Спустя столетия гравитационная постоянная Ньютона все еще не может быть точно определена.

Большая G, формально известная как гравитационная постоянная Ньютона, описывает силу гравитации. Но его точная стоимость остается загадкой.

Нил Уэбб

Джеймс Р. Риордон

20 июля 2023 г., 8:00

Внутри конверта находился секрет, который находился в руках Стефана Шламмингера, одного из ведущих мировых экспертов в области экспериментальных испытаний гравитации. Похоже, он был на грани открытия конверта во время презентации на собрании Американского физического общества в апреле 2022 года, чтобы прочитать число, которое покажет, увенчались ли успехом его последние усилия в деле страсти всей его жизни.

Шламмингер из Национального института стандартов и технологий в Гейтерсбурге, штат Мэриленд, стремился измерить гравитационную постоянную Ньютона. Секретное число в конверте было своего рода кодом — преднамеренной и конкретной ошибкой, вставленной в его эксперимент NIST, чтобы скрыть результаты измерений по мере их проведения. Только один человек знал номер. И этим человеком не был Шламмингер.

Без доступа к нему он не мог знать, что обнаружил эксперимент. Шламмингер наложил на себя секретность, чтобы защититься от предвзятости в эксперименте, в том числе от бессознательной предвзятости, которая может преследовать даже лучших экспериментаторов. Это была дополнительная мера предосторожности, чтобы обеспечить целостность эксперимента, который мог бы помочь распутать загадочные несоответствия в измерениях константы, известной как G, которые возникли за последние несколько десятилетий.

G, часто называемая «большой G» (чтобы отличить ее от «g», которая зависит от G и является частным случаем ускорения силы тяжести вблизи поверхности Земли), отражает силу гравитации между любыми объектами, имеющими массу. Он определяет орбиты планет и галактик и описывает силу, которая притягивает вас к земле. Никто не знает, как теоретически предсказать, каким должно быть фактическое значение G, говорит Клайв Спик, физик из Бирмингемского университета в Англии, который разработал инструмент, который Шламмингер использует в NIST.

Это также очень сложно измерить. После двух столетий повышения точности недавние измерения G вызывают тревогу. Несколько лабораторий по всему миру выявили противоречивые результаты (SN Online: 30 апреля 2015 г.). Разрозненные значения могут быть признаком проблем с методами измерения среди различных групп, или может быть более интригующий аспект.

«В комнате присутствует этот преследующий слон, который наводит на мысль, что, возможно, происходит что-то, чего мы не понимаем», — говорит Спик. «Если измерения верны, то это может стать величайшим открытием со времен Ньютона».

Как и многие научные презентации во времена COVID-19, выступление Шламмингера должно было быть виртуальным. Вероятно, другие физики и научные репортеры по всему миру, как и я, сгорбились над экранами, ожидая увидеть, что секретный номер расскажет нам о Дж.

Пришло время разорвать конверт. Но видеотрансляция прекратилась. Большое открытие было отменено. Загадочные расхождения в измерениях означали, что этим цифрам нельзя доверять. Конверт останется запечатанным еще как минимум год, пока Шламмингер вернется в лабораторию, чтобы еще раз попытаться выполнить одно из самых сложных измерений в физике.

Гравитационная постоянная Ньютона — неправильное название. Хотя Исаак Ньютон разработал свою теорию гравитации в 17 веке, он не мыслил в терминах G. В первую очередь его интересовало, как сила перемещает объекты. Падающие яблоки, планеты на орбитах и ​​удивительно сплющенная форма Земли — это лишь некоторые из бесчисленных явлений, которые объяснила теория Ньютона, и все это без явного упоминания G. Константа, названная в честь Ньютона два столетия спустя, вместо этого была заключена в соответствующие массы. .

Теперь мы знаем, что теория Ньютона — это лишь приближение к более всеобъемлющей версии гравитации Эйнштейна — общей теории относительности. Теория Эйнштейна помогла объяснить сильную гравитацию черных дыр и искривление пространства и времени. Тем не менее, здесь, на Земле, именно теория гравитации Ньютона беспокоит Шламмингера и других, желающих измерить G.