(Gravitacinė konstanta – dydis ne konstanta)

1 dalis

1 pav

Fizikoje yra tik viena su gravitacija susijusi konstanta – gravitacinė konstanta (G). Ši konstanta buvo gauta eksperimentiniu būdu ir neturi ryšio su kitomis konstantomis. Fizikoje tai laikoma pagrindine.

Šiai konstantai bus skirti keli straipsniai, kuriuose pabandysiu parodyti jos pastovumo nenuoseklumą ir pagrindo po ja nebuvimą. Tiksliau, po juo yra pagrindas, bet jis kiek kitoks.

Ką reiškia nuolatinė gravitacija ir kodėl ji taip kruopščiai matuojama? Norint suprasti, būtina vėl grįžti prie visuotinės gravitacijos dėsnio. Kodėl fizikai priėmė šį dėsnį, be to, ėmė jį vadinti „didžiausiu pasiektu apibendrinimu žmogaus protas“. Jo formuluotė paprasta: du kūnai veikia vienas kitą jėga, kuri yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui ir tiesiogiai proporcinga jų masių sandaugai.

G– gravitacinė konstanta

Iš šios paprastos formulės išplaukia daug labai nereikšmingų išvadų, tačiau nėra atsakymo į esminius klausimus: kaip ir dėl ko veikia gravitacijos jėga?

Šis dėsnis nieko nesako apie mechanizmą, kuriuo atsiranda traukos jėga, tačiau jis vis dar naudojamas šiandien ir, aišku, bus naudojamas dar šimtmečius.

Vieni mokslininkai iš jo tyčiojasi, kiti jį dievina. Abu be jo neapsieina, nes... Nieko geresnio nebuvo išrasta ar atrasta. Kosmoso tyrinėjimų praktikai, žinodami šio dėsnio netobulumą, naudoja taisymo lenteles, kurios po kiekvieno erdvėlaivio paleidimo atnaujinamos naujais duomenimis.

Teoretikai bando ištaisyti šį dėsnį įvesdami pataisymus, papildomus koeficientus, ieško įrodymų, kad gravitacinės konstantos G matmenyje yra paklaida, tačiau niekas neįsišaknija, o Niutono formulė išlieka pradine forma.

Atsižvelgiant į daugybę neaiškumų ir netikslumų atliekant skaičiavimus naudojant šią formulę, ją dar reikia ištaisyti.

Niutono posakis yra plačiai žinomas: „Gravitacija yra universali“, ty gravitacija yra universali. Šis dėsnis apibūdina gravitacinę dviejų kūnų sąveiką, nesvarbu, kurioje Visatoje jie būtų; Tai laikoma jo universalizmo esme. Gravitacinė konstanta G, įtraukta į lygtį, laikoma universalia gamtos konstanta.

Konstanta G leidžia atlikti patenkinamus skaičiavimus antžeminėmis sąlygomis; logiškai mąstant, ji turėtų būti atsakinga už energijos sąveiką, bet ką galime paimti iš konstantos?

Įdomi mokslininko (V.E. Kosciuškos) nuomonė, kuri įdėjo tikrų išgyvenimų gamtos dėsnių supratimui ir atskleidimui – frazė: „Gamta neturi nei fizinių dėsnių, nei fizinių konstantų su žmogaus sugalvotais matmenimis“. „Kalbant apie gravitacinę konstantą, mokslas nustatė nuomonę, kad šis dydis buvo rastas ir skaičiais įvertintas. Tačiau jos specifinis fizinę reikšmę o tai visų pirma todėl, kad iš tikrųjų dėl neteisingų veiksmų, o tiksliau – grubių klaidų, buvo gauta beprasmė ir visiškai beprasmė, turinti absurdišką dimensiją.

Nenorėčiau atsidurti tokioje kategoriškumo pozicijoje, bet reikia pagaliau suprasti šios konstantos prasmę.

Šiuo metu gravitacinės konstantos reikšmė yra patvirtinta Pagrindinių fizinių konstantų komiteto: G=6,67408·10 -11 m³/(kg·s²) [CODATA 2014]. Nepaisant to, kad ši konstanta yra kruopščiai matuojama, ji neatitinka mokslo reikalavimų. Reikalas tas, kad nėra tikslaus rezultatų atitikimo tarp panašių matavimų, atliktų skirtingose ​​pasaulio laboratorijose.

Kaip pažymi Melnikovas ir Proninas: „Istoriškai gravitacija tapo pirmuoju mokslinių tyrimų objektu. Nors praėjo daugiau nei 300 metų nuo gravitacijos dėsnio, kurį esame skolingi Niutonui, atsiradimo, gravitacinės sąveikos konstanta išlieka mažiausiai tiksliai išmatuota, palyginti su kitomis.

Be to, pagrindinis klausimas apie pačią gravitacijos prigimtį ir jos esmę lieka atviras. Kaip žinoma, pats Niutono visuotinės gravitacijos dėsnis buvo patikrintas daug tiksliau nei konstantos G tikslumas. Pagrindinis apribojimas tikslus apibrėžimas gravitacines jėgas sukelia gravitacinė konstanta, todėl jai skiriamas toks didelis dėmesys.

Viena yra atkreipti dėmesį, o visai kas kita – rezultatų tikslumas matuojant G. Atliekant du tiksliausius matavimus paklaida gali siekti apie 1/10000. Bet kai matavimai buvo atlikti skirtinguose planetos taškuose, vertės gali viršyti eksperimentinę paklaidą dydžiu ar daugiau!

Kokia čia konstanta, kai ją matuojant yra tokia didžiulė rodmenų sklaida? O gal tai visai ne konstanta, o kažkokių abstrakčių parametrų matavimas. Arba tyrėjams nežinomi matavimai, paveikti trukdžių? Čia atsiranda naujas pagrindas įvairioms hipotezėms. Kai kurie mokslininkai nurodo Žemės magnetinį lauką: „Žemės gravitacinio ir magnetinio lauko abipusė įtaka lemia tai, kad Žemės gravitacija bus stipresnė tose vietose, kur stipresnis magnetinis laukas“. Dirako pasekėjai teigia, kad gravitacinė konstanta keičiasi laikui bėgant ir kt.

Kai kurie klausimai pašalinami dėl įrodymų trūkumo, o kiti atsiranda ir tai yra natūralus procesas. Tačiau tokia gėda negali tęstis be galo; tikiuosi, kad mano tyrimas padės nustatyti tiesos kryptį.

Pirmasis nuolatinės gravitacijos matavimo eksperimento pradininkas buvo anglų chemikas Henry Cavendish, kuris 1798 m. ėmėsi nustatyti Žemės tankį. Tokiam subtiliam eksperimentui jis panaudojo J. Michell išrastus torsioninius svarstykles (dabar eksponatas Didžiosios Britanijos nacionaliniame muziejuje). Cavendish palygino bandomojo kūno švytuoklės svyravimus, veikiant žinomos masės rutuliukų gravitacijai Žemės gravitaciniame lauke.

Eksperimentiniai duomenys, kaip vėliau paaiškėjo, buvo naudingi nustatant G. Cavendish gautas rezultatas buvo fenomenalus, nuo šiandien priimto skyrėsi tik 1%. Reikia pažymėti, koks didelis tai buvo jo eros pasiekimas. Daugiau nei du šimtmečius eksperimentų mokslas pažengė tik 1%? Tai neįtikėtina, bet tiesa. Be to, jei atsižvelgsime į svyravimus ir nesugebėjimą jų įveikti, G reikšmė priskiriama dirbtinai, išeina, kad nuo Cavendish laikų matavimų tikslumu nė kiek nepažengėme į priekį!

Taip! Mes niekur nepasistūmėjome į priekį, mokslas slegia – nesupranta gravitacijos!

Kodėl per daugiau nei tris šimtmečius mokslas praktiškai nepadarė jokios pažangos matuodamas šią konstantą? Galbūt viskas dėl Cavendish naudojamo įrankio. Torsioninės svarstyklės, XVI amžiaus išradimas, mokslininkų naudojamos iki šiol. Žinoma, tai nebėra tos pačios sukimo svarstyklės, pažiūrėkite į nuotrauką, pav. 1. Nepaisant šiuolaikinės mechanikos ir elektronikos skambučių ir švilpukų bei vakuumo ir temperatūros stabilizavimo, rezultatas beveik nepakito. Akivaizdu, kad čia kažkas ne taip.

Mūsų protėviai ir amžininkai įvairiai bandė išmatuoti G skirtingais geografinės platumos ir daugumoje neįtikėtinos vietos: gilios kasyklos, ledo urvai, šuliniai, televizijos bokštuose. Torsioninių svarstyklių konstrukcijos buvo patobulintos. Nauji matavimai, siekiant išsiaiškinti gravitacinę konstantą, buvo pakartoti ir patikrinti. Pagrindinį eksperimentą 1982 m. Los Alamose atliko G. Lutheris ir W. Towleris. Jų sąranka priminė Cavendish sukimo balansą su volframo rutuliais. Šių matavimų rezultatas 6,6726(50)?10 -11 m 3 kg -1 s -2 (t. y. 6,6726±0,0005) buvo pagrindas, kurį rekomendavo Mokslo ir technologijų duomenų komiteto (CODATA) 1986 m. .

Viskas buvo ramu iki 1995 m., kai Vokietijos PTB laboratorijoje Braunšveige fizikų grupė, naudodama modifikuotą instaliaciją (gyvsidabrio paviršiuje plaukiojančios svarstyklės su didelės masės rutuliais), gavo (0,6 ± 0,008)% G reikšmę. daugiau nei visuotinai priimtas. Dėl to 1998 m. paklaida matuojant G padidėjo beveik eilės tvarka.

Šiuo metu aktyviai aptariami eksperimentai, skirti išbandyti visuotinės gravitacijos dėsnį, pagrįstą atomine interferometrija, matuoti mikroskopines bandomąsias mases ir toliau tirti Niutono gravitacijos dėsnį mikrokosme.

Buvo bandomi kiti G matavimo metodai, tačiau koreliacija tarp matavimų beveik nepasikeitė. Šis reiškinys šiandien vadinamas atvirkštinio kvadrato dėsnio arba „penktosios jėgos“ pažeidimu. Penktoji jėga dabar apima ir tam tikras Higso daleles (laukus) – Dievo daleles.

Panašu, kad dieviškoji dalelė buvo aptikta, tiksliau, apskaičiuota, nes sensacingai Pasauliui naujieną pristatė eksperimente su dideliu hadronų greitintuvu (LHC) dalyvavę fizikai.

Pasikliaukite Higso bozonu, bet patys nedarykite klaidos!

Taigi, kas yra ši paslaptinga konstanta, kuri vaikšto pati, o be jos niekur negali išeiti?

Skaitykite straipsnio tęsinį

Skyrius labai paprasta naudoti. Pateiktame lauke tiesiog įveskite teisingas žodis, ir pateiksime jums jo verčių sąrašą. Norėčiau atkreipti dėmesį, kad mūsų svetainėje pateikiami duomenys iš skirtingų šaltinių– enciklopediniai, aiškinamieji, žodžių darybos žodynai. Čia taip pat galite pamatyti įvesto žodžio vartojimo pavyzdžius.

Ką reiškia "gravitacijos konstanta"?

Enciklopedinis žodynas, 1998 m

gravitacinė konstanta

GRAVITACIJOS KONSTANTĖ (žymima G) proporcingumo koeficientas Niutono traukos dėsnyje (žr. Visuotinį gravitacijos dėsnį), G = (6,67259+0,00085)·10-11 N·m2/kg2.

Gravitacijos konstanta

proporcingumo koeficientas G formulėje, išreiškiančioje Niutono traukos dėsnį F = G mM / r2, kur F ≈ traukos jėga, M ir m ≈ traukiančių kūnų masės, r ≈ atstumas tarp kūnų. Kiti G. p. pavadinimai: g arba f (rečiau k2). Skaitinė G.P reikšmė priklauso nuo ilgio, masės ir jėgos vienetų sistemos pasirinkimo. GHS vienetų sistemoje

G = (6,673 ╠ 0,003) × 10–8 dn × cm2 × g-2

arba cm3×g
–1 × sek.–2, tarptautinėje matavimo vienetų sistemoje G = (6,673 ╠ 0,003) × 10–11 × n × m2 × kg
--2

arba m3×kg-1×sek-2. Dauguma tiksli vertė G.P. gaunamas atlikus laboratorinius dviejų žinomų masių traukos jėgos matavimus naudojant sukimo svarstykles.

Skaičiuojant dangaus kūnų (pavyzdžiui, palydovų) orbitas Žemės atžvilgiu, naudojamas geocentrinis geocentrinis taškas, kuris yra geocentrinio taško sandauga pagal Žemės masę (įskaitant jos atmosferą):

GE = (3,98603 ╠ 0,00003) × 1014 × m3 × 2 sek.

Skaičiuojant dangaus kūnų orbitas Saulės atžvilgiu, naudojamas heliocentrinis geometrinis taškas, ≈ heliocentrinio taško sandauga iš Saulės masės:

GSs = 1,32718 × 1020 × m3 × sek-2.

Šios GE ir GS vertės atitinka pagrindinių astronominių konstantų sistemą, priimtą 1964 m. Tarptautinės astronomijos sąjungos kongrese.

Yu. A. Ryabovas.

Vikipedija

Gravitacijos konstanta

Gravitacijos konstanta, Niutono konstanta(paprastai žymimas , Kartais arba) – pagrindinė fizinė konstanta, gravitacinės sąveikos konstanta.

Pagal Niutono visuotinės traukos dėsnį, gravitacinės traukos jėga tarp dviejų materialių taškų su masėmis Ir , esantis per atstumą , yra lygus:

$F=G\frac(m_1 m_2)(r^2).$

Proporcingumo koeficientasšioje lygtyje vadinamas gravitacinė konstanta. Skaitmeniškai jis lygus gravitacinės jėgos, veikiančios taškinį vienetinės masės kūną nuo kito panašaus kūno, esančio vieneto atstumu nuo jo, moduliui.

6.67428(67) 10 m s kg arba N m² kg,

2010 m. vertė buvo pataisyta į:

6.67384(80)·10 m·s·kg arba N·m²·kg.

2014 metais CODATA rekomenduojama gravitacinės konstantos vertė tapo lygi:

6.67408(31) 10 m s kg arba N m² kg.

2010 m. spalio mėn. žurnale Physical Review Letters pasirodė straipsnis, kuriame siūloma patikslinta 6,67234 (14) vertė, kuri yra trimis standartiniais nuokrypiais mažesnė nei 2008 m. rekomendavo Mokslo ir technologijų duomenų komitetas (CODATA), bet atitinka daugiau ankstyva prasmė CODATA, pristatyta 1986 m. Vertės peržiūra įvykusią 1986–2008 m., lėmė pakabos sriegių neelastingumo tyrimai sukimo balansuose. Gravitacinė konstanta yra pagrindas paversti kitus fizinius ir astronominius dydžius, tokius kaip Visatos planetų, įskaitant Žemę, ir kitų kosminių kūnų mases į tradicinius matavimo vienetus, tokius kaip kilogramai. Be to, dėl gravitacinės sąveikos silpnumo ir dėl to mažo gravitacinės konstantos matavimų tikslumo kosminių kūnų masės santykiai paprastai žinomi daug tiksliau nei atskiros masės kilogramais.

Gravitacinė konstanta, Niutono konstanta, yra pagrindinė fizinė konstanta, gravitacinės sąveikos konstanta.

Gravitacinė konstanta atsiranda šiuolaikiniame visuotinės gravitacijos dėsnio žymėjime, tačiau Niutone ir kitų mokslininkų darbuose iki XIX amžiaus pradžios jos aiškiai nebuvo.

Gravitacinė konstanta dabartine forma pirmą kartą buvo įtraukta į visuotinės gravitacijos dėsnį, matyt, tik perėjus prie vieningos metrinės matų sistemos. Galbūt pirmą kartą tai padarė prancūzų fizikas Puasonas savo traktate apie mechaniką (1809). Autorius bent jau Istorikai nenustatė jokių ankstesnių darbų, kuriuose atsirastų gravitacinė konstanta.

1798 m. Henry Cavendish atliko eksperimentą, siekdamas nustatyti vidutinį Žemės tankį, naudodamas Johno Mitchello išrastą sukimo balansą (Philosophical Transactions, 1798). Cavendish palygino bandomojo kūno švytuoklės svyravimus veikiant žinomos masės rutuliukų gravitacijai ir veikiant Žemės gravitacijai. Gravitacinės konstantos skaitinė vertė buvo apskaičiuota vėliau pagal vidutinį Žemės tankį. Išmatuotos vertės tikslumas G nuo Cavendish laikų jis išaugo, bet jo rezultatas jau buvo gana artimas šiuolaikiniam.

2000 metais buvo gauta gravitacinės konstantos reikšmė

cm 3 g -1 s -2 , su 0,0014% paklaida.

Naujausią gravitacinės konstantos reikšmę 2013 metais gavo mokslininkų grupė, dirbanti prie Tarptautinio svorių ir matų biuro.

cm 3 g -1 s -2 .

Ateityje, jei eksperimentiškai bus nustatyta tikslesnė gravitacinės konstantos vertė, ji gali būti peržiūrėta.

Šios konstantos reikšmė yra žinoma daug mažiau tiksliai nei visų kitų pagrindinių fizinių konstantų, o eksperimentų, skirtų ją patikslinti, rezultatai ir toliau skiriasi. Tuo pat metu yra žinoma, kad problemos nėra susijusios su pačios konstantos pokyčiais iš vietos į vietą ir laike, o dėl eksperimentinių sunkumų matuojant mažas jėgas, atsižvelgiant į didelis skaičius išoriniai veiksniai.

Astronominiais duomenimis, konstanta G išliko beveik nepakitusi per pastaruosius šimtus milijonų metų, jos santykinis pokytis neviršija 10?11 - 10?12 per metus.

Pagal Niutono visuotinės traukos dėsnį, gravitacinės traukos jėga F tarp dviejų materialių taškų su masėmis m 1 ir m 2 esantis atokiau r, yra lygus:

Proporcingumo koeficientas Gšioje lygtyje vadinama gravitacine konstanta. Skaitmeniškai jis lygus gravitacinės jėgos, veikiančios taškinį vienetinės masės kūną nuo kito panašaus kūno, esančio vieneto atstumu nuo jo, moduliui.

Tarptautinės vienetų sistemos (SI) vienetuose Mokslo ir technologijų duomenų komiteto (CODATA) rekomenduojama vertė 2008 m.

G= 6,67428 (67) 10 ?11 m 3 s?2 kg?1

2010 m. vertė buvo pataisyta į:

G= 6,67384 (80) 10-11 m3s-2 kg-1 arba N mI kg-2.

2010 m. spalio mėn. žurnale Physical Review Letters pasirodė straipsnis, kuriame siūloma patikslinta 6,67234 (14) vertė, kuri yra trimis standartiniais nuokrypiais mažesnė nei G 2008 m. rekomendavo Mokslo ir technologijų duomenų komitetas (CODATA), tačiau atitinka ankstesnę CODATA vertę, įvestą 1986 m.

Vertės peržiūra Gįvykusią 1986–2008 m., lėmė pakabos sriegių neelastingumo tyrimai sukimo balansuose.

Gravitacinė konstanta yra pagrindas paversti kitus fizinius ir astronominius dydžius, tokius kaip Visatos planetų, įskaitant Žemę, ir kitų kosminių kūnų mases į tradicinius matavimo vienetus, tokius kaip kilogramai. Be to, dėl gravitacinės sąveikos silpnumo ir dėl to mažo gravitacinės konstantos matavimų tikslumo kosminių kūnų masės santykiai paprastai žinomi daug tiksliau nei atskiros masės kilogramais.

Rusijos ir Kinijos mokslininkai gravitacinę konstantą patobulino dviem nepriklausomais metodais. Tyrimo rezultatai buvo paskelbti žurnale Nature.

Gravitacinė konstanta G yra viena iš pagrindinių fizikos konstantų, kuri naudojama apskaičiuojant materialių kūnų gravitacinę sąveiką. Pagal Niutono visuotinės gravitacijos dėsnį, dviejų gravitacinė sąveika materialūs taškai proporcinga jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Į šią formulę įtrauktas ir pastovus koeficientas – gravitacinė konstanta G. Dabar astronomai mases ir atstumus gali išmatuoti daug tiksliau nei gravitacinę konstantą, todėl visuose kūnų gravitacijos skaičiavimuose susikaupė sisteminė paklaida. Manoma, kad paklaida, susijusi su gravitacine konstanta, turi įtakos ir atomų ar elementariųjų dalelių sąveikos tyrimams.

Fizikai ne kartą matavo šį kiekį. IN naujas darbas tarptautinė mokslininkų komanda, kurioje dirbo P.K. vardo Valstybinio astronomijos instituto darbuotojai. Sternbergas (SAI) iš Maskvos valstybinio universiteto nusprendė patikslinti gravitacijos konstantą dviem metodais ir sukimo švytuokle.

„Eksperimente, skirtame išmatuoti gravitacinę konstantą, būtina atlikti absoliučius matavimus iš trijų fiziniai dydžiai: masė, ilgis ir laikas“, – komentuoja vienas iš tyrimo autorių Vadimas Miljukovas iš Valstybinės inspekcijos. – Absoliutūs matavimai visada gali būti apkrauti sisteminėmis paklaidomis, todėl buvo svarbu gauti du nepriklausomus rezultatus. Jei jie sutampa, tada yra pasitikėjimo, kad jie yra laisvi nuo sistemingumo. Mūsų rezultatai sutampa vienas su kitu trijų standartinių nuokrypių lygiu.

Pirmasis tyrimo autorių naudojamas metodas yra vadinamasis dinaminis metodas (angl. time-of-swing method, ToS). Tyrėjai apskaičiavo, kaip keičiasi sukimo virpesių dažnis, priklausomai nuo dviejų bandomųjų kūnų, kurie buvo masės šaltiniai, padėties. Jei atstumas tarp bandomųjų kūnų mažėja, jų sąveikos jėga didėja, kas išplaukia iš gravitacinės sąveikos formulės. Dėl to didėja švytuoklės svyravimų dažnis.

Eksperimentinės sąrankos su sukimo švytuokle schema

Q. Li, C. Xie, J.-P. Liu ir kt.

Taikydami šį metodą, mokslininkai atsižvelgė į švytuoklės pakabos sriegio elastingumo savybių indėlį į matavimo paklaidas ir bandė jas išlyginti. Eksperimentai buvo atlikti dviem nepriklausomais įrenginiais, esančiais 150 m atstumu vienas nuo kito. Iš pradžių mokslininkai išbandė tris įvairių tipų pakabos sriegio pluoštus patikrinti galimų klaidų sukeltas medžiagos. Antrasis buvo gerokai kitoks dizainas: mokslininkai naudojo naują silikatinį pluoštą, kitokį švytuoklių ir svarmenų rinkinį, kad įvertintų klaidas, kurios priklauso nuo įrengimo.

Antrasis metodas, kuriuo buvo matuojamas G, buvo kampinio pagreičio grįžtamojo ryšio (AAF) metodas. Jis matuoja ne svyravimų dažnį, o bandomųjų kūnų sukeltą kampinį švytuoklės pagreitį. Šis G matavimo būdas nėra naujas, tačiau siekdami padidinti skaičiavimo tikslumą, mokslininkai kardinaliai pakeitė eksperimentinės sąrangos dizainą: aliuminio stovą pakeitė stikliniu, kad kaitinant medžiaga nesiplėstų. Kaip bandomoji masė buvo naudojamos kruopščiai nupoliruotos nerūdijančio plieno sferos, artimos idealioms formoms ir vienodumui.

Siekdami sumažinti žmogiškojo faktoriaus vaidmenį, mokslininkai vėl išmatavo beveik visus parametrus. Jie taip pat išsamiai ištyrė temperatūros ir vibracijos įtaką sukimosi metu atstumui tarp bandomųjų kūnų.

Eksperimentų metu gautos gravitacinės konstantos reikšmės (AAF - 6,674484(78)×10 -11 m 3 kg -1 s -2; ToS - 6,674184(78) × 10 -11 m 3 kg -1 s -2) sutampa vienas su kitu trijų standartinių nuokrypių lygyje. Be to, abu turi mažiausią neapibrėžtį iš bet kurios anksčiau nustatytos vertės ir atitinka vertę, kurią 2014 m. rekomendavo Mokslo ir technologijų duomenų komitetas (CODATA). Šie tyrimai, pirma, labai prisidėjo prie gravitacinės konstantos nustatymo, antra, parodė, kokių pastangų reikės ateityje norint pasiekti dar didesnį tikslumą.

Ar jums patiko medžiaga? „Yandex.News“ „Mano šaltiniuose“ ir skaitykite mus dažniau.

Pranešimai spaudai apie moksliniai tyrimai, informacija apie naujausius išleistus mokslinius straipsnius ir konferencijos pranešimus, taip pat duomenis apie laimėtas dotacijas ir apdovanojimus siųskite adresu science@site.

Norėdami paaiškinti stebimą Visatos evoliuciją esamų teorijų rėmuose, turime daryti prielaidą, kad kai kurios pagrindinės konstantos yra pastovesnės nei kitos

Tarp pagrindinių fizinių konstantų - šviesos greitis, Planko konstanta, elektrono krūvis ir masė – gravitacinė konstanta kažkaip išsiskiria. Netgi jo matavimo istorija su klaidomis pateikiama garsiosiose enciklopedijose Britannica ir Larousse, jau nekalbant apie „Fizinę enciklopediją“. Iš atitinkamų straipsnių juose skaitytojas sužino, kad ji skaitinė reikšmė 1797–1798 metais preciziniuose eksperimentuose pirmą kartą identifikavo garsus anglų fizikas ir chemikas Henris Kavendišas (1731–1810), Devonšyro hercogas. Tiesą sakant, Cavendish išmatavo vidutinis tankisŽemė (jo duomenys, beje, nuo šiuolaikinių tyrimų rezultatų skiriasi tik puse procento). Turėdami informacijos apie Žemės tankį, galime nesunkiai apskaičiuoti jos masę, o žinodami masę – nustatyti gravitacinę konstantą.

Intriga ta, kad Cavendish laikais gravitacinės konstantos sąvokos dar nebuvo, o visuotinės gravitacijos dėsnis nebuvo įprastas rašomas mums pažįstama forma. Prisiminkime, kad gravitacinė jėga yra proporcinga gravitacinių kūnų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp šių kūnų kvadratui, o proporcingumo koeficientas yra būtent gravitacinė konstanta. Tokia Niutono dėsnio rašymo forma atsiranda tik XIX a. O pirmieji eksperimentai, kurių metu buvo matuojama gravitacinė konstanta, buvo atlikti jau amžiaus pabaigoje – 1884 m.

Kaip pažymi rusų mokslo istorikas Konstantinas Tomilinas, gravitacinė konstanta nuo kitų pagrindinių konstantų skiriasi dar ir tuo, kad su ja nesusieta jokio fizinio dydžio natūrali skalė. Tuo pačiu metu šviesos greitis lemia didžiausią greičio reikšmę, o Planko konstanta – minimalų veikimo pokytį.

Ir tik gravitacinės konstantos atžvilgiu buvo iškelta hipotezė, kad jos skaitinė reikšmė laikui bėgant gali keistis. Pirmą kartą šią idėją 1933 m. suformulavo anglų astrofizikas Edwardas Milne'as (Edwardas Arthuras Milne'as, 1896–1950), o 1937 m. – žymus anglų fizikas teoretikas Paulas Diracas (1902–1984), vadinamojo „didelio“ rėmuose. skaičių hipotezė“, teigė, kad gravitacinė konstanta mažėja bėgant kosmologiniam laikui. Dirako hipotezė užima svarbią vietą XX amžiaus teorinės fizikos istorijoje, tačiau daugiau ar mažiau patikimo eksperimentinio jos patvirtinimo nėra žinoma.

Tiesiogiai su gravitacine konstanta susijusi vadinamoji „kosmologinė konstanta“, kuri pirmą kartą pasirodė Alberto Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos lygtyse. Sužinojęs, kad šios lygtys apibūdina besiplečiančią arba besitraukiančią visatą, Einšteinas dirbtinai pridėjo prie lygčių „kosmologinį terminą“, kuris užtikrino stacionarių sprendimų egzistavimą. Jo fizinė prasmė susivedė į jėgos, kuri kompensuoja visuotinės gravitacijos jėgas ir pasireiškia tik labai dideliais masteliais, egzistavimą. Stacionarios Visatos modelio nenuoseklumas Einšteinui tapo akivaizdus po to, kai buvo paskelbti amerikiečių astronomo Edvino Hablo (Edwin Powell Hubble, 1889–1953) ir sovietų matematiko Aleksandro Fridmano darbai, kurie įrodė kitokio modelio pagrįstumą. pagal kurią Visata plečiasi laike. 1931 m. Einšteinas atsisakė kosmologinės konstantos ir privačiame pokalbyje pavadino ją „didžiausia savo gyvenimo klaida“.

Tačiau istorija tuo nesibaigė. Nustačius, kad Visatos plėtimasis spartėja pastaruosius penkis milijardus metų, antigravitacijos egzistavimo klausimas vėl tapo aktualus; kartu su ja į kosmologiją sugrįžo ir kosmologinė konstanta. Tuo pačiu metu šiuolaikiniai kosmologai antigravitaciją sieja su vadinamosios „tamsiosios energijos“ buvimu Visatoje.

Neseniai Londono imperatoriškajame koledže vykusioje konferencijoje apie neišspręstas standartinio kosmologijos modelio problemas buvo intensyviai diskutuojama apie gravitacinę konstantą, kosmologinę konstantą ir „tamsiąją energiją“. Viena iš radikaliausių hipotezių buvo suformuluota Philipo Mannheimo, dalelių fiziko iš Konektikuto universiteto Storrs mieste, pranešime. Tiesą sakant, Manheimas pasiūlė atimti iš gravitacinės konstantos universalios konstantos statusą. Remiantis jo hipoteze, gravitacinės konstantos „lentelės vertė“ buvo nustatyta Žemėje esančioje laboratorijoje ir gali būti naudojama tik Saulės sistemoje. Kosmologiniu mastu gravitacinė konstanta turi skirtingą, žymiai mažesnę skaitinę reikšmę, kurią galima apskaičiuoti naudojant elementariųjų dalelių fizikos metodus.

Pateikdamas savo hipotezę kolegoms, Manheimas pirmiausia siekė priartinti kosmologijai labai aktualios „kosmologinės konstantos problemos“ sprendimą. Šios problemos esmė yra tokia. Autorius šiuolaikinės idėjos, kosmologinė konstanta apibūdina Visatos plėtimosi greitį. Jo skaitinė vertė, teoriškai nustatyta kvantinio lauko teorijos metodais, yra 10 120 kartų didesnė nei gauta iš stebėjimų. Teorinė vertė Kosmologinė konstanta yra tokia didelė, kad esant atitinkamam Visatos plėtimosi greičiui, žvaigždės ir galaktikos tiesiog nespėtų formuotis.

Jo hipotezė apie dviejų skirtingų gravitacinių konstantų egzistavimą – už saulės sistema o tarpgalaktinių mastelių – Manheimas tai pagrindžia taip. Anot jo, iš tikrųjų stebėjimuose nustatoma ne pati kosmologinė konstanta, o tam tikras dydis, proporcingas kosmologinės konstantos ir gravitacinės konstantos sandaugai. Tarkime, kad tarpgalaktiniame mastelyje gravitacinė konstanta yra labai maža, o kosmologinės konstantos reikšmė atitinka apskaičiuotą reikšmę ir yra labai didelė. Šiuo atveju dviejų konstantų sandauga gali būti maža, o tai neprieštarauja stebėjimams. „Galbūt laikas nustoti galvoti apie kosmologinę konstantą kaip apie mažą, – sako Manheimas, – ir tiesiog susitaikyti su tuo, kad ji didelė, ir eiti iš ten. Šiuo atveju „kosmologinės konstantos problema“ išspręsta.

Manheimo pasiūlytas sprendimas atrodo paprastas, tačiau už jį reikia mokėti labai didelę kainą. Kaip pažymi Zeeya Merali 2007 m. balandžio 28 d. Naujojo mokslininko paskelbtame straipsnyje „Dvi konstantos yra geriau nei viena“, įvesdamas dvi skirtingas skaitines gravitacinės konstantos reikšmes, Manheimas neišvengiamai turi atsisakyti Einšteino bendrosios teorijos apie reliatyvumo. Be to, Manheimo hipotezė daro daugumos kosmologų priimtą „tamsiosios energijos“ idėją perteklinę, nes nedidelė gravitacinės konstantos reikšmė kosmologinėse skalėse savaime yra lygiavertė antigravitacijos egzistavimo prielaidai.

Keithas Horne'as iš Didžiosios Britanijos universiteto Šv. Andrew (St. Andrew universitetas) sveikina Manheimo hipotezę, nes joje naudojami pagrindiniai dalelių fizikos principai: „Tai labai elegantiška ir būtų nuostabu, jei ji būtų teisinga“. Horno teigimu, šiuo atveju galėtume sujungti dalelių fiziką ir gravitaciją į vieną labai patrauklią teoriją.

Tačiau ne visi su ja sutinka. New Scientist taip pat cituoja kosmologo Tomo Shankso nuomonę, kad kai kurie reiškiniai, kurie labai gerai atitinka standartinį modelį, pavyzdžiui, neseniai atlikti kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės matavimai ir dvigubų pulsarų judėjimas, greičiausiai nebus taip lengvai paaiškinami Manheimo teorijoje. .

Pats Manheimas neneigia problemų, su kuriomis susiduria jo hipotezė, pažymėdamas, kad, palyginti su standartinio kosmologinio modelio sunkumais, jas laiko daug mažiau reikšmingomis: „Jį kuria šimtai kosmologų, tačiau jis nepatenkina 120 užsakymų. dydis“.

Pažymėtina, kad Manheimas, siekdamas atmesti blogiausią, jį palaikė nemažai rėmėjų. Blogiausiu atveju jie priskyrė hipotezę, kurią 2006 metais iškėlė Paulas Steinhardtas iš Prinstono universiteto ir Neilas Turokas iš Kembridžo universiteto, pagal kurią Visata periodiškai gimsta ir išnyksta, o kiekviename cikle (trunkančiame trilijoną metų) Didysis sprogimas, o kiekviename cikle kosmologinės konstantos skaitinė reikšmė pasirodo mažesnė nei ankstesniame. Stebėjimuose užfiksuota itin nereikšminga kosmologinės konstantos reikšmė reiškia, kad mūsų Visata yra labai tolima grandis labai ilga grandinėlė atsirandantys ir nykstantys pasauliai...