Clive Speake cùng Terry Quinn – Physics Today, tháng 7/2014
Ba thập niên làm thực nghiệm sâu sắc đã tô nên một tranh ảnh mờ nhạt đến bất ngờ của hằng số đưa ra phối lực không còn xa lạ nhất bên trên Trái đất.
Bạn đang xem: Hằng số hấp dẫn
Đang xem: biện pháp tìm ra hằng số hấp dẫn
Lực lôi kéo có một vị thế đặc biệt quan trọng trong thứ lí học. Trước tiên, nó là xúc tiến cơ bạn dạng duy nhất không thể biểu lộ được bằng thuyết lượng tử. Trong khi những lí thuyết đang phổ cập của lực cuốn hút – định luật lôi cuốn của Newton và thuyết tương đối rộng của Einstein – xem không khí và thời gian là các đại lượng cổ điển liên tục, thì các lí thuyết biểu hiện lực năng lượng điện từ và những lực hạt nhân được kiến thiết trên các lượng tử bảo toàn.
Lực hấp dẫn còn là lực yếu hèn nhất trong số lực cơ bản; độ phệ của nó chỉ trở buộc phải sánh được cùng với độ lớn của các lực khác ở các năng lượng gần thang Planck, tức 1,22 × 1019 GeV, cao vội vàng chừng 15 lần so với các tích điện đang được khảo sát điều tra tại lắp thêm Va đụng Hadron Lớn. Sự không tương xứng đó khiến người ta nghi ngờ giá trị của mô hình chuẩn của ngành vật dụng lí hạt, lí thuyết biết tới không tương xứng với một thang năng lượng cơ bản lớn mang đến như vậy.
Cái không người nào nghi ngờ là lực hấp dẫn, chứ chưa phải bất kì lực làm sao khác, cực kì bướng bỉnh và vẫn tồn tại lảng tránh những phép đo chủ yếu xác. Định dụng cụ Newton, dạng thức gần đúng của thuyết kha khá rộng trong giới hạn trường hấp dẫn nhỏ dại và vận tốc phi kha khá tính, tuyên bố rằng độ phệ F của lực hút thân hai quả cầu cân nặng M1 với M2, cách nhau khoảng cách r, được cho bởi cách làm F = GM1M2/r2. Hằng số G, chẳng gồm gì bất ngờ, được gọi là hằng số thu hút Newton. Nó được xem như là một hằng số cơ bản của tự nhiên. Cơ mà đã cha thế kỉ sau khi định nguyên tắc Newton được đề xuất, các thí nghiệm không thu được một sự độc nhất trí như thế nào về giá trị của hằng số G.
Theo Ủy ban Số liệu công nghệ và technology (CODATA), cơ quan phát hành các quý hiếm được khuyên răn dùng của những hằng số cơ bạn dạng mỗi tứ năm một lần, G = 6,67384(80) × 10 – 11 kg – 1 m3 s – 2. Quý hiếm đó, từ năm 2010, phản ánh công dụng của sát một tá phép đo thực nghiệm sẽ được tiến hành trong bố thập niên qua (xem hình 1).1 tuy vậy nhiều phép đo đơn lẻ có không đúng số dưới 50 phần triệu (ppm), nhưng phân bổ tập thể của chúng to hơn chừng 10 lần; cho nên vì thế có vẻ bọn họ biết G chỉ đến tía chữ số bao gồm nghĩa! không nên số biểu con kiến đó rất cao so với không nên số của những hằng số đồ gia dụng lí khác, những hằng số theo luồng thông tin có sẵn với không nên số chỉ vài tỷ lệ triệu (108). Hằng số Rydberg, hằng số xác định cấu tạo điện tử của các nguyên tử, được biết với không nên số 4 phần ngàn tỉ (1012). (Xem bài xích báo của Peter Mohr và Barry Taylor, Physics Today, mon 3/2001, trang 29.)
Thêm một chiếc thần túng thiếu nữa là thực tiễn lực lôi cuốn là lực rất gần gũi nhất với chúng ta trên Trái khu đất này, và G hoàn toàn có thể được xem như là số đo mang lại biết bọn họ hiểu bao nhiêu về nó. Chẳng có gì bất ngờ khi những bất đồng giữa các khẳng định thực nghiệm của hằng số hấp dẫn Newton lại có thể thu hút trí tưởng tượng của phần đông công chúng. Tại sao G lại theo luồng thông tin có sẵn kém như vậy? trước lúc trả lời thắc mắc đó, ta hãy xét xem nguyên nhân việc biết giá trị của G lại là quan lại trọng.
Hình 1. Những phép đo hằng số hấp dẫn Newton, G, nhận được các công dụng mâu thuẫn nhau. Ở đây, hiệu quả của những thí nghiệm cân nặng xoắn (nâu sẫm), bé lắc (xanh lam), và cân chùm (xanh lá) đã nói trong bài bác được biểu diễn, với vị trí với năm mà bọn chúng được đo. Thanh sai số tương xứng với một độ lệch chuẩn; vùng tô màu sắc sậm cho biết thêm sai số được gán của quý hiếm được khuyên nhủ dùng do Ủy ban Số liệu khoa học và công nghệ vào năm 2010. (Trích từ T. J. Quinn et al., Phys. Rev. Lett. 111, 101102, 2013.)
Giá trị của G bởi bao nhiêu?
Giá trị đích thực bằng số của G bao gồm ít hệ quả so với vật lí học. Ví dụ, những quỹ đạo trái đất trong hệ khía cạnh trời của chúng ta được biết là tuân thủ theo đúng định phép tắc Newton và rất có thể được sử dụng cùng cùng với G để mong tính trọng lượng của phương diện trời. Bài toán hiệu chỉnh G, chẳng hạn, tạo thêm 0,05% vẫn chỉ dễ dàng là làm cho giảm trọng lượng đã cầu tính của mặt trời một lượng khoảng bằng chừng đó. Hiện nay, bọn họ chưa có mô hình nào cho kết cấu của khía cạnh trời ràng buộc hữu ích khối lượng của nó ở đều mức nhỏ tuổi như vậy.
Như vậy, vấn đề chưa phải là cực hiếm của hằng số G mà là kĩ năng của chúng ta chứng minh được nó, thật sự, là hằng số. Những lí thuyết được tin cậy không ít dự đoán các vi phạm của định nguyên lý nghịch hòn đảo bình phương của Newton ở phần lớn thang chiều nhiều năm nhỏ. Các lí thuyết không giống dự đoán những vi phạm của nguyên lí tương đương – một nền tảng gốc rễ kinh nghiệm của thuyết tương đối rộng và, như vậy, là một nền tảng của định hiện tượng Newton – phát biểu rằng vận tốc rơi tự do của vật chất trong một trường thu hút không phụ thuộc vào nguyên tố hóa học. Một ý kiến đang mập mạnh cho rằng G có thể phụ trực thuộc vào mật độ vật chất ở lever thiên văn thứ lí.
Xem thêm: # Phân Tử Nước Là Gì ? Những Điều Thú Vị Về Phân Tử Nước Những Điều Thú Vị Về Phân Tử Nước
Cho mang lại nay, cả nguyên lí tương đương2 cùng định lao lý nghịch đảo bình phương của Newton3 số đông vượt qua các khảo gần cạnh thực nghiệm. Tuy nhiên, để tối đa hóa độ nhạy và bớt nhẹ gánh nặng mang lại ngành đo lường và thống kê học, các phép đánh giá thực nghiệm đó có phong cách thiết kế khéo léo để lấy ra một tín hiệu nhỏ dại xíu chỉ khi nào tự nhiên ko hành xử theo phong cách mà các nhà thực nghiệm mong muốn thấy. Các phép đo thực tế của G cần xem xét toàn thể các đại lượng có liên quan theo đơn vị vật lí và phải nối liền với các tiến bộ đo lường học. Những số đo không đồng điệu của G rất có thể báo hiệu rằng họ chưa gọi cơ sở giám sát của việc đo các lực yếu, dòng hóa ra có thể hàm ý rằng những kiểm tra thực nghiệm đảm bảo định chính sách nghịch đảo bình phương cùng tính vạn vật của việc rơi tự do thoải mái có nơi nào đó còn sơ hở. Một phát triển như thế sẽ mang tới một trường hợp thú vị, cái rất có thể lí giải nguyên nhân người ta lại vượt lao chổ chính giữa khổ tứ vị một thứ bình thường và cực nhọc như thế.