… με δυο ανεξάρτητες μεθόδους

O νόμος της παγκόσμιας έλξης που διατυπώθηκε το 1687 από τον Νεύτωνα μας λέει ότι η δύναμη με την οποία έλκονται δυο σημειακές μάζες είναι ανάλογη του γινομένου των δυο μαζών και αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασής των:

Η εξίσωση που υπολογίζει το μέτρο της δύναμης περιέχει και μία θεμελιώδη σταθερά της φυσικής, την σταθερά της παγκόσμιας έλξης G,
η οποία είναι περίπου ίση με 6.67×10^-11 m³ kg^-1 s^-2
Η σταθερά G περιέχεται επίσης και στις εξισώσεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, την θεωρία βαρύτητας που διατύπωσε ο Einstein το 1915.

Την σταθερά G μέτρησε πρώτος ο Henry Cavendish το 1798, και η τιμή που είχε βρει διαφέρει μόνο κατά 1% από την σημερινή αποδεκτή τιμή.

Παρότι έχουν περάσει 220 χρόνια από την πρώτη μέτρηση του G, οι πρόσφατες πειραματικές μέθοδοι εμφανίζουν μεταξύ τους απόκλιση έως και 0,05%. Αυτό δείχνει ότι ενδέχεται στα πειράματα αυτά να υπάρχουν συστηματικά σφάλματα που δεν έχουν απαλειφθεί.

Ένας τρόπος για να λυθεί αυτό το πρόβλημα είναι η μέτρηση της σταθεράς της παγκόσμιας έλξης χρησιμοποιώντας διαφορετικές μεθόδους που είναι απίθανο να έχουν τα ίδια συστηματικά σφάλματα.

Aυτό έκανε μια ομάδα Κινέζων φυσικών (Qing Li et al). Χρησιμοποίησαν δυο ανεξάρτητες μεθόδους για τον προσδιορισμό του G, και οι τιμές που μετρήθηκαν έχουν το μικρότερο σφάλμα από όλες τις μέχρι σήμερα μετρήσεις:
6.674184 × 10⁻¹¹ και 6.674484 × 10⁻¹¹ m³ kg^-1 s^-2, με  σχετικά σφάλματα 0.001164% και 0.001161%, αντίστοιχα. Μέχρι τώρα το μικρότερο σφάλμα ήταν 0.00137%.

Βασικό στοιχείο των δυο πειραματικών διατάξεων που χρησιμοποίησαν οι Κινέζοι φυσικοί ήταν το στροφικό εκκρεμές.
Η πρώτη μέθοδος μέτρησης του G βασίζεται στις υψηλής ακρίβειας μετρήσεις χρόνου και όχι σε μετρήσεις των ασθενών βαρυτικών δυνάμεων. H βασική αρχή της είναι η μέτρηση της μεταβολής στην περίοδο στροφικού εκκρεμούς για τις δυο διαφορετικές διατάξεις που φαίνονται στο παρακάτω σχήμα:

Η δεύτερη ανεξάρτητη μέθοδος προσδιορισμού του G μεθόδου που χρησιμοποίησαν οι ερευνητές Qing Li et al φαίνεται στο επόμενο σχήμα:

Το σφάλμα 0.00116% των δυο νέων μετρήσεων του G είναι «ένα φανταστικό επίτευγμα», σύμφωνα με τον Clive Speake, φυσικό του Πανεπιστημίου Μπέρμιγχαμ στην Αγγλία, αλλά η ακριβής τιμή του G «εξακολουθεί να είναι ένα μυστήριο». Η επανάληψη αυτών αλλά και άλλων παλαιότερων πειραμάτων ή ο σχεδιασμός νέων μετρήσεων, θα μας βοηθήσουν να αποκαλύψουμε γιατί οι μετρήσεις αυτής της θεμελιώδους σταθεράς εξακολουθούν να διαφέρουν μεταξύ τους.

πηγές: https://www.sciencenews.org/article/strength-gravity-gravitational-constant-newton – https://www.nature.com/articles/s41586-018-0431-5

Κατηγορίες:ΒΑΡΥΤΗΤΑ