Вконверте, который попал в руки Стефана Шламмингера, одного из ведущих мировых экспертов по экспериментальным испытаниям гравитации, был секрет. Казалось, он был на грани того, чтобы открыть конверт во время презентации на собрании Американского физического общества в апреле 2022 года, чтобы прочитать число, которое показало бы, увенчались ли успехом его последние усилия в увлечении всей жизни.
Шламмингер из Национального института стандартов и технологий в Гейтерсберге, штат Мэриленд, попытался измерить гравитационную постоянную Ньютона. Секретное число в конверте было своего рода кодом — преднамеренной и специфической ошибкой, введенной в его эксперимент NIST, чтобы скрыть результаты измерений по мере их выполнения. Только один человек знал это число. И этим человеком был не Шламмингер.
Не имея доступа к ней, он не мог знать, что обнаружил эксперимент. Шламмингер наложил на себя секретность, чтобы защититься от предвзятости в эксперименте, включая бессознательную предвзятость, которая может одолевать даже лучших экспериментаторов. Это была дополнительная предосторожность для обеспечения целостности эксперимента, который мог бы помочь распутать загадочные расхождения в измерениях постоянной, известной как G, которые возникли за последние несколько десятилетий.
G, часто называемую “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. Она 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, разработавший прибор, который Шламмингер использует в NIST.
Ее также очень трудно измерить. После двух столетий повышения точности недавние измерения G вызывают беспокойство. Несколько лабораторий по всему миру обнаружили несоответствующие значения (SN Online: 30.04.15). Разброс значений может быть признаком проблем с методами измерения среди различных групп, или может быть более интригующий аспект.
“В комнате есть этот навязчивый 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, открытие Шламмингера должно было быть виртуальным. Предположительно, другие физики и научные репортеры по всему миру, как и я, склонились над экранами, ожидая увидеть, что секретное число скажет нам о G.
Пришло время вскрыть конверт. Но видеопоток прекратился. Большое открытие было отменено. Загадочные расхождения в измерениях означали, что цифрам нельзя было доверять. Конверт оставался запечатанным по крайней мере еще год, когда Шламмингер вернулся в лабораторию, чтобы еще раз попытаться выполнить одно из самых сложных измерений в физике.
Какова гравитационная постоянная Ньютона?
Гравитационная постоянная Ньютона - неправильное название. Хотя Исаак Ньютон разработал свою теорию гравитации в 17 веке, он не мыслил в терминах G. Его в первую очередь интересовало, как сила перемещает объекты. Падающие яблоки, планеты на орбите и удивительно сплющенная форма Земли - это лишь некоторые из бесчисленных явлений, которые объясняла теория Ньютона, и все это без явного упоминания G. Константа, названная в честь Ньютона два столетия спустя, вместо этого была преобразована в вовлеченные массы.
Теперь мы знаем, что теория Ньютона является лишь приближением к более всеобъемлющей версии гравитации Эйнштейна, общей теории относительности. Потребовалась теория Эйнштейна, чтобы объяснить интенсивную 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.
Сила тяжести зависит от трех факторов: задействованных масс, расстояний между массами и G. Хотя массы и расстояния различаются в зависимости от того, рассматриваете ли вы силы между вами и Землей, например, или планетой, вращающейся вокруг Солнца, G всегда одинакова. Наряду с массами элементарных частиц, зарядом электрона и скоростью света, G является одной из десятков констант, имеющих решающее значение для современной науки (SN: 11/12/16, стр. 24).
G, однако, выделяется на фоне остальных. Это одна из старейших зарегистрированных констант — ранее была измерена только скорость света. И все же, несмотря на сотни элегантных экспериментов, проведенных с тех пор, как британский физик Генри Кавендиш впервые измерил ее 225 лет назад, G остается одной из наименее точно известных фундаментальных констант.
И в некотором смысле наше понимание G только ухудшилось в последние десятилетия, поскольку появились новые, несовместимые измерения.
Подпишись, чтобы всегда быть в курсе.
