Τι είναι η σταθερά βαρύτητας;
Η σταθερά βαρύτητας περιγράφει την εγγενή δύναμη της βαρύτητας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της βαρυτικής δύναμης μεταξύ δύο αντικειμένων.
Γνωστό και ως “Big G” ή Jη σταθερά βαρύτητας ορίστηκε για πρώτη φορά από Ισαάκ Νιούτον στον νόμο του για την παγκόσμια έλξη που διατυπώθηκε το 1680. Είναι μια από τις θεμελιώδεις σταθερές της φύσης, με Με τιμή (6,6743 ± 0,00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (Ανοίγει σε νέα καρτέλα).
Η βαρυτική δύναμη μεταξύ δύο αντικειμένων χρησιμοποιώντας τη σταθερά βαρύτητας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας μια εξίσωση που συναντάμε οι περισσότεροι από εμάς στο γυμνάσιο: η βαρυτική δύναμη μεταξύ δύο αντικειμένων βρίσκεται πολλαπλασιάζοντας τις μάζες αυτών των δύο αντικειμένων (m1 και m2) και Jμετά διαιρέστε με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των δύο αντικειμένων (F = [G x m1 x m2]/p^2).
Σχετίζεται με: Γιατί η βαρύτητα είναι τόσο αδύναμη; Η απάντηση μπορεί να βρίσκεται στη φύση του χωροχρόνου
Ο Keith Cooper είναι ανεξάρτητος επιστημονικός δημοσιογράφος και συντάκτης στο Ηνωμένο Βασίλειο, με πτυχίο Φυσικής και Αστροφυσικής από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ. Είναι ο συγγραφέας του The Connection Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence (Bloomsbury Sigma, 2020) και έχει γράψει άρθρα για την αστρονομία, το διάστημα, τη φυσική και την αστροβιολογία για μεγάλο αριθμό περιοδικών και ιστοσελίδων.
βαρυτική σταθερά
Η σταθερά βαρύτητας είναι το κλειδί για τη μέτρηση της μάζας των πάντων Σύμπαν.
Για παράδειγμα, από τη στιγμή που είναι γνωστή η σταθερά βαρύτητας, συζευγνύεται με την επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας μια χώρα, η μάζα του πλανήτη μας μπορεί να υπολογιστεί. Μόλις γνωρίζουμε τη μάζα του πλανήτη μας, γνωρίζοντας το μέγεθος και τη διάρκεια της τροχιάς της Γης μας επιτρέπει να μετρήσουμε τη μάζα του πλανήτη μας Ο ήλιος. Η γνώση της μάζας του ήλιου μας επιτρέπει να μετρήσουμε τη μάζα των πάντων Γαλαξίας Από το εσωτερικό στην τροχιά του ήλιου.
μέτρηση σταθεράς βαρύτητας
Μετρήσει J Ήταν ένα από τα πρώτα επιστημονικά πειράματα υψηλής ανάλυσης και οι επιστήμονες εξετάζουν εάν μπορεί να ποικίλλει για διαφορετικούς χρόνους και τοποθεσίες στο διάστημα, κάτι που θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στην κοσμολογία.
Φτάνοντας σε μια τιμή 6,67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 για τη σταθερά βαρύτητας βασίστηκε σε ένα αρκετά έξυπνο πείραμα από τον δέκατο όγδοο αιώνα, που υποκινήθηκε από τις προσπάθειες ενός επιθεωρητή Σχεδιάστε τα σύνορα μεταξύ Πενσυλβάνια και Μέριλαντ (Ανοίγει σε νέα καρτέλα).
Στην Αγγλία, ο κόσμος Χένρι Κάβεντις (Ανοίγει σε νέα καρτέλα) (1731-1810), που ενδιαφέρθηκε να υπολογίσει την πυκνότητα της Γης, συνειδητοποίησα (Ανοίγει σε νέα καρτέλα) Οι προσπάθειες αυτού του τοπογράφου Καταδικασμένος να αποτύχει (Ανοίγει σε νέα καρτέλα) Επειδή τα κοντινά βουνά θα εκθέσουν το “plumb-bob” ενός επιθεωρητή (ένα εργαλείο που παρέχει μια κατακόρυφη γραμμή αναφοράς έναντι της οποίας οι επιθεωρητές μπορούν να κάνουν τις μετρήσεις τους) μια ελαφρά βαρύτητα, που θα πετάξει τις μετρήσεις τους. Αν ξέρουν το μέγεθος JΜπορούν να υπολογίσουν τη βαρυτική δύναμη των βουνών και να προσαρμόσουν τα αποτελέσματά τους.
Ο Κάβεντις λοιπόν ξεκίνησε να κάνει την αναλογία, την πιο ακριβή επιστημονική μέτρηση που έγινε μέχρι εκείνο το σημείο της ιστορίας.
(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)
την εμπειρία του Έχει αναφερθεί ωςΤεχνολογία ισορροπίας στρέψηςΠεριλάμβανε δύο αλτήρες που μπορούσαν να περιστρέφονται γύρω από τον ίδιο άξονα. Ο ένας από τους αλτήρες είχε δύο μικρές μπάλες προσαρτημένες σε μια ράβδο και κρεμασμένες με ίνες. πλευρά των μικρότερων αλτήρων.
Όταν τα μεγαλύτερα βάρη τοποθετήθηκαν κοντά στις μικρότερες μπάλες, η βαρυτική έλξη των μεγαλύτερων σφαιρών προσέλκυσε τις μικρότερες μπάλες, προκαλώντας τη συστροφή των ινών. Ο βαθμός στρέψης επέτρεψε στον Cavendish να μετρήσει τη ροπή (δύναμη περιστροφής) του συστήματος στρέψης. Στη συνέχεια χρησιμοποιήστε αυτήν την τιμή για ροπή αντί για “φά«Στην εξίσωση που περιγράφεται παραπάνω, μαζί με τις μάζες των βαρών και τις αποστάσεις τους, μπορεί να αναδιατάξει την εξίσωση για να υπολογίσει J.
Μπορεί η βαρυτική σταθερά να αλλάξει;
Είναι μια πηγή απογοήτευσης μεταξύ των φυσικών επειδή το “Big G” δεν είναι γνωστό σε τόσες δεκαδικές ψηφίδες όσο οι άλλες θεμελιώδεις σταθερές. Για παράδειγμα, το κόστος ενός αρχείου Ηλεκτρόνιο γνωστό με εννέα δεκαδικά ψηφία (1,602176634 × 10^-19 coulombs), αλλά J Κλιμακώνεται με ακρίβεια μόνο σε πέντε δεκαδικά ψηφία. Απογοητευτικό, οι προσπάθειες να το μετρήσετε με μεγαλύτερη ακρίβεια Μην συμφωνείτε μεταξύ τους (Ανοίγει σε νέα καρτέλα).
Μέρος του λόγου για αυτό είναι ότι η βαρύτητα των πραγμάτων γύρω από την πειραματική συσκευή θα επηρεάσει το πείραμα. Ωστόσο, υπάρχει επίσης μια ισχυρή υποψία ότι το πρόβλημα δεν είναι απλώς εμπειρικό, αλλά μπορεί να υπάρχει Κάποια νέα φυσική στη δουλειά (Ανοίγει σε νέα καρτέλα). Είναι επίσης πιθανό η σταθερά της βαρύτητας να μην είναι τόσο σταθερή όσο νομίζουν οι επιστήμονες.
Στη δεκαετία του 1960, ο φυσικός Robert Dickey – η ομάδα του οποίου ξεκίνησε να ανακαλύψει κοσμικό φόντο μικροκυμάτων (CMB) από τους Arno Penzias και Robert Wilson το 1964) – Ο Carl Brans ανέπτυξε τη λεγόμενη τυπική θεωρία τανυστού της βαρύτητας, ως παραλλαγή του Albert Einstein‘μικρό Γενική θεωρία της σχετικότητας. Το βαθμωτό πεδίο περιγράφει μια ιδιότητα που μπορεί να ποικίλλει σε διαφορετικά σημεία του χώρου (αρχείο Η αναλογία της γης είναι ένας χάρτης θερμοκρασίας, όπου η θερμοκρασία δεν είναι σταθερή, αλλά ποικίλλει ανάλογα με την τοποθεσία). Εάν η βαρύτητα είναι ένα βαθμωτό πεδίο, τότε J Μπορεί να έχει διαφορετικές τιμές σε χώρο και χρόνο. Αυτό διαφέρει από την πιο αποδεκτή εκδοχή της γενικής σχετικότητας, η οποία υποθέτει ότι η βαρύτητα είναι σταθερή σε όλο το σύμπαν.
Ο Motohiko Yoshimura του Πανεπιστημίου Okayama στην Ιαπωνία πρότεινε ότι η θεωρία της βαθμωτής βαρύτητας μπορεί να συνδεθεί κοσμικός πληθωρισμός με σκοτεινή ενέργεια. Ο πληθωρισμός εμφανίστηκε σε χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά τη γέννηση του σύμπαντος και οδήγησε σε μια σύντομη αλλά ταχεία διαστολή του διαστήματος που διήρκεσε μεταξύ 10^-36 και 10^-33 δευτερόλεπτα μετά η μεγάλη έκρηξηΤο σύμπαν φούσκωσε από μικροσκοπικό σε μακροσκοπικό μέγεθος, πριν κλείσει μυστηριωδώς.
(Ανοίγει σε νέα καρτέλα)
σκοτεινή ενέργεια Είναι η μυστηριώδης δύναμη που επιταχύνει τη διαστολή του σύμπαντος σήμερα. Πολλοί φυσικοί έχουν αναρωτηθεί αν θα μπορούσε να υπάρξει σύνδεση μεταξύ των δύο διαστελλόμενων δυνάμεων. Ο Yoshimura προτείνει ότι υπάρχουν – ότι και οι δύο είναι εκδηλώσεις του βαθμωτού βαρυτικού πεδίου που ήταν α Πολύ πιο ισχυρό στο πρώιμο σύμπανστη συνέχεια αποδυναμώθηκε, αλλά επανήλθε πάλι δυνατός με τη διαστολή του σύμπαντος και την εξάπλωση της ύλης.
Ωστόσο, προσπαθήστε να ανακαλύψετε τυχόν σημαντικές διαφορές σε J Σε άλλα μέρη του σύμπαντος δεν έχουν βρει ακόμα τίποτα. Για παράδειγμα, το 2015, βγήκαν τα αποτελέσματα μιας 21χρονης μελέτης των τακτικών σφυγμών του . πάλσαρ PSR J1713 + 0747 Ο κατάλογος δεν βρέθηκε (Ανοίγει σε νέα καρτέλα) Η βαρύτητα έχει διαφορετική δύναμη σε σύγκριση με εδώ στο ηλιακό σύστημα. όχι Παρατηρητήριο Green Bank και το Arecibo Ραδιοτηλεσκόπιο Ακολουθεί το PSR J1713+0747, το οποίο βρίσκεται 3750 έτη φωτός μακριά σε ένα δυαδικό σύστημα με άσπρος νάνος. Το πάλσαρ είναι ένα από τα πιο γνωστά και οποιαδήποτε απόκλιση από το “Big G” θα είχε εκδηλωθεί γρήγορα στην περίοδο του τροχιακού χορού του με τον λευκό νάνο και στο χρόνο των παλμών του.
σε δήλωση (Ανοίγει σε νέα καρτέλα)Ο Wei Zhou του Πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολομβίας, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης PSR J1713+0747, είπε: «Η σταθερά βαρύτητας είναι μια θεμελιώδης σταθερά στη φυσική, επομένως είναι σημαντικό να δοκιμάσουμε αυτή τη βασική υπόθεση χρησιμοποιώντας αντικείμενα σε διαφορετικά μέρη, χρόνους και βαρυτικές συνθήκες: το γεγονός ότι βλέπουμε τη βαρύτητα να λειτουργεί το ίδιο στο ηλιακό μας σύστημα όπως και σε μακρινά μέρη αστέρι Το σύστημα βοηθά στην επιβεβαίωση ότι η σταθερά βαρύτητας είναι πραγματικά παγκόσμια».
Επιπρόσθετοι πόροι
ανασκόπηση Εργαστηριακές δοκιμές στη βαρύτητα (Ανοίγει σε νέα καρτέλα) Διεξήχθη από την ομάδα Eöt-Wash στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον.
Για αναθεώρηση Προσπάθειες μέτρησης “GG” (Ανοίγει σε νέα καρτέλα) Και τι μπορεί να σημαίνουν τα αποτελέσματα;
Britannica ορισμός της σταθεράς βαρύτητας (Ανοίγει σε νέα καρτέλα).
δείκτης
“Ακριβής μέτρηση της Νευτώνειας βαρυτικής σταθεράς (Ανοίγει σε νέα καρτέλα). Xue, Chao, et al. National Science Review (2020).
“Η περίεργη κατάσταση της βαρυτικής σταθεράς (Ανοίγει σε νέα καρτέλα). Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (2022).
“Χένρι Κάβεντις (Ανοίγει σε νέα καρτέλα). Britannica (2022).
Ακολουθήστε τον Keith Cooper στο Twitter Ενσωμάτωση tweet (Ανοίγει σε νέα καρτέλα). Ακολουθήστε μας στο Twitter Ενσωμάτωση tweet (Ανοίγει σε νέα καρτέλα) και επάνω Facebook (Ανοίγει σε νέα καρτέλα).
“Ερασιτέχνης διοργανωτής. Εξαιρετικά ταπεινός web maven. Ειδικός κοινωνικών μέσων Wannabe. Δημιουργός. Thinker.”