Το ασθενέστερο βαρυτικό πεδίο που μετρήθηκε μέχρι σήμερα

Mέτρησαν βαρυτική δύναμη της τάξης των 10-13 newtons ή 0,0000000000001 N, μεταξύ δυο σφαιρικών μαζών 90 μιλιγραμμαρίων, που απείχαν μεταξύ τους περίπου δύο χιλιοστά  

 

O νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα ή νόμος της παγκόσμιας έλξης.

Σύμφωνα με το νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα η δύναμη με την οποία έλκονται δυο σημειακές μάζες είναι ανάλογη του γινομένου των δυο μαζών και αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης. Η εξίσωση που υπολογίζει το μέτρο της δύναμης περιέχει και μια σταθερά, την σταθερά της παγκόσμιας έλξης, της οποίας η αποδεκτή τιμή μέχρι τώρα είναι G= 6.67430(15)×10−11 m3kg−1s−2.

Οι φυσικοί Westphal, Hepach, Pfaff και Aspelmeyer κατάφεραν να ελέγξουν το νόμο της παγκόσμιας έλξης στην ελάχιστη μέχρι σήμερα απόσταση. Πειραματίστηκαν με την βαρυτική έλξη μεταξύ δυο χρυσών σφαιρικών μαζών m1=m2=90 mg (χιλιοστά του γραμμαρίου) που απείχαν μεταξύ τους αποστάσεις περίπου r=2mm.  Αν εφαρμόσουμε το νόμο θα βρούμε ότι η δύναμη είναι F~0,0000000000001N ή 10-13newtons. Tόση είναι η δύναμη του βάρους στην επιφάνεια της Γης μιας μάζας 0,00000000000001 κιλών ή 10–14 kg (όσο το 1/3 της μάζας ενός ερυθρού αιμοσφαιρίου).

Την σταθερά της παγκόσμιας έλξης G μέτρησε πρώτος ο Henry Cavendish το 1798, και η τιμή που είχε βρει διαφέρει μόνο κατά 1% από την σημερινή. Ο εξοπλισμός του Cavendish ήταν εξαιρετικά ευαίσθητος για την εποχή του. Όμως η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ των μαζών που χρησιμοποίησε στο πείραμά του ήταν περίπου 10−7Ν, επτά τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από το πείραμα των Westphal et al.

Σε μια μοντέρνα εκδοχή του πειράματος, ο Westphal και οι συνεργάτες του, θέτοντας μάζες 90 mg σε απόσταση μερικών χιλιοστών, υπολόγισαν την σταθερά G χρησιμοποιώντας την πειραματική διάταξη του παρακάτω σχήματος:

Η πειραματική διάταξη των Westphal et al, συνίσταται από μια οριζόντια ράβδο, με δύο μάζες στα άκρα της, περίπου 90 mg η κάθε μία. Στη συνέχεια μια τρίτη μάζα επίσης 90 mg (η μάζα-πηγή του βαρυτικού πεδίου) τοποθετήθηκε σε απόσταση μερικών χιλιοστών από το ένα άκρο της ράβδου όπου βρίσκεται η δοκιμαστική μάζα (υπόθεμα). Αλλάζοντας περιοδικά την θέση της δοκιμαστικής μάζας, μεταβαλλόταν και η εξαιρετικά ασθενής βαρυτική δύναμη μεταξύ των δυο μαζών. Η περιοδικά μεταβαλλόμενη δύναμη προκαλούσε μικροσκοπικές περιστροφικές ταλαντώσεις στη ράβδο. Mια επιχρυσωμένη οθόνη αλουμινίου χρησιμοποιήθηκε ως ασπίδα Faraday, για τον αποκλεισμό των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μαζών. Η κίνηση της δοκιμαστικής μάζας μετρήθηκε από την μετατόπιση της ανακλώμενης δέσμης φωτός ενός λέιζερ σε καθρέφτη στερεωμένου στη ράβδο. Η απόσταση μεταξύ της δοκιμαστικής μάζας δοκιμής και της μάζας-πηγής μετρήθηκε με μια κάμερα που δεν φαίνεται στο σχήμα. Αυτές οι μετρήσεις χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της τιμής της σταθεράς  παγκόσμιας έλξης G.

Υποθέτοντας την ισχύ του νόμου της παγκόσμιας έλξης σε τόσο μικρές αποστάσεις, από τα δεδομένα του πειράματος υπολογίστηκε η σταθερά της παγκόσμιας έλξης G=(6.04±0.06)×10−11 m3kg−1s-2. Δεδομένου ότι η προσδιορισθείσα τιμή διαφέρει μόνο κατά 9% από την αποδεκτή σήμερα τιμή 6.67430(15)×10−11 m3kg−1s−2,  φαίνεται ότι ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα ισχύει και σε αποστάσεις της τάξης μερικών χιλιοστών.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Ultra-weak gravitational field detected
2. Measurement of Gravitational Coupling between Millimeter-Sized Masses

Click to access 2009.09546.pdf



Κατηγορίες:ΒΑΡΥΤΗΤΑ

Ετικέτες: ,

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε <span>%d</span> bloggers: