Аңыз бойынша, барлық нысандардың массаға қарамастан бірдей жылдамдықпен құлағанын көрсететін алғашқы эксперимент Галисей Галилеймен Пизаның тіреу мұнарасында өтті. Гравитациялық өріске құлаған кез-келген екі объект, ауаға төзімділік болмаса (немесе ескерусіз қалса), сол жылдамдықпен жерге түседі. Кейінірек Ньютонның бұл мәселені тергеуінің бөлігі ретінде кодификацияланды. (Getty Images)

Ғалымдар таңқаларлық жайт, ауырлық күші қаншалықты күшті екенін білмейміз

Әр физикалық теорияда тұрақты болады. Гравитациялық констант айтарлықтай белгісіз.

Біз физикалық заңдарды алғаш қалыптастыра бастаған кезде, біз эмпирикалық түрде жасадық: тәжірибелер арқылы. Галилео жасаған сияқты мұнарадан допты лақтырып тастаңыз, сіз оның қаншалықты құлағанын және жерге соғу үшін қанша уақытты өлшей аласыз. Маятникті босатыңыз, сонда сіз маятниктің ұзындығы мен тербеліске кететін уақыт арасындағы байланыс таба аласыз. Егер сіз мұны бірнеше қашықтыққа, ұзындыққа және уақытқа жасасаңыз, онда сіз байланыс пайда болатынын көресіз: құлаған заттың қашықтығы квадратқа пропорционал; маятниктің кезеңі маятниктің ұзындығының квадрат түбіріне пропорционал.

Бұл пропорцияларды теңдік белгісіне айналдыру үшін сіз сол тұрақты құқықты алуыңыз керек.

Ішкі күн жүйесіндегі планеталардың орбиталары дөңгелек емес, бірақ олар өте жақын, сондықтан Меркурий мен Марс ең үлкен ұшулар мен эллиттілікке ие. ХІХ ғасырдың ортасында ғалымдар Ньютон ауырлық күші туралы болжаулардан Меркурий қозғалысындағы ауытқуларды байқады, бұл 20 ғасырда тек Жалпы салыстырмалылықпен түсіндірілді. Дәл сол гравитациялық заң Жерден ғарышқа дейінгі барлық таразыларға ауырлық күшінің әсерін сипаттайды. (NASA / JPL)

Бұл мысалдарда және басқалар сияқты, пропорционалдың тұрақты болатындығы гравитациялық константаның G-мен байланысты екендігі көрсетілген. Ай Жерді айналады, планеталар Күнді айналады, гравитациялық линзаның әсерінен жарық бүгіліп, кометалар Күн жүйесінен Ғ-ға пропорционалды түрде энергияны жоғалтады. Ньютон пайда болғанға дейін, 1640 және 1650 жылдары итальяндық ғалымдар Франческо Гримальди мен Джованни Риччиоли гравитациялық тұрақтының алғашқы есептеулерін жасады, демек ол 1676 жылы Оле Ромердің жарық жылдамдығын анықтағанға дейін алғашқы іргелі тұрақты болды.

Ньютонның әмбебап гравитация заңы Эйнштейннің жалпы салыстырмалылығын ауыстырды, бірақ қашықтықтағы лезде әрекет ету (күш) тұжырымдамасына сүйенді және керемет түзу болды. Осы теңдеудегі Г тартылыс константы әлі де аз ғана белгілі. (Уикимедия Деннис Нилссонды пайдаланушымен байланыстырады)

Әлемде кез-келген екі массаны алып, оларды бір-біріне жақын орналастырған кезде, олар қызықтырады. Ньютонның заңдарына сәйкес, барлық табиғаттағы ең үлкен массаға (үлкен массалар үшін) және арақашықтыққа (кіші қашықтыққа) байланысты, тартылыс күші екі массаға, олардың арасындағы бөлінуге және G-ге байланысты болады. гравитациялық тұрақты. Ғасырлар бойы біз көптеген іргелі константалардың өлшемдерін өте дәлдікке келтірдік. Жарық жылдамдығы, c, белгілі: 299,792,458 м / с. Планктың тұрақты мәні, quant, кванттық өзара әрекеттесуді реттейді, 1,05457180 × 10 ^ -34 J⋅s, ± 0,000000013 × 10 ^ -34 J⋅s белгісіздігі бар.

Бірақ G? Бұл мүлдем басқа әңгіме.

Ньютонның немесе Эйнштейннің ауырлық күшін анықтау әдісін қолданғанына қарамастан, күштің күші гравитациялық тұрақтының шамасымен анықталады, оның мәні эмпирикалық өлшенуі керек және басқа саннан алынбайды. (ESO / L. CALÇADA)

1930 жылдары Г 6,67 × 10 ^ -11 Н / кг²⋅м²-ге тең болды, кейінірек 1940 жылдары 6,673 × 10 ^ -11 Н / кг²⋅м² дейін тазартылды, оны ғалым Пол Хейл де анықтаған. Сіз күткендей, уақыт өте келе мәндер жақсарды және белгісіздік 90-шы жылдардың аяғында 0,1% -дан 0,04% -ке дейін 0,012% -ға дейін төмендеді, бұл көбінесе NIST-тегі Барри Тейлордың жұмысына байланысты болды.

Шын мәнінде, егер сіз Particle Data Group буклетінің ескі көшірмесін алып тастасаңыз, онда олар тұрақты тұрақтылықты береді, онда G үшін жақсы көрінетін мәнді таба аласыз: 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², белгісіздігі бар болғаны 0.00085 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m².

Фундаменталды тұрақтылардың мәні, олар 1998 жылы белгілі болған және Particle Data Group-тың 1998 ж. Буклеттерінде жарияланған. (PDG, 1998, ER KOHEN ЖӘНЕ BN TAYLOR-ға негізделген, Рев. MOD. ФИФА. 59, 1121 (1987))

Бірақ содан кейін көңілді нәрсе болды.

Сол жылы жүргізілген эксперименттер сол шамаларға сәйкес келмейтін жоғары мәнді көрсетті: 6.674 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m². Әр түрлі әдістерді қолдана отырып, бірнеше топтар бір-біріне қайшы келген G үшін мәндерді 0,15% деңгейінде алды, бұл бұрын хабарланған белгісіздіктерден он есе көп болды.

Бұл қалай болды?

Г-ны дәл өлшеуге арналған эксперимент, Генри Кавендиш жасаған және шығарған, бұралу тепе-теңдігінің қағидасына сүйенеді, ол жақын орналасқан, жақсы өлшенген массаның гравитациялық тартылысы негізінде бұралып қозғалады. (Х. Кавендиш, ЛОНДОННЫҢ РОЙЛЫҚ ҚОҒАМЫНЫҢ ФИЛОСОФИЯЛЫҚ ОПЕРАЦИЯЛАРЫ, (II бөлім) 88 P.469–526 (21 маусым 2198))

Гравитациялық тұрақтының алғашқы белгісі, басқа белгісіздерге тәуелді емес (Күннің массасы немесе Жердің массасы сияқты), тек 18 ғасырдың аяғында Генри Кавендиш жүргізген эксперименттерде пайда болды. Кавендиш бұралу балансы деп аталатын эксперимент ойлап тапты, онда миниатюралық штангалар өте жақсы теңдестірілген сыммен тоқтатылды. Екі массаның әрқайсысының жанында кішігірім массаларды тартатын екі үлкен масса болды. Миниатюралық штанганың бұралу мөлшері, масса мен қашықтық белгілі болған кезде, G-ті гравитациялық тұрақты, эксперимент арқылы өлшеуге мүмкіндік береді.

Соңғы 200+ жылдағы физика саласындағы көптеген жетістіктерге қарамастан, Кавендиш экспериментінде қолданылған дәл сол принцип Дж-дің өлшеулерінде бүгін де қолданыла беруде. 2018 жылдан бастап керемет нәтижелер беретін өлшеу техникасы немесе тәжірибелік қондырғы жоқ. . (CHRIS BURKS (CHETVORNO) / WIKIMEDIA қауымдастықтары)

Ойынның негізгі факторларының бірі - белгілі растаудың психологиялық факторы болды деген күдік бар. Егер сіздің барлық әріптестеріңіз 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m like сияқты өлшемдерді алса, сіз 6.67224 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² немесе 6.67293 × 10 ^ -11 N / сияқты өлшемді алуды күтуіңіз мүмкін. кг²⋅м², бірақ егер сізде 6.67532 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² сияқты бір нәрсе болса, сіз бірдеңе дұрыс емес деп ойлаған боларсыз.

Сіз қатені табу мүмкін болғанша, оны тапқанша іздейсіз. Сіз экспериментті қайта-қайта жасай отырып, ақылға қонымды нәрсе болғанға дейін: кем дегенде 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² сәйкес келетін нәрсе.

1997 жылы Багли мен Лютер командасы 6,674 х 10 ^ -11 Н / кг² / м² нәтиже берген бұралу тепе-теңдігі экспериментін жүргізді, бұл G-ді анықтаудың бұрын хабарланған маңыздылығына күмән келтіруге жеткілікті қабылданды. (ДБАЧМАНН / УИКИМЕДИЯ КОММУНИСТІ)

Бұл 1998 жылы өте мұқият команда алдыңғы нәтижелерден 0,15% керемет нәтиже алған кезде, мұндай нәтиже болды, сол нәтижелердегі қателіктер төмендегі он фактордан асады деп мәлімдеді. бұл айырмашылық. NIST бұған дейін айтылған белгісіздіктерді жою арқылы жауап берді, ал шамалар көбінесе белгісіздіктің ең көп дегенде төрт мәнін беру үшін кенеттен кесілді.

Бұралу тепе-теңдігі және бұралу маятниктері, бастапқы Кавендиш экспериментінен шабыттанып, атомдық интерферометрия эксперименттерінің жаңа техникасынан озып, G өлшемін жүргізуде. Шын мәнінде, өткен аптада Қытайдан келген команда екі тәуелсіз өлшеулерден G-тің дәл өлшеуін алды: 6.674184 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m²⋅ және 6.674484 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², белгісіздікпен, әрқайсысында миллионнан 11 бөліктен тұрады.

Тәжірибелік қондырғының екі әдісі 2018 жылдың тамыз айының соңында Табиғатта жарияланды, ол бүгінгі күнге дейін ең дәл (мәлімделген) өлшемдерді берді. (Q. LIU ET AL., ТАБИҒАТ № 560, 582-588 (2018))

Бұл мәндер екі стандартты ауытқу шегінде бір-бірімен келісуі мүмкін, бірақ олар соңғы 15 жыл ішінде басқа командалар жасаған 6,6757 × 10 ^ -11 Н / кг²⋅м² және басқа өлшемдермен келіспейді. 6.6719 × 10 ^ -11 Н / кг²⋅м²-ге дейін. Басқа фундаменталды тұрақтылар кез-келген жерде 8-ден 14-ке дейінгі санның дәлдігімен белгілі болса, белгісіздік G-ге келгенде мыңнан миллиардқа дейін есе көп.

6S орбитальынан атомдық ауысу, Delta_f1, метрді, екінші және жарық жылдамдығын анықтайтын ауысу. Біздің Ғаламды сипаттайтын фундаментальды кванттық тұрақты мәндер G-ге қарағанда мыңдаған есе жоғары дәлдікпен белгілі, бірінші өлшенген тұрақты. (A. FISCHER ET AL., АМЕРИКА АҚПАРАТТЫҚ ҚОҒАМНЫҢ ЖУРНАЛЫ (2013))

Ғаламның гравитациялық тұрақтысы, G, өлшенетін бірінші тұрақты болды. Біз оның құндылығын алғаш анықтағаннан кейін 350 жылдан астам уақыт өтсе де, басқа константалармен салыстырғанда біздің білмейтініміз қаншалықты нашар екенін білеміз. Біз бұл тұрақтылықты өлшеулер мен толқындардан бастап Әлемнің кеңеюіне дейінгі өлшеу мен есептеулерде қолданамыз. Мұны анықтауға біздің мүмкіндігіміз дәл осы жерде жер бетінде жасалған кішігірім өлшеулермен байланысты. Материалдардың тығыздығынан бастап жер шарындағы сейсмикалық тербелістерге дейінгі ең кішкентай белгісіздік көздері оны анықтауға тырысады. Біз жақсырақ істей алмайынша, гравитациялық құбылыс маңызды жерде өзіне тән, ыңғайсыз үлкен белгісіздік пайда болады. Бұл 2018 жыл, және біз әлі де ауырлық күші қаншалықты екенін білмейміз.

Bang-дан басталады, қазір Forbes-те және Patreon қолдаушыларының арқасында ортада қайта шығарылды. Этан «Галактикадан тыс» және «Трекнология» атты екі кітаптың авторы: Трикордан бастап Warp Drive-қа дейінгі Star Trek туралы ғылым.