Dom
Dokumentacija
Kolika je vrijednost gravitacijske konstante. Šta je gravitaciona konstanta, kako se izračunava i gde se koristi ta vrednost

Kolika je vrijednost gravitacijske konstante. Šta je gravitaciona konstanta, kako se izračunava i gde se koristi ta vrednost

Da bismo objasnili posmatranu evoluciju Univerzuma u okviru postojećih teorija, potrebno je pretpostaviti da su neke fundamentalne konstante konstantnije od drugih.

U nizu osnovnih fizičkih konstanti - brzina svjetlosti, Planckova konstanta, naboj i masa elektrona - gravitacijska konstanta stoji nekako odvojeno. Čak je i istorija njegovog merenja opisana u čuvenim enciklopedijama Britannica i Larousse, da ne spominjemo "Fizičku enciklopediju", sa greškama. Iz relevantnih članaka u njima čitalac će saznati da je njegovu numeričku vrijednost prvi odredio u preciznim eksperimentima 1797–1798 poznati engleski fizičar i hemičar Henry Cavendish (Henry Cavendish, 1731–1810), vojvoda od Devonshirea. U stvari, Cavendish je izmjerio prosječnu gustinu Zemlje (njegovi podaci se, inače, samo pola procenta razlikuju od rezultata modernih studija). Imajući informacije o gustini Zemlje, lako možemo izračunati njenu masu, a znajući masu odrediti gravitacionu konstantu.

Intriga je da u vrijeme Cavendisha koncept gravitacijske konstante još nije postojao, a zakon univerzalne gravitacije nije bio prihvaćen da bude napisan u nama poznatom obliku. Podsjetimo da je gravitacijska sila proporcionalna proizvodu masa gravitirajućih tijela i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između ovih tijela, dok je koeficijent proporcionalnosti upravo gravitaciona konstanta. Ovaj oblik pisanja Njutnovog zakona pojavljuje se tek u 19. veku. A prvi eksperimenti u kojima je mjerena gravitacijska konstanta izvedeni su već krajem stoljeća - 1884. godine.

Kako primećuje ruski istoričar nauke Konstantin Tomilin, gravitaciona konstanta se razlikuje od ostalih fundamentalnih konstanti i po tome što prirodna skala bilo koje fizičke veličine nije povezana sa njom. Istovremeno, brzina svjetlosti određuje graničnu vrijednost brzine, a Plankova konstanta - minimalnu promjenu u akciji.

I samo u odnosu na gravitacionu konstantu, postavljena je hipoteza da se njena brojčana vrijednost može mijenjati s vremenom. Ovu ideju prvi je formulisao 1933. godine engleski astrofizičar Edward Milne (Edward Arthur Milne, 1896-1950), a 1937. poznati engleski teoretski fizičar Paul Dirac (Paul Dirac, 1902-1984), u okviru tzv. nazvana "hipoteza velikih brojeva", sugerira da se gravitacijska konstanta smanjuje s kosmološkim vremenom. Diracova hipoteza zauzima važno mjesto u historiji teorijske fizike dvadesetog stoljeća, ali nije poznata ni manje ni više pouzdana eksperimentalna potvrda.

U direktnoj vezi sa gravitacionom konstantom je takozvana "kosmološka konstanta", koja se prvi put pojavila u jednadžbama opće teorije relativnosti Alberta Einsteina. Nakon što je otkrio da ove jednačine opisuju ili šireći ili sužavajući univerzum, Ajnštajn je jednačinama veštački dodao "kosmološki termin", što je obezbedilo postojanje stacionarnih rešenja. Njegovo fizičko značenje svelo se na postojanje sile koja kompenzuje sile univerzalne gravitacije i koja se manifestuje samo u veoma velikim razmerama. Neuspjeh modela stacionarnog Univerzuma postao je očigledan Ajnštajnu nakon objavljivanja radova američkog astronoma Edvina Habla (Edwin Powell Hubble, 1889–1953) i sovjetskog matematičara Alexandera Friedmana, koji su dokazali valjanost drugačijeg modela, prema kojoj se svemir širi u vremenu. Godine 1931. Ajnštajn je napustio kosmološku konstantu, nazvavši je privatno "najvećom greškom u svom životu".

Priča se, međutim, tu nije završila. Nakon što je ustanovljeno da se širenje Univerzuma ubrzava posljednjih pet milijardi godina, pitanje postojanja antigravitacije ponovo je postalo aktuelno; zajedno sa njom, kosmološka konstanta se vratila u kosmologiju. Istovremeno, savremeni kosmolozi povezuju antigravitaciju sa prisustvom takozvane "tamne energije" u svemiru.

I gravitaciona konstanta, kosmološka konstanta i "tamna energija" bile su predmet intenzivne diskusije na nedavnoj konferenciji na Londonskom Imperijal koledžu o nerešenim problemima u standardnom modelu kosmologije. Jedna od najradikalnijih hipoteza formulisana je u izvještaju Philipa Mannheima, fizičara čestica sa Univerziteta Connecticut u Storsu. Zapravo, Mannheim je predložio da se gravitacijskoj konstanti oduzme status univerzalne konstante. Prema njegovoj hipotezi, "tabelarna vrijednost" gravitacijske konstante određena je u laboratoriji smještenoj na Zemlji, a može se koristiti samo unutar Sunčevog sistema. Na kosmološkoj skali, gravitaciona konstanta ima drugačiju, mnogo manju numeričku vrijednost, koja se može izračunati metodama fizike elementarnih čestica.

Predstavljajući svoju hipotezu svojim kolegama, Manhajm je pre svega nastojao da približi rešenje "problema kosmološke konstante", koji je veoma relevantan za kosmologiju. Suština ovog problema je sljedeća. Prema modernim konceptima, kosmološka konstanta karakterizira brzinu širenja Univerzuma. Njegova numerička vrijednost, utvrđena teoretski metodama kvantne teorije polja, je 10 120 puta veća od one dobivene opservacijama. Teorijska vrijednost kosmološke konstante je toliko velika da pri odgovarajućoj brzini širenja Univerzuma, zvijezde i galaksije jednostavno ne bi imale vremena da se formiraju.

Manhajm svoju hipotezu o postojanju dve različite gravitacione konstante – za Sunčev sistem i za međugalaktičke razmere – potkrepljuje na sledeći način. Prema njemu, ono što se zapravo utvrđuje u posmatranjima nije sama kosmološka konstanta, već neka veličina proporcionalna proizvodu kosmološke konstante i gravitacione konstante. Pretpostavimo da je na međugalaktičkim skalama gravitaciona konstanta vrlo mala, dok vrijednost kosmološke konstante odgovara izračunatoj i vrlo je velika. U ovom slučaju, proizvod dvije konstante može biti mala vrijednost, što nije u suprotnosti sa zapažanjima. "Možda je vrijeme da prestanete tretirati kosmološku konstantu kao malu", kaže Mannheim, "samo prihvatite da je velika i krenite odatle." U ovom slučaju je riješen "problem kosmološke konstante".

Manhajmovo rešenje izgleda jednostavno, ali cena za to je veoma visoka. Kako Zeeya Merali ističe u knjizi "Dvije konstante su bolje od jedne" koju je objavio New Scientist 28. aprila 2007., uvođenjem dvije različite numeričke vrijednosti za gravitacijsku konstantu, Mannheim mora neizbježno napustiti Ajnštajnove jednačine opšte relativnosti. Osim toga, Mannheimova hipoteza čini pojam "tamne energije" prihvaćen od strane većine kosmologa suvišnim, budući da je mala vrijednost gravitacijske konstante na kosmološkim skalama sama po sebi ekvivalentna pretpostavci postojanja antigravitacije.

Keith Horne sa britanskog univerziteta St. Andrew (Univerzitet St Andrew) pozdravlja Mannheimovu hipotezu, jer koristi fundamentalne principe fizike čestica: "Veoma je elegantna i bilo bi sjajno kada bi se pokazalo da je tačna." Prema Hornu, u ovom slučaju bismo mogli spojiti fiziku čestica i teoriju gravitacije u jednu vrlo atraktivnu teoriju.

Ali ne slažu se svi s njom. New Scientist također citira kosmologa Toma Shanksa koji je rekao da neke pojave koje se vrlo dobro uklapaju u standardni model, kao što su nedavna mjerenja CMB-a i kretanje binarnih pulsara, vjerojatno neće biti tako lako objašnjene u Mannheimovoj teoriji.

Sam Mannheim ne poriče probleme s kojima se susreće njegova hipoteza, ali napominje da ih smatra mnogo manje značajnima u poređenju sa poteškoćama standardnog kosmološkog modela: „Razvijaju ga stotine kosmologa, a ipak je nezadovoljavajuće od strane 120 redova veličine."

Treba napomenuti da je Manhajm pronašao određeni broj pristalica koji su ga podržavali kako bi se isključili oni najgori. Najgorem su pripisali hipotezu koju su 2006. iznijeli Paul Steinhardt (Paul Steinhardt) sa Univerziteta Princeton (Princeton University) i Neil Turok (Neil Turok) sa Cambridgea (Cambridge University), prema kojoj se svemir periodično rađa i nestaje , i u svakom od ciklusa (koji traju trilion godina) ima svoj Veliki prasak, a istovremeno je u svakom ciklusu numerička vrijednost kosmološke konstante manja nego u prethodnom. Izuzetno beznačajna vrijednost kosmološke konstante, zabilježena u zapažanjima, znači da je naš Univerzum veoma udaljena karika u veoma dugom lancu svjetova u nastajanju i nestajanju...

m 1 i m 2 na daljinu r, jednako je: 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, ili N m² kg −2.

Gravitaciona konstanta je osnova za pretvaranje drugih fizičkih i astronomskih veličina, kao što su mase planeta u svemiru, uključujući Zemlju, kao i druga kosmička tijela, u tradicionalne mjerne jedinice, kao što su kilogrami. Istovremeno, zbog slabosti gravitacione interakcije i rezultirajuće niske tačnosti merenja gravitacione konstante, odnosi masa kosmičkih tela obično su poznati mnogo tačnije od pojedinačnih masa u kilogramima.

Gravitaciona konstanta je jedna od osnovnih mjernih jedinica u Plankovom sistemu jedinica.

Istorija mjerenja

Gravitaciona konstanta se pojavljuje u modernim zapisima zakona univerzalne gravitacije, ali je eksplicitno odsutna od Njutna i u radovima drugih naučnika do početka 19. veka. 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 put učinio francuski fizičar Poisson u Traktatu o mehanici (1809), barem nijedan raniji rad u kojem bi se gravitaciona konstanta pojavila istoričari [ ] .

G\u003d 6,67554(16) × 10 −11 m 3 s −2 kg −1 (standardna relativna greška 25 ppm (ili 0,0025%), originalna objavljena vrijednost se neznatno razlikovala od konačne zbog greške u proračunima i kasnije je ispravili autori).

vidi takođe

Bilješke

  1. U opštoj relativnosti, notacija pomoću slova G, se rijetko koriste, jer se tamo ovo slovo obično koristi za označavanje Ajnštajnovog tenzora.
  2. Po definiciji, mase uključene u ovu jednačinu su gravitacijske mase, međutim, razlika između veličine gravitacijske i inercijalne mase bilo kojeg tijela još nije eksperimentalno pronađena. Teoretski, u okviru modernih ideja, jedva da se razlikuju. Ovo je općenito bila standardna pretpostavka još od Newtonovog vremena.
  3. Nova mjerenja gravitacijske konstante još više zbunjuju situaciju // Elementy.ru, 13.09.2013.
  4. CODATA Međunarodno preporučene vrijednosti osnovnih fizičkih konstanti(engleski) . Pristupljeno 30. juna 2015.
  5. Različiti autori daju različite rezultate, od 6,754⋅10 −11 m²/kg² do (6,60 ± 0,04)⋅10 −11 m³/(kg s³) - vidi Cavendish eksperiment#Izračunata vrijednost.
  6. Igor Ivanov. Nova mjerenja gravitacijske konstante dodatno zbunjuju situaciju (neodređeno) (13. septembar 2013.). Pristupljeno 14. septembra 2013.
  7. Da li je gravitaciona konstanta tako konstantna? Arhivska kopija od 14. jula 2014. u Wayback Machine
  8. Bruks, Majkl Može li Zemljino magnetsko polje uticati na gravitaciju? (neodređeno) . Novi naučnik (21. septembar 2002). [Arhivirano na Wayback Machine arhivirano] 8. februara 2011.
  9. Eroshenko Yu. N. Vijesti iz fizike na Internetu (na osnovu elektronskih preprinta), UFN, 2000, tom 170, br.6, str. 680
  10. Phys. Rev. Lett. 105 110801 (2010) na ArXiv.org
  11. Vijesti iz fizike za oktobar 2010
  12. Quinn Terry, Parks Harold, Speake Clive, Davis Richard. Poboljšano određivanje G Korištenje dvije metode // Physical Review Letters. - 2013. - 5. septembar (sv. 111, br. 10). - ISSN 0031-9007. - DOI:10.1103/PhysRevLett.111.101102 .
  13. Quinn Terry, Speake Clive, Parks Harold, Davis Richard. Erratum: poboljšano određivanje G Korištenje dvije metode // Physical Review Letters. - 2014. - 15. jul (sv. 113, br. 3). - ISSN 0031-9007. - DOI:10.1103/PhysRevLett.113.039901 .
  14. Rosi G., Sorrentino F., Cacciapuoti L., Prevedelli M., Tino G. M.

Eksperimenti merenja gravitacione konstante G, koje je poslednjih godina sprovelo nekoliko grupa, pokazuju zapanjujuće međusobno neslaganje. Nedavno objavljeno novo mjerenje, napravljeno u Međunarodnom birou za utege i mjere, razlikuje se od svih njih i samo pogoršava problem. Gravitaciona konstanta ostaje izuzetno nepopustljiva veličina za precizno merenje.

Mjerenja gravitacijske konstante

Gravitaciona konstanta G, poznata i kao Newtonova konstanta, jedna je od najvažnijih fundamentalnih konstanti prirode. Ovo je konstanta koja ulazi u Newtonov zakon univerzalne gravitacije; ne zavisi od svojstava privlačenja tela, niti od okolnih uslova, već karakteriše intenzitet same gravitacione sile. Naravno, takva fundamentalna karakteristika našeg svijeta važna je za fiziku i ona mora biti precizno izmjerena.

Međutim, situacija sa mjerenjem G je i dalje vrlo neobična. Za razliku od mnogih drugih fundamentalnih konstanti, gravitacionu konstantu je vrlo teško izmjeriti. Činjenica je da se tačan rezultat može dobiti samo u laboratorijskim eksperimentima, mjerenjem sile privlačenja dva tijela poznate mase. Na primjer, u klasičnom eksperimentu Henryja Cavendisha (slika 2), bučica od dvije teške loptice okačena je na tanku nit, a kada se drugo masivno tijelo gurne na stranu ovih loptica, gravitacijska sila teži da ovu lopticu rotira. bučica pod nekim uglom, dok je rotacijski moment sile lagano uvijen niti neće kompenzirati gravitaciju. Mjerenjem ugla rotacije bučice i poznavanjem elastičnih svojstava niti, može se izračunati sila gravitacije, a time i gravitaciona konstanta.

Ovaj uređaj (naziva se "torziona ravnoteža") u različitim modifikacijama koristi se u modernim eksperimentima. Takvo mjerenje je u suštini vrlo jednostavno, ali teško u izvođenju, jer zahtijeva precizno poznavanje ne samo svih masa i svih udaljenosti, već i elastičnih svojstava niti, a također obavezuje da se sve nuspojave, kako mehaničke tako i termičke, minimiziraju. . Međutim, nedavno su se pojavila prva mjerenja gravitacijske konstante drugim, atomskim interferometrijskim metodama, koje koriste kvantnu prirodu materije. Međutim, tačnost ovih mjerenja je još uvijek mnogo inferiornija od mehaničkih instalacija, iako je, možda, budućnost u njima (detalje pogledajte u vijestima Gravitacijska konstanta se mjeri novim metodama, "Elementi", 22.01.2007.) .

Na ovaj ili onaj način, ali, unatoč više od dvije stotine godina povijesti, tačnost mjerenja ostaje vrlo skromna. Trenutna "zvanična" vrijednost koju preporučuje Američki nacionalni institut za standarde (NIST) je (6,67384 ± 0,00080)·10 -11 m 3 kg -1 s -2. Relativna greška je ovdje 0,012%, ili 1,2 10 -4, ili, u još poznatijoj notaciji za fizičare, 120 ppm (milionitih dijelova), a to je nekoliko redova veličine gore od tačnosti mjerenja drugih jednako važnih veličina. Štaviše, već nekoliko decenija merenje gravitacione konstante nije prestalo da bude izvor glavobolje za eksperimentalne fizičare. Uprkos desetinama sprovedenih eksperimenata i poboljšanju same tehnike merenja, tačnost merenja je ostala niska. Relativna greška od 10–4 postignuta je prije 30 godina i od tada nije bilo poboljšanja.

Stanje od 2010

U posljednjih nekoliko godina situacija je postala još dramatičnija. Između 2008. i 2010. tri grupe su objavile nova mjerenja G. Tim eksperimentatora je godinama radio na svakom od njih, ne samo direktno mjereći G, već i pažljivo tražeći i ponovno provjeravajući sve moguće izvore grešaka. Svako od ova tri mjerenja bilo je vrlo precizno: greške su bile 20-30 ppm. U teoriji, ova tri mjerenja su trebala značajno poboljšati naše znanje o brojčanoj vrijednosti G. Jedina je nevolja što su se sva međusobno razlikovala za čak 200–400 ppm, odnosno za desetak deklarisanih grešaka! Ova situacija od 2010. godine prikazana je na Sl. 3 i ukratko opisano u bilješci Nezgodna situacija sa gravitacionom konstantom.

Sasvim je jasno da sama gravitaciona konstanta nije kriva; zaista mora biti isto uvek i svuda. Na primjer, postoje satelitski podaci koji, iako ne dozvoljavaju dobro mjerenje numeričke vrijednosti konstante G, omogućavaju provjeru njene nepromjenjivosti – ako se G promijeni za najmanje jedan trilionti dio (tj. za 10 –12) za godinu dana, to bi već bilo primjetno . Stoga je jedini zaključak koji iz ovoga proizilazi da u nekim (ili nekim) od ova tri eksperimenta postoje neobračunati izvori grešaka. Ali u čemu?

Jedini način da pokušate to shvatiti je da ponovite mjerenja na drugim postavkama, po mogućnosti različitim metodama. Nažalost, ovdje još nije bilo moguće postići određenu raznolikost metoda, jer se u svim eksperimentima koristi jedan ili drugi mehanički uređaj. Ali ipak, različite implementacije mogu imati različite instrumentalne greške, a poređenje njihovih rezultata omogućit će razumijevanje situacije.

nova dimenzija

Pre neki dan u časopisu Physical Review Letters objavljeno je jedno takvo mjerenje. Mala grupa istraživača koji rade u Međunarodnom birou za utege i mjere u Parizu izgradila je aparat od nule koji je omogućio mjerenje gravitacijske konstante na dva različita načina. To je ista torzijska vaga, ali ne sa dva, već sa četiri identična cilindra montirana na disk okačen na metalni navoj (unutrašnji dio instalacije na sl. 1). Ova četiri utega u gravitacionoj interakciji sa četiri druga, veća cilindra postavljena na vrtuljak koji se može rotirati pod proizvoljnim uglom. Šema sa četiri tijela umjesto dva omogućava minimiziranje gravitacijske interakcije s asimetrično lociranim objektima (na primjer, zidovi laboratorijske sobe) i fokusiranje posebno na gravitacijske sile unutar instalacije. Sam konac nema okrugli, već pravokutni presjek; prije nije konac, nego tanka i uska metalna traka. Ovaj izbor omogućava ravnomjernije prenošenje opterećenja duž njega i minimiziranje ovisnosti o elastičnim svojstvima tvari. Čitav aparat je u vakuumu i na određenom temperaturnom režimu, koji se održava sa tačnošću od stotog dela stepena.

Ovaj uređaj vam omogućava da izvršite tri vrste merenja gravitacione konstante (pogledajte detalje u samom članku i na stranici istraživačke grupe). Prvo, ovo je doslovna reprodukcija Cavendishovog eksperimenta: podignut je teret, vaga je okrenuta pod određenim uglom, a ovaj ugao se meri optičkim sistemom. Drugo, može se pokrenuti u načinu torzijskog klatna, kada se unutrašnja instalacija povremeno rotira naprijed-nazad, a prisutnost dodatnih masivnih tijela mijenja period oscilovanja (međutim, istraživači nisu koristili ovu metodu). Konačno, njihova instalacija omogućava mjerenje gravitacijske sile nema skretanja utezi. To se postiže uz pomoć elektrostatičke servo kontrole: električni naboji se primjenjuju na tijela koja djeluju na način da elektrostatičko odbijanje u potpunosti kompenzira gravitacijsko privlačenje. Ovaj pristup nam omogućava da se riješimo instrumentalnih grešaka povezanih posebno s mehanikom rotacije. Mjerenja su pokazala da dvije metode, klasična i elektrostatička, daju konzistentne rezultate.

Rezultat novog mjerenja je prikazan kao crvena tačka na sl. 4. Može se vidjeti da ovo mjerenje ne samo da nije riješilo bolnu tačku, već je još više pogoršalo problem: veoma se razlikuje od svih drugih nedavnih mjerenja. Dakle, do sada već imamo četiri (ili pet, ako se računaju neobjavljeni podaci iz kalifornijske grupe) različita i, u isto vrijeme, prilično točna mjerenja, i svi se drastično razlikuju jedni od drugih! Razlika između dvije najekstremnije (i hronološki najnovije) vrijednosti već premašuje 20(!) deklarisanih grešaka.

Što se tiče novog eksperimenta, evo šta treba dodati. Ova grupa istraživača je već izvela sličan eksperiment 2001. I tada su također dobili vrijednost blisku trenutnoj, ali samo nešto manje tačnu (vidi sliku 4). Moglo bi se posumnjati da jednostavno ponavljaju mjerenja na istom hardveru, ako ne za jedno "ali" - onda je drugi instalacija. Iz tog starog pogona sada su uzeli samo vanjske cilindre od 11 kg, ali je kompletan centralni aparat sada obnovljen. Ako su zaista imali neku vrstu neobračunatog efekta povezanog specifično s materijalima ili proizvodnjom uređaja, onda bi se to moglo promijeniti i "povući" novi rezultat. Ali rezultat je ostao otprilike na istom mjestu kao 2001. godine. Autori rada to vide kao dodatni dokaz čistoće i pouzdanosti svojih mjerenja.

Situacija kada četiri ili pet rezultata dobijaju različite grupe odjednom sve razlikuju se za desetak ili dvije deklariranih grešaka, očigledno bez presedana za fiziku. Koliko god tačnost svakog mjerenja bila visoka i koliko god autori bili ponosni, to sada nije od značaja za utvrđivanje istine. A za sada, pokušaj da se na njihovoj osnovi sazna pravu vrijednost gravitacijske konstante može se učiniti samo na jedan način: staviti vrijednost negdje u sredinu i pripisati grešku koja će pokriti cijeli ovaj interval (tj. pola do dva puta pogoršati trenutna preporučena greška). Ostaje nam samo nadati se da će naredna mjerenja pasti u ovaj interval i da će postepeno dati prednost nekoj jednoj vrijednosti.

Na ovaj ili onaj način, ali gravitaciona konstanta nastavlja biti zagonetka fizike mjerenja. Za koliko godina (ili decenija) će ova situacija zapravo početi da se popravlja, sada je teško predvideti.

(gravitaciona konstanta – veličina nije konstanta)

Dio 1

Fig.1

U fizici postoji samo jedna konstanta povezana sa gravitacijom, a to je gravitaciona konstanta (G). Ova konstanta je dobijena eksperimentalno i nema veze s drugim konstantama. U fizici se smatra fundamentalnim.

Nekoliko članaka će biti posvećeno ovoj konstanti, gdje ću pokušati pokazati neuspjeh njene postojanosti i nedostatak temelja pod njom. Tačnije, ispod njega se nalazi temelj, ali nešto drugačiji.

Kakav je značaj stalne gravitacije i zašto se ona tako pažljivo mjeri? Da bismo razumjeli, potrebno je ponovo se vratiti na zakon univerzalne gravitacije. Štaviše, zašto su fizičari prihvatili ovaj zakon, počeli su da ga nazivaju "najvećom generalizacijom koju je postigao ljudski um". Njegova formulacija je jednostavna: dva tijela djeluju jedno na drugo sa silom koja je obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih i direktno proporcionalna proizvodu njihovih masa.

G je gravitaciona konstanta

Iz ove jednostavne formule proizlaze mnogi vrlo netrivijalni zaključci, ali nema odgovora na fundamentalna pitanja: kako i zbog čega djeluje sila gravitacije?

Ovaj zakon ne govori ništa o mehanizmu nastanka sile privlačenja, međutim, on se još uvijek koristi i očigledno će se koristiti više od jednog stoljeća.

Neki naučnici ga grde, drugi ga obožavaju. I ovi i drugi ne mogu bez toga, jer. bolje od svega što su smislili a nisu otvorili. Praktičari u istraživanju svemira, znajući za nesavršenost ovog zakona, koriste tablice korekcija, koje se ažuriraju novim podacima nakon svakog lansiranja letjelice.

Teoretičari pokušavaju ispraviti ovaj zakon uvođenjem korekcija, dodatnih koeficijenata, tražeći dokaz o postojanju greške u dimenziji gravitacijske konstante G, ali ništa se ne ukorjenjuje, a Newtonova formula ostaje u izvornom obliku.

Uzimajući u obzir različite nejasnoće i nepreciznosti u proračunima koji koriste ovu formulu, to još uvijek treba ispraviti.

Nadaleko je poznat Njutnov izraz: "Gravitacija je univerzalna", odnosno gravitacija je univerzalna. Ovaj zakon opisuje gravitacionu interakciju između dva tela, gde god da se nalaze u Univerzumu; ovo je suština njegovog univerzalizma. Gravitaciona konstanta G, uključena u jednačinu, smatra se univerzalnom konstantom prirode.

Konstanta G nam omogućava da izvršimo zadovoljavajuće proračune u zemaljskim uslovima, logično, ona bi trebala biti odgovorna za energetsku interakciju, ali šta uzeti od konstante.

Zanimljivo je mišljenje naučnika (V.E. Kostyushko), koji je pravio prave eksperimente da bi razumeo i otkrio zakone prirode, fraza: „Priroda nema ni fizičke zakone, ni fizičke konstante sa dimenzijama koje je izmislio čovek. “U slučaju gravitacione konstante, u nauci je uvriježeno mišljenje da je ta vrijednost pronađena i numerički procijenjena. Međutim, njegovo specifično fizičko značenje još nije utvrđeno, a to je prvenstveno zbog toga što se, zapravo, kao rezultat pogrešnih radnji, odnosno grubih grešaka, dobija besmislena i potpuno besmislena vrijednost apsurdne dimenzije.

Ne bih da se stavljam u tako kategoričan položaj, ali moramo konačno shvatiti značenje ove konstante.

Trenutno, vrijednost gravitacijske konstante je odobrena od strane Komiteta za osnovne fizičke konstante: G=6,67408·10 -11 m³/(kg·s²) [KODATA 2014] . Uprkos činjenici da se ova konstanta pažljivo mjeri, ona ne ispunjava zahtjeve nauke. Stvar je u tome što ne postoji tačna podudarnost rezultata između sličnih mjerenja sprovedenih u različitim laboratorijama svijeta.

Kao što primećuju Melnikov i Pronin: „Istorijski gledano, gravitacija je bila prvi predmet naučnog istraživanja. Iako je prošlo više od 300 godina od pojave zakona gravitacije, koji dugujemo Newtonu, konstanta gravitacijske interakcije ostaje najmanje precizno izmjerena u poređenju sa ostalima.

Osim toga, glavno pitanje o samoj prirodi gravitacije i njenoj suštini ostaje otvoreno. Kao što znate, sam Njutnov zakon univerzalne gravitacije je verifikovan sa mnogo većom tačnošću od tačnosti konstante G. Glavno ograničenje za tačno određivanje gravitacionih sila nameće gravitaciona konstanta, pa stoga i posebna pažnja na nju.

Jedno je obratiti pažnju, a sasvim drugo - tačnost podudarnosti rezultata pri mjerenju G. U dva najpreciznija mjerenja, greška može dostići reda veličine 1/10000. Ali kada su mjerenja obavljena u različitim točkama na planeti, vrijednosti bi mogle premašiti eksperimentalnu grešku za red veličine ili više!

Kakva je to konstanta, kada postoji tako ogroman raspršivanje očitavanja tokom njenih mjerenja? Ili možda to uopće nije konstanta, već mjerenje nekih apstraktnih parametara. Ili su mjerenja prekrivena interferencijom nepoznata istraživačima? Tu se pojavljuje nova osnova za razne hipoteze. Neki naučnici se pozivaju na Zemljino magnetno polje: "Uzajamni uticaj Zemljinog gravitacionog i magnetnog polja dovodi do toga da će Zemljina gravitacija biti jača na onim mestima gde je magnetno polje jače." Diracovi sljedbenici tvrde da se gravitacijska konstanta mijenja s vremenom, itd.

Neka pitanja se uklanjaju zbog nedostatka dokaza, dok se druga pojavljuju i to je prirodan proces. Ali takva sramota ne može trajati beskonačno, nadam se da će moje istraživanje pomoći da se uspostavi pravac ka istini.

Prvi kome se pripisuje primat eksperimenta u mjerenju konstantne gravitacije bio je engleski hemičar Henry Cavendish, koji je 1798. godine krenuo da odredi gustinu Zemlje. Za tako delikatan eksperiment koristio je torzijsku vagu koju je izumio J. Michell (sada izložen u Nacionalnom muzeju Velike Britanije). Cavendish je uporedio oscilacije klatna ispitnog tijela pod uticajem gravitacije kugli poznate mase u Zemljinom gravitacionom polju.

Eksperimentalni podaci, kako se kasnije pokazalo, bili su korisni za određivanje G. Rezultat koji je dobio Cavendish je fenomenalan, razlikuje se za samo 1% od onog koji je danas prihvaćen. Treba napomenuti kako je to bilo veliko dostignuće u njegovoj eri. Za više od dva vijeka, nauka o eksperimentu je napredovala za samo 1%? Nevjerovatno, ali istinito. Štaviše, ako se uzmu u obzir fluktuacije i nemogućnost njihovog prevazilaženja, vrijednost G se dodijeli umjetno, ispada da uopće nismo napredovali u preciznosti mjerenja od vremena Cavendisha!

Da! Nismo nigdje napredovali, nauka je na sedždi - ne razumijevanje gravitacije!

Zašto nauka praktično nije napredovala u preciznosti merenja ove konstante više od tri veka? Možda je sve u alatu koji koristi Cavendish. Torzione vage - izum iz 16. veka, ostale su u službi naučnika do danas. Naravno, ovo više nije ista torzijska ravnoteža, pogledajte fotografiju, sl. 1. Uprkos zvižducima moderne mehanike i elektronike, plus vakuum, stabilizacija temperature, rezultat se praktično nije pomjerio. Očigledno nešto ovdje nije u redu.

Naši preci i savremenici su činili razne pokušaje merenja G na različitim geografskim širinama i na najneverovatnijim mestima: dubokim rudnicima, ledenim pećinama, bunarima, na TV tornjevima. Dizajn torzijskih vaga je poboljšan. Nova mjerenja, kako bi se razjasnila gravitaciona konstanta, ponovljena su i verifikovana. Ključni eksperiment postavili su u Los Alamosu 1982. G. Luther i W. Towler. Njihova instalacija je podsjećala na Cavendish torzione vage, s kuglicama od volframa. Rezultat ovih mjerenja, 6,6726(50)?10 -11 m 3 kg -1 s -2 (tj. 6,6726 ± 0,0005), uzet je kao osnova za podatke koje je preporučio Komitet za nauku i tehnologiju (CODATA) vrijednosti godine 1986.

Sve je bilo mirno do 1995. godine, kada je grupa fizičara u njemačkoj PTB laboratoriji u Braunschweigu, koristeći modificiranu postavku (vage plutale po površini žive, sa kuglicama velike mase), dobila G vrijednost (0,6 ± 0,008)% više nego što je opšteprihvaćeno. Kao rezultat toga, 1998. godine greška mjerenja G je povećana za skoro red veličine.

Trenutno se aktivno raspravlja o eksperimentima za testiranje zakona univerzalne gravitacije, zasnovanog na atomskoj interferometriji, za mjerenje mikroskopskih testnih masa i još jedan test Newtonovog zakona gravitacije u mikrokosmosu.

Učinjeni su pokušaji da se koriste i druge metode mjerenja G, ali korelacija između mjerenja ostaje praktično nepromijenjena. Ovaj fenomen se sada naziva kršenje zakona inverznog kvadrata ili “peta sila”. Peta sila sada uključuje i određene čestice (polja) Higgsa - čestice Boga.

Čini se da su uspeli da fiksiraju božansku česticu, odnosno da je izračunaju, pošto su fizičari koji učestvuju u eksperimentu na Velikom hadronskom sudaraču (LHC) (LHC) senzacionalno preneli Svetu poruku.

Oslonite se na Higsov bozon, ali nemojte sami pogriješiti!

Pa šta je to tajanstvena konstanta koja hoda sama po sebi, i nikuda bez nje?

Čitamo nastavak članka

Istorija mjerenja

Gravitaciona konstanta se pojavljuje u modernim zapisima zakona univerzalne gravitacije, ali je eksplicitno odsutna od Njutna i u radovima drugih naučnika do početka 19. veka. 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 put uradio francuski fizičar Poisson u Traktatu o mehanici (1809), barem nijedan raniji rad u kojem bi se gravitaciona konstanta pojavila istoričari nisu identifikovali. Godine 1798. Henry Cavendish je postavio 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 povećao se od vremena Cavendisha, ali je njegov rezultat već bio prilično blizak modernom.

vidi takođe

Bilješke

Linkovi

  • Gravitaciona konstanta- članak iz Velike sovjetske enciklopedije

Wikimedia fondacija. 2010 .

  • Darwin (svemirski projekat)
  • Faktor umnožavanja brzih neutrona

Pogledajte šta je "gravitaciona konstanta" u drugim rječnicima:

    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 gravitacijski zakon), 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 fizička 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 (za 1980.). Najtačnija vrijednost G. p. ... ... Physical Encyclopedia

    gravitaciona konstanta- — Teme Industrija nafte i gasa EN gravitaciona konstanta… Priručnik tehničkog prevodioca

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

    gravitaciona konstanta- (označeno sa G), koeficijent proporcionalnosti u Newtonovom zakonu gravitacije (vidi. Univerzalni gravitacijski zakon), G \u003d (6,67259 + 0,00085) 10 11 N m2 / kg2. * * * GRAVITACIJSKA KONSTANTA GRAVITACIONA KONSTANTA (označena G), faktor… … enciklopedijski rječnik

    GRAVITACIONA KONSTANTA- gravitaciona konstanta, univers. fizički konstanta G, uključena u gripu, izražavajući Njutnov zakon gravitacije: G = (6,672 59 ± 0,000 85)*10 11N*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 privučenih tela, r je rastojanje između tela. Ostale oznake 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 decenijama i stotinama godina od G. Galilea, I. Newtona, A. Einsteina do danas. Najmanje čestice materije i planeta, zvijezda i...


Sekcije