Nye målinger av gravitasjonskonstanten forvirrer situasjonen ytterligere. Gravitasjonskonstanten er en variabel

Som en av de grunnleggende størrelsene i fysikk, ble gravitasjonskonstanten først nevnt på 1700-tallet. Samtidig ble de første forsøkene gjort på å måle verdien, men på grunn av ufullkommenhet av instrumenter og utilstrekkelig kunnskap på dette området, var det mulig å gjøre dette først på midten av 1800-tallet. Senere ble resultatet gjentatte ganger korrigert (siste gang det ble gjort i 2013). Det skal imidlertid bemerkes at den grunnleggende forskjellen mellom den første (G = 6,67428(67) 10 −11 m³ s −2 kg −1 eller N m² kg −2) og den siste (G = 6,67384( 80) 10 −11 m³ s −2 kg −1 eller N m² kg −2) verdier finnes ikke.

Ved å bruke denne koeffisienten for praktiske beregninger, bør det forstås at konstanten er slik i globale universelle konsepter (hvis du ikke tar forbehold for elementær partikkelfysikk og andre lite studerte vitenskaper). Og dette betyr at gravitasjonskonstanten til Jorden, Månen eller Mars ikke vil skille seg fra hverandre.

Denne mengden er en grunnleggende konstant i klassisk mekanikk. Derfor er gravitasjonskonstanten involvert i en rekke beregninger. Spesielt uten informasjon om en mer eller mindre nøyaktig verdi av denne parameteren, ville ikke forskere kunne beregne en så viktig koeffisient i romindustrien som akselerasjonen av fritt fall (som vil være forskjellig for hver planet eller annen kosmisk kropp) .

Imidlertid, Newton, som uttalte på en generell måte, var gravitasjonskonstanten bare kjent i teorien. Det vil si at han var i stand til å formulere et av de viktigste fysiske postulatene, uten å ha informasjon om verdien han faktisk bygger på.

I motsetning til andre fundamentale konstanter kan fysikk bare si med en viss grad av nøyaktighet om hva gravitasjonskonstanten er lik. Verdien oppnås med jevne mellomrom på nytt, og hver gang skiller den seg fra den forrige. De fleste forskere mener at dette faktum ikke er forbundet med endringene, men med mer banale grunner. For det første er dette målemetoder (ulike eksperimenter utføres for å beregne denne konstanten), og for det andre instrumentenes nøyaktighet, som gradvis øker, dataene foredles og et nytt resultat oppnås.

Når man tar i betraktning det faktum at gravitasjonskonstanten er en mengde målt med 10 til -11-effekten (som er en ultra-liten verdi for klassisk mekanikk), er det ingenting overraskende i den konstante raffineringen av koeffisienten. Dessuten er symbolet gjenstand for korrigering, fra 14 etter desimaltegn.

Imidlertid er det en annen teori innen moderne bølgefysikk, som ble fremmet av Fred Hoyle og J. Narlikar tilbake på 70-tallet av forrige århundre. I følge deres antakelser avtar gravitasjonskonstanten med tiden, noe som påvirker mange andre indikatorer som regnes som konstanter. Dermed bemerket den amerikanske astronomen van Flandern fenomenet med svak akselerasjon av månen og andre himmellegemer. Veiledet av denne teorien, bør det antas at det ikke var noen globale feil i de tidlige beregningene, og forskjellen i resultatene som ble oppnådd forklares av endringer i verdien av selve konstanten. Den samme teorien snakker om inkonstans av noen andre størrelser, som f.eks

I Newtons gravitasjonsteori, og i Einsteins relativitetsteori, er gravitasjonskonstanten ( G) er en universell naturkonstant, uforandret i rom og tid, uavhengig av de fysiske og kjemiske egenskapene til medium og gravitasjonsmasser.

I sin opprinnelige form, i Newtons formel, koeffisienten G var fraværende. Som kilden påpeker: "Gravitasjonskonstanten ble først introdusert i loven om universell gravitasjon, tilsynelatende først etter overgangen til et enkelt metrisk system av mål. Kanskje for første gang ble dette gjort av den franske fysikeren S.D. Poisson i "Treatise on Mechanics" (1809), i det minste ingen tidligere verk der gravitasjonskonstanten ville dukke opp har blitt identifisert av historikere.

Koeffisientinnføring G ble forårsaket av to årsaker: behovet for å etablere riktig dimensjon og koordinere tyngdekreftene med reelle data. Men tilstedeværelsen av denne koeffisienten i loven om universell gravitasjon kastet fortsatt ikke lys over fysikken til prosessen med gjensidig tiltrekning, som Newton ble kritisert for av sine samtidige.

Newton ble anklaget av én alvorlig grunn: Hvis kropper tiltrekkes av hverandre, må de bruke energi på dette, men teorien viser ikke hvor energien kommer fra, hvordan den brukes og fra hvilke kilder den fylles på. Som noen forskere bemerker: oppdagelsen av denne loven skjedde etter prinsippet om bevaring av momentum introdusert av Descartes, men fra Newtons teori fulgte det at tiltrekning er en egenskap som er iboende i de samvirkende massene av kropper som forbruker energi uten etterfylling og det ikke blir mindre! Dette er en slags uuttømmelig kilde til gravitasjonsenergi!

Leibniz kalte Newtons tyngdekraftsprinsipp for «en immateriell og uforklarlig kraft». Forslaget om en attraktiv kraft i et perfekt tomrom ble beskrevet av Bernoulli som "opprørende"; og prinsippet om "actio in distans" (handling på avstand) møtte ikke den gang mye gunst enn det gjør nå.

Sannsynligvis, ikke fra bunnen av, fysikk møtt med fiendtlighet Newtons formel, den reflekterer virkelig ikke energien for gravitasjonsinteraksjon. Hvorfor har forskjellige planeter ulik tyngdekraft, og G for alle kropper på jorden og i verdensrommet er en konstant? Kan være G avhenger av massen til kroppene, men i sin rene form har massen ingen tyngdekraft.

Når man tar i betraktning det faktum at i hvert enkelt tilfelle skjer vekselvirkningen (tiltrekningen) av legemer med en annen kraft (innsats), må denne kraften avhenge av energien til de graviterende massene. I forbindelse med ovenstående må det i Newtons formel være en energikoeffisient som er ansvarlig for energien til de tiltrukket massene. En mer korrekt uttalelse i gravitasjonstiltrekningen til kropper ville være å ikke snakke om samspillet mellom massene, men om samspillet mellom energier som finnes i disse massene. Det vil si at energi har en materiell bærer, uten hvilken den ikke kan eksistere.

Siden energimetningen til legemer er relatert til deres varme (temperatur), bør koeffisienten gjenspeile denne korrespondansen, siden varme skaper tyngdekraften!

Et annet argument om ikke-konstansen til G. Jeg vil sitere fra en retro lærebok om fysikk: "Generelt viser forholdet E \u003d mc 2 at massen til en hvilken som helst kropp er proporsjonal med dens totale energi. Derfor er enhver endring i kroppens energi ledsaget av en samtidig endring i massen. Så, for eksempel, hvis en kropp varmes opp, øker massen.

Hvis massen til to oppvarmede legemer øker, må kraften til deres gjensidige tiltrekning også øke i samsvar med loven om universell gravitasjon. Men her oppstår et alvorlig problem. Når temperaturen stiger til det uendelige, vil massene og kraften mellom gravitasjonslegemer også tendere til uendelig. Hvis vi argumenterer for at temperaturen er uendelig, og nå noen ganger er slike friheter tillatt, så vil tyngdekraften mellom to kropper også være uendelig, som et resultat, bør kroppene trekke seg sammen når de varmes opp, ikke utvide seg! Men naturen, som du ser, når ikke det absurde!

Hvordan komme seg rundt denne vanskeligheten? Det er trivielt - det er nødvendig å finne den maksimale temperaturen til et stoff i naturen. Spørsmål: hvordan finner jeg det?

temperaturen er begrenset

Jeg tror at et stort antall laboratoriemålinger av gravitasjonskonstanten har blitt og blir utført ved romtemperatur, lik: Θ=293 K(20 0 C) eller nær denne temperaturen, fordi selve verktøyet - Cavendish torsjonsbalansen, krever svært delikat håndtering (fig. 2). Under målinger må enhver forstyrrelse utelukkes, spesielt vibrasjoner og temperaturendringer. Målinger skal utføres i vakuum med høy nøyaktighet, dette kreves av en svært liten verdi av målt mengde.

For at "loven om universell gravitasjon" skal være universell og universell, er det nødvendig å koble den til den termodynamiske temperaturskalaen. For å gjøre dette vil vi hjelpe beregningene og grafene, som presenteres nedenfor.

La oss ta det kartesiske koordinatsystemet OX - OU. I disse koordinatene konstruerer vi startfunksjonen G=ƒ( Θ ).

La oss plotte temperaturen på x-aksen, med start fra null grader Kelvin. På ordinataksen plotter vi verdiene til koeffisienten G, og tar i betraktning at verdiene skal være i området fra null til én.

Legg merke til det første referansepunktet (A), dette punktet med koordinater: x=293,15 K (20⁰С); y \u003d 6,67408 10 -11 Nm 2 /kg 2 (G). La oss koble dette punktet med opprinnelsen til koordinatene og få avhengighetsgrafen G=ƒ( Θ ), (fig. 3)

Ris. 3

Vi ekstrapolerer denne grafen, utvider den rette linjen til skjæringspunktet med verdien av ordinaten lik én, y=1. Det var tekniske problemer med å plotte grafen. For å bygge den første delen av grafen, var det nødvendig å øke skalaen kraftig, siden parameteren G har en veldig liten verdi. Grafen har en liten høydevinkel, derfor, for å legge den på ett ark, vil vi ty til den logaritmiske skalaen til x-aksen (fig.4).

Ris. fire

Og nå, oppmerksomhet!

Skjæringspunktet mellom graffunksjonen og ordinaten G=1, gir det andre referansepunktet (B). Fra dette punktet senker vi perpendikulæren til abscisseaksen, hvor vi får verdien av koordinaten x \u003d 4,39 10 12 K.

Hva er denne verdien og hva betyr den? I henhold til konstruksjonstilstanden er dette temperaturen. Projeksjonen av punktet (B) på x-aksen reflekterer - høyest mulig temperatur på et stoff i naturen!

For enkelhets skyld presenterer vi den samme grafen i doble logaritmiske koordinater ( fig.5).

Koeffisient G kan ikke ha en verdi større enn én per definisjon. Dette punktet lukket den absolutte termodynamiske temperaturskalaen, hvor begynnelsen ble lagt av Lord Kelvin i 1848.

Grafen viser at G-koeffisienten er proporsjonal med kroppstemperaturen. Derfor er gravitasjonskonstanten en variabel, og i loven om universell gravitasjon (1) må den bestemmes av forholdet:

G E - universell koeffisient (UC), for ikke å forveksle med G, vi skriver det med en indeks E(Eergy - energi). Hvis temperaturene til de samvirkende kroppene er forskjellige, blir gjennomsnittsverdien tatt.

Θ 1 er temperaturen til den første kroppen

Θ2 er temperaturen til det andre legemet.

Θmaks- maksimal mulig temperatur på et stoff i naturen.

I denne skrivemåten er koeffisienten G E har ingen dimensjon, noe som bekrefter det som en koeffisient for proporsjonalitet og universalitet.

La oss erstatte G E med uttrykk (1) og skrive ned loven om universell gravitasjon i generell form:

Det er bare takket være energien som finnes i massene at deres gjensidige tiltrekning oppstår. Energi er egenskapen til den materielle verden for å utføre arbeid.

Bare på grunn av tap av energi for tiltrekning, utføres interaksjon mellom kosmiske kropper. Energitap kan identifiseres med kjøling.

Enhver kropp (substans), som kjøles ned, mister energi og på grunn av dette, merkelig nok, blir tiltrukket av andre kropper. Den fysiske naturen til gravitasjonen av kropper består i å strebe etter den mest stabile tilstanden med minst indre energi - dette er den naturlige tilstanden i naturen.

Newtons formel (4) har tatt en systematisk form. Dette er veldig viktig for beregningene av romflyvninger til kunstige satellitter og interplanetære stasjoner, og vil også gjøre det mulig å mer nøyaktig beregne, først og fremst, massen til solen. Arbeid G på M kjent for disse planetene, bevegelsen til satellitter rundt som ble målt med høy nøyaktighet. Ut fra bevegelsen til selve planetene rundt Solen kan man beregne G og massen til solen. Feilene til massene til jorden og solen bestemmes av feilen G.

Den nye koeffisienten vil endelig gjøre det mulig å forstå og forklare hvorfor banene til banene til de første satellittene (pionerene) så langt ikke samsvarte med de beregnede. Ved oppskyting av satellitter ble det ikke tatt hensyn til temperaturen på de utgående gassene. Beregninger viste en lavere skyvekraft av raketten, og satellittene steg til en høyere bane, for eksempel viste Explorer-1-banen seg å være 360 km høyere enn den beregnede. Von Braun gikk bort uten å forstå dette fenomenet.

Til nå hadde gravitasjonskonstanten ingen fysisk betydning, den var bare en hjelpekoeffisient i loven om universell gravitasjon, som tjener til å forbinde dimensjonene. Den eksisterende numeriske verdien av denne konstanten gjorde loven ikke til en universell, men til en spesiell, for én temperaturverdi!

Gravitasjonskonstanten er en variabel. Jeg vil si mer, gravitasjonskonstanten, selv innenfor grensene for jordens tyngdekraft, er ikke en konstant verdi, fordi gravitasjonsattraksjon involverer ikke massene av legemer, men energiene som finnes i de målte legemer. Av denne grunn er det ikke mulig å oppnå høy nøyaktighet av målinger av gravitasjonskonstanten.

Tyngdeloven

Newtons lov om universell gravitasjon og den universelle koeffisienten (GE =UC).

Siden denne koeffisienten er dimensjonsløs, fikk den universelle gravitasjonsformelen dimensjonen dim kg 2 /m 2 - dette er en off-system enhet som oppsto som et resultat av bruk av kroppsmasser. Med dimensjon kom vi til den opprinnelige formen til formelen, som skyldtes Newton.

Siden formel (4) identifiserer tiltrekningskraften, som måles i Newton i SI-systemet, kan vi bruke dimensjonskoeffisienten (K), som i Coulombs lov.

Der K er en faktor lik 1. For å konvertere dimensjonen til SI kan du bruke samme dimensjon som G, dvs. K \u003d m 3 kg -1 s -2.

Eksperimenter vitner: gravitasjon genereres ikke av masse (stoff), gravitasjon utføres ved hjelp av energier som finnes i disse massene! Akselerasjonen til legemer i et gravitasjonsfelt avhenger ikke av deres masse, så alle legemer faller til bakken med samme akselerasjon. På den ene siden er akselerasjonen til legemer proporsjonal med kraften som virker på dem, og derfor proporsjonal med deres gravitasjonsmasse. Så, i henhold til resonnementets logikk, bør formelen for loven om universell gravitasjon se slik ut:

Hvor E 1 og E 2 er energien som finnes i massene av vekselvirkende kropper.

Siden det er svært vanskelig å bestemme energien til legemer i beregninger, vil vi la massene være i Newtons formel (4), med erstatning av konstanten G til energifaktoren G E.

Maksimal temperatur kan beregnes mer nøyaktig matematisk fra forholdet:

Vi skriver dette forholdet i numerisk form, gitt at (G max =1):

Herfra: Θmaks\u003d 4,392365689353438 10 12 K (8)

Θmaks er den maksimalt mulige temperaturen til et stoff i naturen, over hvilken verdien er umulig!

Jeg vil merke med en gang at dette er langt fra en abstrakt figur, den sier at alt er begrenset i fysisk natur! Fysikk beskriver verden basert på de grunnleggende begrepene om henholdsvis begrenset delbarhet, endelig lyshastighet, og temperaturen må være endelig!

Θ maks 4,4 billioner grader (4,4 teraKelvin). Det er vanskelig å forestille seg, i henhold til våre jordiske standarder (følelser), en så høy temperatur, men dens endelige verdi setter forbud mot spekulasjon med sin uendelighet. Et slikt utsagn leder oss til konklusjonen at tyngdekraften heller ikke kan være uendelig, forholdet G E =Θ/Θ max setter alt på sin plass.

En annen ting er at hvis telleren (3) er lik null (absolutt null) av den termodynamiske temperaturskalaen, så er kraften F i formel (5) vil være lik null. Tiltrekningen mellom kroppene må stoppe, kroppene og gjenstandene vil begynne å smuldre opp i deres partikler, molekyler og atomer.

Fortsetter i neste artikkel...

m 1 og m 2 på avstand r, er lik: F = G m 1 m 2 r 2. (\displaystyle F=G(\frac (m_(1)m_(2))(r^(2))).) G\u003d 6,67408 (31) 10 −11 m 3 s −2 kg −1, eller N m² kg −2.

Gravitasjonskonstanten er grunnlaget for å konvertere andre fysiske og astronomiske størrelser, som massene til planetene i universet, inkludert Jorden, samt andre kosmiske kropper, til tradisjonelle måleenheter, for eksempel kilogram. På samme tid, på grunn av svakheten i gravitasjonsinteraksjonen og den resulterende lave nøyaktigheten av målinger av gravitasjonskonstanten, er forholdene mellom massene til kosmiske kropper vanligvis kjent mye mer nøyaktig enn individuelle masser i kilo.

Gravitasjonskonstanten er en av de grunnleggende måleenhetene i Planck enhetssystemet.

Målehistorikk

Gravitasjonskonstanten vises i den moderne opptegnelsen om loven om universell gravitasjon, men var eksplisitt fraværende fra Newton og i andre forskeres verk frem til begynnelsen av 1800-tallet. Gravitasjonskonstanten i sin nåværende form ble først introdusert i loven om universell gravitasjon, tilsynelatende først etter overgangen til et enkelt metrisk system av mål. Kanskje for første gang ble dette gjort av den franske fysikeren Poisson i Treatise on Mechanics (1809), i hvert fall ingen tidligere arbeider der gravitasjonskonstanten ville vises har blitt identifisert av historikere [ ] .

G\u003d 6,67554(16) × 10 −11 m 3 s −2 kg −1 (standard relativ feil 25 ppm (eller 0,0025%), den opprinnelige publiserte verdien skilte seg litt fra den siste på grunn av en feil i beregningene og ble senere korrigert av forfatterne).

se også

Notater

I generell relativitetsteori, notasjon ved hjelp av bokstaven G, brukes sjelden, fordi der denne bokstaven vanligvis brukes for å betegne Einstein-tensoren.
Per definisjon er massene som er inkludert i denne ligningen gravitasjonsmasser, men avviket mellom størrelsen på gravitasjons- og treghetsmassen til noe legeme har ennå ikke blitt funnet eksperimentelt. Teoretisk sett, innenfor rammen av moderne ideer, er de neppe forskjellige. Dette har generelt vært standardantakelsen siden Newtons tid.
Nye målinger av gravitasjonskonstanten forvirrer situasjonen enda mer // Elementy.ru, 09/13/2013
CODATA Internasjonalt anbefalte verdier for de grunnleggende fysiske konstantene(Engelsk) . Hentet 30. juni 2015.
Ulike forfattere gir forskjellige resultater, fra 6,754⋅10 −11 m²/kg² til (6,60 ± 0,04)⋅10 −11 m³/(kg s³) - se Cavendish-eksperiment#Beregnet verdi.
Igor Ivanov. Nye målinger av gravitasjonskonstanten forvirrer situasjonen ytterligere (ubestemt) (13. september 2013). Hentet 14. september 2013.
Er gravitasjonskonstanten så konstant? Arkivkopi datert 14. juli 2014 på Wayback Machine
Brooks, Michael Kan jordas magnetfelt svinge tyngdekraften? (ubestemt) . New Scientist (21. september 2002). [Arkiveret på Wayback Machine Arkivert] 8. februar 2011.
Eroshenko Yu. N. Fysikknyheter på Internett (basert på elektroniske fortrykk), UFN, 2000, vol. 170, nr. 6, s. 680
Phys. Rev. Lett. 105 110801 (2010) på ArXiv.org
Fysikknyheter for oktober 2010
Quinn Terry, Parks Harold, Speake Clive, Davis Richard. Forbedret bestemmelse av G Bruk av to metoder // Fysiske vurderingsbrev. - 2013. - 5. september (bd. 111, nr. 10). - ISSN 0031-9007. - DOI:10.1103/PhysRevLett.111.101102 .
Quinn Terry, Speake Clive, Parks Harold, Davis Richard. Erratum: Forbedret bestemmelse av G Bruk av to metoder // Fysiske vurderingsbrev. - 2014. - 15. juli (bd. 113, nr. 3). - ISSN 0031-9007. - DOI:10.1103/PhysRevLett.113.039901 .

Rosi G., Sorrentino F., Cacciapuoti L., Prevedelli M., Tino G.M.

Forskere fra Russland og Kina har foredlet gravitasjonskonstanten ved å bruke to uavhengige metoder. Resultatene av studien er publisert i tidsskriftet Nature.

Gravitasjonskonstanten G er en av de grunnleggende konstantene i fysikk, som brukes i beregninger av gravitasjonsinteraksjonen mellom materielle legemer. I følge Newtons lov om universell gravitasjon er gravitasjonsinteraksjonen mellom to materielle punkter proporsjonal med produktet av massene deres og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem. Denne formelen inkluderer også en konstant koeffisient - gravitasjonskonstanten G. Astronomer kan nå måle masser og avstander mye mer nøyaktig enn gravitasjonskonstanten, og det er grunnen til at alle beregninger av gravitasjon mellom legemer akkumulerte en systematisk feil. Antagelig påvirker feilen knyttet til gravitasjonskonstanten også studiet av interaksjonene mellom atomer eller elementærpartikler.

Fysikere har gjentatte ganger målt denne mengden. I det nye arbeidet har et internasjonalt team av forskere, som inkluderte ansatte ved Statens astronomiske institutt oppkalt etter P.K. Sternberg (GAISH) Moscow State University, bestemte seg for å avgrense gravitasjonskonstanten ved å bruke to metoder og en torsjonspendel.

"I et eksperiment for å måle gravitasjonskonstanten, er det nødvendig å gjøre absolutte målinger av tre fysiske størrelser: masse, lengde og tid," kommenterer en av forfatterne av studien, Vadim Milyukov fra SAI. – Absolutte målinger kan alltid tynges av systematiske feil, så det var viktig å få to uavhengige resultater. Hvis de sammenfaller med hverandre, så er det tillit til at de er fri for systematikk. Resultatene våre stemmer med hverandre på nivået av tre standardavvik.»

Den første tilnærmingen som er brukt av forfatterne av studien, er den såkalte dynamiske metoden (time-of-swing-metoden, ToS). Forskerne beregnet hvordan frekvensen av torsjonsvibrasjoner endres avhengig av plasseringen til to testlegemer som fungerte som massekilder. Hvis avstanden mellom testlegemene minker, øker styrken av deres interaksjon, noe som følger av formelen for gravitasjonsinteraksjonen. Som et resultat øker oscillasjonsfrekvensen til pendelen.

Opplegg av et eksperimentelt oppsett med en torsjonspendel

Q. Li, C. Xie, J.-P. Liu et al.

Ved å bruke denne metoden tok forskerne hensyn til bidraget fra de elastiske egenskapene til pendelopphengstråden til målefeilene og prøvde å jevne dem ut. Eksperimentene ble utført på to uavhengige enheter plassert i en avstand på 150 m fra hverandre. I den første testet forskerne tre forskjellige fibre i suspensjonsfilamentet for å teste for mulige feil indusert av materialet. Den andre hadde en betydelig designendring: forskerne brukte en ny silikatfiber, et annet sett med pendler og vekter for å evaluere feil som avhenger av installasjonen.

Den andre metoden som brukes for å måle G er vinkelaks(AAF). Den måler ikke oscillasjonsfrekvensen, men vinkelakselerasjonen til pendelen forårsaket av testlegemer. Denne metoden for å måle G er ikke ny, men for å øke nøyaktigheten av beregningen endret forskerne radikalt utformingen av det eksperimentelle oppsettet: de erstattet aluminiumstativet med et glass slik at materialet ikke ville utvide seg når det ble oppvarmet . Nøye polerte rustfrie stålkuler med nær form og ensartethet til ideell ble brukt som testmasser.

For å redusere rollen til den menneskelige faktoren målte forskere nesten alle parametere gjentatte ganger. De studerte også i detalj effekten av temperatur og vibrasjon under rotasjon på avstanden mellom testlegemene.

Verdiene av gravitasjonskonstanten oppnådd som et resultat av eksperimentene (AAF - 6,674484(78)×10 -11 m 3 kg -1 s -2; ToS - 6,674184(78) × 10 -11 m 3 kg -1 s -2) sammenfaller med hverandre på nivået av tre standardavvik. I tillegg har begge den laveste usikkerheten av alle tidligere etablerte verdier og samsvarer med verdien anbefalt av Komiteen for data for vitenskap og teknologi (CODATA) i 2014. Disse studiene ga for det første et stort bidrag til å bestemme gravitasjonskonstanten, og for det andre viste det hvilken innsats som vil kreves i fremtiden for å oppnå enda større nøyaktighet.

Likte du materialet? i "Mine kilder" av Yandex.News og les oss oftere.

Pressemeldinger om vitenskapelig forskning, informasjon om de siste publiserte vitenskapelige artiklene og konferansekunngjøringer, samt data om tilskudd og vunne priser, vennligst send til [e-postbeskyttet] nettsted.

Da Newton oppdaget loven om universell gravitasjon, kjente han ikke til en eneste numerisk verdi av massene av himmellegemer, inkludert jorden. Han visste heller ikke verdien av konstanten G.

I mellomtiden har gravitasjonskonstanten G samme verdi for alle legemer i universet og er en av de grunnleggende fysiske konstantene. Hvordan kan du finne dens betydning?

Det følger av universell gravitasjonslov at G = Fr 2 /(m 1 m 2). Så, for å finne G, er det nødvendig å måle tiltrekningskraften F mellom legemer med kjente masser m 1 og m 2 og avstanden r mellom dem.

De første målingene av gravitasjonskonstanten ble gjort på midten av 1700-tallet. Det var mulig å anslå, men svært grovt, verdien av G på den tiden som et resultat av å vurdere pendelens tiltrekning til fjellet, hvis masse ble bestemt ved geologiske metoder.

Nøyaktige målinger av gravitasjonskonstanten ble først gjort i 1798 av den bemerkelsesverdige vitenskapsmannen Henry Cavendish, en velstående engelsk herre som var kjent som en eksentrisk og usosial person. Ved hjelp av de såkalte torsjonsbalansene (fig. 101) var Cavendish i stand til å måle den ubetydelige tiltrekningskraften mellom små og store metallkuler ved vridningsvinkelen til tråden A. For å gjøre dette måtte han bruke så følsomt utstyr at selv svake luftstrømmer kunne forvrenge målingene. Derfor, for å utelukke fremmede påvirkninger, plasserte Cavendish utstyret sitt i en boks som han la igjen i rommet, og han utførte selv observasjoner av utstyret ved hjelp av et teleskop fra et annet rom.

Eksperimenter har vist det

G ≈ 6,67 10 -11 N m 2 / kg 2.

Den fysiske betydningen av gravitasjonskonstanten er at den er numerisk lik kraften som to partikler med en masse på 1 kg hver, plassert i en avstand på 1 m fra hverandre, tiltrekkes. Denne kraften viser seg derfor å være ekstremt liten - bare 6,67 · 10 -11 N. Er dette bra eller dårlig? Beregninger viser at hvis gravitasjonskonstanten i universet vårt hadde en verdi, for eksempel 100 ganger større enn den ovenfor, ville dette føre til at levetiden til stjerner, inkludert solen, ville reduseres kraftig og intelligent liv på jorden ville ikke vises. Med andre ord, vi ville ikke vært med deg nå!

En liten verdi på G fører til at gravitasjonsinteraksjonen mellom vanlige legemer, for ikke å snakke om atomer og molekyler, er veldig svak. To personer som veier 60 kg i en avstand på 1 m fra hverandre tiltrekkes med en kraft lik bare 0,24 mikron.

Men etter hvert som massene av kropper øker, øker rollen til gravitasjonsinteraksjonen. Så for eksempel når kraften til gjensidig tiltrekning av jorden og månen 10 20 N, og tiltrekningen av jorden av solen er 150 ganger sterkere. Derfor er bevegelsen til planeter og stjerner allerede fullstendig bestemt av gravitasjonskrefter.

I løpet av sine eksperimenter beviste Cavendish også for første gang at ikke bare planeter, men også vanlige kropper som omgir oss i hverdagen tiltrekkes i henhold til den samme tyngdeloven, som ble oppdaget av Newton som et resultat av analysen av astronomiske data. Denne loven er virkelig loven om universell gravitasjon.

«Tyngeloven er universell. Den strekker seg over store avstander. Og Newton, som var interessert i solsystemet, kunne godt ha forutsett hva som ville komme ut av Cavendish-eksperimentet, fordi Cavendish-skalaene, to tiltrekkende kuler, er en liten modell av solsystemet. Hvis du øker det ti millioner millioner ganger, så får vi solsystemet. La oss øke den ti millioner millioner ganger mer – og her har du galakser som er tiltrukket av hverandre etter samme lov. Naturen broderer sitt mønster og bruker bare de lengste trådene, og enhver, selv den minste, prøven av den kan åpne øynene våre for strukturen til helheten ”(R. Feynman).

1. Hva er den fysiske betydningen av gravitasjonskonstanten? 2. Hvem var den første som gjorde nøyaktige målinger av denne konstanten? 3. Hva fører den lille verdien til gravitasjonskonstanten til? 4. Hvorfor føler du deg ikke tiltrukket av ham når du sitter ved siden av en venn ved et skrivebord?