G — одна из фундаментальных констант, таких как скорость света в вакууме или постоянная тонкой структуры, на которых основывается наше представление о природе Вселенной. Она фигурирует в уравнениях, описывающих движение планет, расширение Вселенной и множество других процессов. Ученые пытаются измерить её значение уже на протяжении двух веков, но до сих пор разброс результатов довольно велик. Очередная попытка уточнить значение G должна была прояснить, за счет чего так разнятся экспериментальные данные, но вместо этого лишь подкинула ученым пищи для размышлений.
Физик Стефан Шлеммингер из NIST (Национального института стандартов и технологий США), не принимавший участие в работе, сравнил процесс определения гравитационной постоянной с восхождением на Эверест: это очень трудно, поэтому многие туда стремятся.
Первый эксперимент по измерению G был проведен в 1798 году английским физиком Генри Кавендишем. Он построил прибор, в котором два шарика, соединенные перемычкой, были подвешены на тонкой и прочной нити. Гравитационное взаимодействие с двумя более тяжелыми грузами заставляло это «коромысло» поворачиваться, а оптическая система позволила точно измерить перемещение, косвенно определив значение гравитационной постоянной: 6,74x10−11 м3/кг·с2.
Десятки более поздних экспериментов «пододвинули» значение G к отметке 6,67384x10−11 м3/кг·с2, что не слишком отличается от результатов более чем 200-летней давности.
Новый эксперимент предполагал измерение гравитационной постоянной двумя различными методами: первый в принципе не слишком отличался от того, который использовал Кавендиш, а во втором для противодействия смещению объекта использовался сервопривод, а G рассчитывалась на основе усилия, которое необходимо было приложить, чтобы не дать ему повернуться. По результатам экспериментов, значение G составило 6,67545x10−11 м3/кг·с2. Разница в 240 миллионных долей может показаться незначительной, но постоянная должна быть постоянной, и физики стремятся наконец-то её рассчитать.
Основная проблема в том, что гравитационное взаимодействие намного (более чем на 40 порядков) слабее электромагнитного. Возьмите ручку со своего стола — электромагнитное взаимодействие, определяющее природу трения, легко позволит вам преодолеть силу, с которой вся Земля притягивает эту ручку. Поэтому точное определение гравитационной постоянной — сложнейшая задача. На результат эксперимента может повлиять даже тепло, излучаемое телом исследователя или ничтожная вибрация лабораторного стола. И если даже ученым удается исключить влияние электромагнитных сил, «невозможно избавиться от целой Вселенной», по выражению Гарольда Паркса, одного из авторов , выполненной под руководством Терри Куина, бывшего директора Международного бюро мер и весов. Это означает, что гравитационное взаимодействие со множеством объектов окружающего мира неизбежно внесет свои «коррективы» в полученное значение.
Все эти эффекты необходимо учесть и исключить тем или иным образом создаваемые ими погрешности. Поэтому эксперименты по уточнению значения гравитационной постоянной могут занять десяток лет. Команда Куина начала создание экспериментальной установки в 2002 году, выполнила измерения в 2008 и с тех пор занималась расчетами. По мнению Шлеммингера, необходимо выяснить причины несоответствия между новыми экспериментальными данными и общепринятым на данный момент значением G. Это вряд ли перевернет наше представление об устройстве Вселенной, но Шлеммингер не исключает, что за «приростом» гравитационной постоянной может крыться какая-то «новая физика».
По сообщению
Самые интересные новости из мира науки: свежие открытия, фотографии и невероятные факты у вас на почте.