Физики выполнили первое наиболее точное и точное измерение ньютоновской гравитационной постоянной G.
Гравитационная постоянная , обозначаемая буквой G, фигурирует в законе всемирного тяготения Исаака Ньютона, который гласит, что любые два объекта оказывают друг на друга гравитационную силу притяжения. Значение ньютоновской гравитационной постоянной G (также называемой универсальной гравитационной постоянной) используется для измерения силы гравитационного притяжения между двумя объектами. Это хороший пример классической, но непрекращающейся проблемы в физике, поскольку даже спустя почти три столетия до сих пор не до конца ясно, как можно точно и с достаточной точностью измерить значение G — одной из самых фундаментальных констант природы. Значение G определяется путем измерения расстояния и массы двух объектов относительно их гравитационного притяжения. Это чрезвычайно малое числовое значение, поскольку сила гравитационного притяжения значительна только для объектов с большой массой. Наиболее сложным аспектом является то, что гравитация — гораздо более слабая сила по сравнению с другими фундаментальными силами, такими как электромагнетизм, слабое и сильное притяжение, и поэтому измерить G крайне сложно. Более того, гравитация не имеет известной связи с другими фундаментальными силами, поэтому косвенное вычисление её значения с использованием других констант (которые можно рассчитать более точно) невозможно. Гравитация — единственное взаимодействие в природе, которое нельзя описать с помощью квантовой теории.
Точное значение G
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature , китайские ученые получили наиболее близкие к исходным значениям величины G. До этого исследования много лет назад считалось, что G составляет 6.673889 × 10⁻¹¹ м³ кг⁻¹ с⁻² (единицы измерения: кубические метры на килограмм в секунду в квадрате). В данном исследовании ученые использовали метод обратной связи по угловому ускорению, а также метод времени колебаний, чтобы приблизиться к точному и правильному значению. Полученные результаты составили 6.674184 × 10⁻¹¹ м³ кг⁻¹ с⁻² и 6.674484 × 10⁻¹¹ м³ кг⁻¹ с⁻², и эти результаты демонстрируют наименьшее стандартное отклонение по сравнению со значениями G, полученными в более ранних исследованиях. Стандартное отклонение используется для измерения величины вариации в наборе данных. Таким образом, меньшее стандартное отклонение означает, что данные распределены близко к среднему значению, что свидетельствует о небольшом «отклонении» данных, то есть они практически не меняются.
Неопределенность в отношении значения G
Исследователи заявили, что их результаты также иллюстрируют «неоткрытые систематические ошибки» в различных существующих методах. Они указывают на то, что из всех существующих методов наиболее предпочтительным методом является интерферометрия - метод интерференции с атомными волнами - и этот метод следует использовать для будущих улучшений. Необходимо принять новые подходы, подобные показанным в этом исследовании, чтобы полностью понять мистику значения G и его значимость в широких областях физических наук. Здесь может быть проблема не в самом значении G, а в неопределенности, которая окружает его значение. Это отчасти показывает нашу неспособность измерить слабые силы, такие как гравитация, и отсутствие теоретического понимания гравитации.
Источник (ы)
Цин Л. и др. 2018. Измерения гравитационной постоянной с использованием двух независимых методов. Nature . 560. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0431-5
