugačijim od onih potrebnih za eksperiment se uklanjaju.

Naučnici su mjerili promjene u lokaciji gornje i donje atomske grupe za dvije pozicije sistema cilindara: F i C. U prvom slučaju dva seta cilindara su bila smještena na rubu baze instalacije, u drugom - u centru. Pomjeranjem cilindara između položaja F i C, naučnici su koristili atomsku interferometriju kako bi odredili promjene u vrijednosti jačine gravitacionog polja (ubrzanje gravitacije).

Slika: Priroda

Frekvencije laserskih impulsa su podešene na rezonantnu frekvenciju hiperfine tranzicije između dva nivoa atomske energije. Prijelaz između dva takva nivoa u atomima, izazvan zračenjem lasera, uzrokuje promjenu njihove unutrašnje energije i impulsa i praćen je emisijom fotona. Interferometar dijeli ovo zračenje na dva prostorno odvojena koherentna dijela, koji, prolazeći kroz različite optičke puteve, stvaraju interferencijski obrazac naizmjeničnih maksimuma i minimuma na ekranu kada se nalažu jedan na drugi. Položaj minimuma i maksimuma na slici ovisi o razlici faza upadnih svjetlosnih zraka.

U međuvremenu, u uniformnom gravitacionom polju, atomi doživljavaju fazni pomak prilikom kretanja. Dakle, promjenama u tim pomacima i pomacima, naučnici mogu odrediti lokalne promjene u vrijednosti ubrzanja gravitacije, a time i gravitacijske konstante.

Na tačnost interferometra, osim vanjskih faktora povezanih s antropogenim vibracijama, seizmičkom bukom i rotacijom Zemlje (koja utiče na raspored atoma u poprečnom smjeru), utjecali su i faktori povezani sa konstrukcijskim karakteristikama instalacije. . Prije svega, to su moguće greške u određivanju tačne pozicije masivnih izvora (vertikalno i horizontalno) i heterogenosti njihove gustoće.

Naučnici vjeruju da će njihov rad omogućiti sistematsku analizu mogućih grešaka na koje se susreću u eksperimentima za određivanje gravitacijske konstante. Osim toga, eksperiment otvara nove mogućnosti u mjerenju gravitacijske konstante korištenjem ultrahladnih atoma zatvorenih u optičkim zamkama. Kao što je ranije pomenuto, tačno određivanje vrednosti gravitacione konstante neophodno je za geodetsku gravimetriju (merenje sile gravitacije u različitim oblastima i na različitim visinama Zemlje), kao i za fundamentalne nauke: savremenu kosmologiju, teoriju gravitacije i fizika čestica.

Qing Li et al. /Priroda

Fizičari iz Kine i Rusije smanjili su grešku u gravitacionoj konstanti četiri puta - na 11,6 delova na milion, sprovodeći dve serije fundamentalno različitih eksperimenata i minimizirajući sistematske greške koje iskrivljuju rezultate. Članak objavljen u Priroda.

Po prvi put gravitaciona konstanta G, dio Newtonovog zakona univerzalne gravitacije, izmjerio je 1798. britanski eksperimentalni fizičar Henry Cavendish. Da bi to učinio, naučnik je koristio torzionu vagu koju je izgradio svećenik John Michell. Najjednostavnija torzijska vaga, čiji je dizajn 1777. godine izumio Charles Coulomb, sastoji se od okomite niti na kojoj je ovješena lagana zraka s dva utega na krajevima. Ako na teret prinesete dva masivna tijela, pod utjecajem gravitacije klackalica će početi da se okreće; Mjerenjem ugla rotacije i povezivanjem sa masom tijela, elastičnim svojstvima navoja i dimenzijama instalacije moguće je izračunati vrijednost gravitacijske konstante. Mehaniku torzijskih vaga možete detaljnije razumjeti rješavanjem odgovarajućeg problema.

Vrijednost koju je Cavendish dobio za konstantu je bila G= 6,754×10 −11 njutna po kvadratnom metru po kilogramu, a relativna greška eksperimenta nije prelazila jedan posto.


Model torzijske vage s kojim je Henry Cavendish prvi izmjerio gravitacijsko privlačenje između laboratorijskih tijela

Muzej nauke/Biblioteka slika nauke i društva

Od tada su naučnici izveli više od dvije stotine eksperimenata za mjerenje gravitacijske konstante, ali nisu uspjeli značajno poboljšati njihovu tačnost. Trenutno, vrijednost konstante, koju je usvojio Komitet za podatke za nauku i tehnologiju (CODATA) i izračunatu na osnovu rezultata 14 najtačnijih eksperimenata u posljednjih 40 godina, je G= 6,67408(31)×10 −11 njutna po kvadratnom metru po kilogramu (greška u posljednjim znamenkama mantise je navedena u zagradama). Drugim riječima, njegova relativna greška je približno jednaka 47 dijelova na milion, što je samo stotinu puta manje od greške Cavendishovog eksperimenta i mnogo redova veličine veće od greške drugih fundamentalnih konstanti. Na primjer, greška u mjerenju Planckove konstante ne prelazi 13 dijelova na milijardu, Boltzmannove konstante i elementarnog naboja - 6 dijelova na milijardu, a brzine svjetlosti - 4 dijela na milijardu. Istovremeno, za fizičare je veoma važno da znaju tačnu vrijednost konstante G, jer igra ključnu ulogu u kosmologiji, astrofizici, geofizici, pa čak i fizici čestica. Osim toga, velika greška konstante otežava redefiniranje vrijednosti drugih fizičkih veličina.

Najvjerovatnije, niska tačnost konstante G je povezano sa slabošću sila gravitacije koje nastaju u eksperimentima na zemlji - to otežava precizno mjerenje sila i dovodi do velikih sistematskih grešaka zbog dizajna instalacija. Konkretno, neki od eksperimenata korištenih za izračunavanje vrijednosti CODATA imali su prijavu greške manju od 14 ppm, ali su se njihovi rezultati razlikovali do 550 ppm. Trenutno ne postoji teorija koja bi mogla objasniti tako širok spektar rezultata. Najvjerovatnije je činjenica da su u nekim eksperimentima naučnici previdjeli neke faktore koji su iskrivili vrijednosti konstante. Stoga, eksperimentalnim fizičarima preostaje samo da smanje sistematske greške, minimiziraju vanjske utjecaje i ponove mjerenja na instalacijama s fundamentalno različitim dizajnom.

Upravo je takav posao izvela grupa naučnika na čelu sa Jun Luom sa Univerziteta nauke i tehnologije Centralne Kine uz učešće Vadima Milyukova sa SAI MSU.

Kako bi smanjili grešku, istraživači su ponovili eksperimente na nekoliko instalacija s fundamentalno različitim dizajnom i različitim vrijednostima parametara. U instalacijama prvog tipa konstanta je mjerena metodom TOS (time-of-swing), u kojoj je vrijednost G određena frekvencijom vibracija torzijske vage. Da bi se poboljšala tačnost, frekvencija se mjeri za dvije različite konfiguracije: u "bliskoj" konfiguraciji, vanjske mase se nalaze blizu ravnotežnog položaja vage (ova konfiguracija je prikazana na slici), au "daljoj" konfiguraciji , oni su okomiti na ravnotežni položaj. Kao rezultat toga, frekvencija oscilacija u "daleko" konfiguraciji ispada nešto niža nego u "bliskoj" konfiguraciji, što omogućava razjašnjavanje vrijednosti G.

S druge strane, drugi tip instalacije oslanjao se na AAF (angular-acceleration-feedback) metodu - u ovoj metodi torziona greda i vanjske mase rotiraju nezavisno, a njihovo ugaono ubrzanje se mjeri pomoću sistema za kontrolu povratne sprege koji održava konac raspleten. To vam omogućava da se riješite sistematskih grešaka povezanih s heterogenošću niti i nesigurnošću njegovih elastičnih svojstava.


Šema eksperimentalnih postavki za mjerenje gravitacijske konstante: TOS (a) i AAF (b) metoda

Qing Li et al. /Priroda


Fotografije eksperimentalnih instalacija za mjerenje gravitacijske konstante: TOS metoda (a–c) i AAF (d–f)

Qing Li et al. /Priroda

Osim toga, fizičari su pokušali svesti moguće sistematske greške na minimum. Prvo su provjerili da li su gravitirajuća tijela koja sudjeluju u eksperimentima zaista homogena i bliska sfernom obliku - izgradili su prostornu raspodjelu gustine tijela pomoću skenirajućeg elektronskog mikroskopa, a također su izmjerili udaljenost između geometrijskog centra i centar mase po dvije nezavisne metode. Kao rezultat toga, naučnici su bili uvjereni da fluktuacije gustoće ne prelaze 0,5 dijelova na milion, a ekscentricitet ne prelazi jedan dio na milion. Osim toga, istraživači su rotirali sfere pod nasumičnim uglom prije svakog eksperimenta kako bi kompenzirali njihove nesavršenosti.

Drugo, fizičari su uzeli u obzir da magnetni prigušivač, koji se koristi za suzbijanje nultih modova vibracija filamenta, može doprinijeti mjerenju konstante G, a zatim ga redizajnirao tako da ovaj doprinos ne prelazi nekoliko promila.

Treće, naučnici su površinu mase prekrili tankim slojem zlatne folije kako bi se otarasili elektrostatičkih efekata i preračunali moment inercije torzijske ravnoteže uzimajući u obzir foliju. Praćenjem elektrostatičkih potencijala delova instalacije tokom eksperimenta, fizičari su potvrdili da električna naelektrisanja ne utiču na rezultate merenja.

Četvrto, istraživači su uzeli u obzir da se u AAF metodi torzija javlja u zraku i prilagodili kretanje klackalice kako bi uzeli u obzir otpor zraka. Kod TOS metode svi dijelovi instalacije bili su u vakuumskoj komori, pa se takvi efekti nisu mogli uzeti u obzir.

Peto, eksperimentatori su održavali temperaturu instalacije konstantnom tokom eksperimenta (fluktuacije nisu prelazile 0,1 stepen Celzijusa), a takođe su kontinuirano mjerili temperaturu niti i prilagođavali podatke uzimajući u obzir suptilne promjene njegovih elastičnih svojstava.

Konačno, naučnici su uzeli u obzir da metalna prevlaka sfera omogućava interakciju sa Zemljinim magnetnim poljem i procijenili veličinu ovog efekta. Tokom eksperimenta, naučnici su svake sekunde čitali sve podatke, uključujući ugao rotacije filamenta, temperaturu, fluktuacije gustine vazduha i seizmičke poremećaje, a zatim su izgradili kompletnu sliku i na osnovu toga izračunali vrednost konstante. G.

Naučnici su svaki od eksperimenata ponovili mnogo puta i usredsredili rezultate, a zatim promenili parametre instalacije i pokrenuli ciklus iznova. Konkretno, istraživači su sproveli eksperimente koristeći TOS metodu za četiri kvarcna filamenta različitih promjera, a u tri eksperimenta sa AAF krugom, naučnici su promijenili frekvenciju modulirajućeg signala. Fizičarima je trebalo oko godinu dana da provjere svaku od vrijednosti, a ukupno je eksperiment trajao više od tri godine.

(a) Vremenska zavisnost perioda oscilovanja torzijske vage u TOS metodi; Lila tačke odgovaraju „bliskoj“ konfiguraciji, plave „dalekoj“ konfiguraciji. (b) Prosječne vrijednosti gravitacijske konstante za različite TOS instalacije

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 su svi rezultirali vrijednostima koje nisu odgovarale ostalima. Čak i poslednjih decenija, kada je tačnost merenja značajno porasla, situacija je ostala ista - podaci su, kao i ranije, odbijali da se podudaraju jedni s drugima.

Osnovna metoda mjerenja G ostala je nepromijenjena od 1798. godine, kada je Henry Cavendish odlučio koristiti torzionu (ili torzijsku) vagu u tu svrhu. Iz školskog kursa znamo kako je izgledala takva instalacija. U staklenom poklopcu, na metar dugoj niti od posrebrenog bakra, visila je drvena klackalica od olovnih kuglica, svaka teška 775 g.

Vertikalni presek instalacije (Kopija crteža iz izveštaja G. Cavendisha “Eksperimenti za određivanje gustine Zemlje”, objavljenog u Proceedings of the Royal Society of London za 1798. godinu (II deo), tom 88, str. 469- 526)

Wikimedia Commons

Donesene su im olovne kuglice težine 49,5 kg, a kao rezultat djelovanja gravitacijskih sila, klackalica se uvrnula 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 nedostatak, začudo, bio je taj što su atomi u prenesenim masama bili u stalnom kretanju, a uz mali uticaj gravitacije, ovaj efekat je takođe imao efekta.

Naučnici su odlučili da Cavendishovoj genijalnoj, ali u ovom slučaju nedovoljnoj ideji 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 sa engleskog squid - "squid"; ultra-osjetljivi magnetometri koji se koriste za mjerenje vrlo slabih magnetnih polja).

Ovaj uređaj prati minimalna odstupanja od magnetnog polja.

Zamrznuvši laserom kuglicu od 50 kg od volframa na temperature blizu apsolutne nule, prateći kretanje atoma u ovoj kugli promjenama magnetskog polja i na taj način eliminirajući njihov utjecaj na rezultat mjerenja, istraživači su dobili vrijednost gravitacijske konstanta sa tačnošću od 150 delova na milion, onda postoji 15 hiljaditih delova procenta. Sada je vrijednost ove konstante, kažu naučnici, jednaka 6,67191(99)·10−11 m3·s−2·kg−1. Prethodna vrijednost G iznosio je 6,67384(80)·10−11 m3·s−2·kg−1.

I to je prilično čudno.

Gravitaciona konstanta je osnova za pretvaranje drugih fizičkih i astronomskih veličina, kao što su mase planeta u Univerzumu, uključujući Zemlju, kao i druga kosmička tijela, u tradicionalne mjerne jedinice, i do sada je uvijek bila drugačija. U 2010. godini, u kojoj su američki naučnici Harold Parks i James Faller predložili rafiniranu vrijednost od 6,67234(14)·10−11 m3·s−2·kg−1. Ovu vrijednost su dobili korištenjem laserskog interferometra za snimanje promjena u udaljenosti između klatna okačenih na strunama dok su oscilirala 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. Vrijednost koju su dobili Parks i Faller bila je tri standardne devijacije manja od G, preporučeno 2008 Odbor za podatke za nauku i tehnologiju (CODATA), ali u skladu s ranijom vrijednošću CODATA uvedenom 1986. Onda prijavljen da je revizija G vrijednosti koja se dogodila između 1986. i 2008. uzrokovana studijama neelastičnosti navoja ovjesa u torzionim vagama.

Učitavanje...Učitavanje...