Stała grawitacyjna opisuje wewnętrzną siłę grawitacji i może być wykorzystana do obliczenia siły grawitacyjnej między dwoma obiektami.
Znany również jako „Big G” lub Jstała grawitacyjna została po raz pierwszy zdefiniowana przez Izaak Newton w jego prawie powszechnego ciążenia sformułowanym w 1680 roku. Jest to jedna z podstawowych stałych przyrody, z O wartości (6,6743 ± 0,00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (Otwiera się w nowej karcie).
Siłę grawitacyjną między dwoma obiektami za pomocą stałej grawitacyjnej można obliczyć za pomocą równania, które większość z nas spotyka w liceum: siłę grawitacyjną między dwoma obiektami wyznacza się mnożąc masy tych dwóch obiektów (m1 i m2) oraz Ja następnie podziel przez kwadrat odległości między dwoma obiektami (F = [G x m1 x m2]/p^2).
Związane z: Dlaczego grawitacja jest tak słaba? Odpowiedź może leżeć w naturze czasoprzestrzeni
Keith Cooper jest niezależnym dziennikarzem naukowym i redaktorem w Wielkiej Brytanii, z dyplomem z fizyki i astrofizyki na Uniwersytecie w Manchesterze. Jest autorem książki The Connection Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence (Bloomsbury Sigma, 2020) i napisał artykuły o astronomii, kosmosie, fizyce i astrobiologii dla wielu czasopism i stron internetowych.
stała grawitacyjna
Stała grawitacyjna jest kluczem do pomiaru masy wszystkiego w Wszechświat.
Na przykład, gdy znana jest stała grawitacyjna, jest ona sprzężona z przyspieszeniem ziemskim Ziemia, można obliczyć masę naszej planety. Gdy znamy masę naszej planety, znajomość rozmiaru i czasu trwania orbity Ziemi pozwala nam zmierzyć masę naszej planety słońce. Znajomość masy Słońca pozwala nam zmierzyć masę wszystkiego w droga Mleczna Od wewnątrz na orbitę Słońca.
pomiar stałej grawitacyjnej
Mierzyć J Był to jeden z pierwszych eksperymentów naukowych o wysokiej rozdzielczości, a naukowcy badają, czy może on się różnić w różnych czasach i miejscach w kosmosie, co może mieć poważne implikacje dla kosmologii.
Dojście do wartości 6,67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 dla stałej grawitacyjnej opierało się na dość sprytnym eksperymencie z XVIII wieku, zachęconym próbami geodety Narysuj granicę między Pensylwanią a Maryland (Otwiera się w nowej karcie).
W Anglii na świecie Henry Cavendish (Otwiera się w nowej karcie) (1731-1810), który był zainteresowany obliczeniem gęstości Ziemi, realizowany (Otwiera się w nowej karcie) Wysiłki tego geodety Skazane na niepowodzenie (Otwiera się w nowej karcie) Ponieważ pobliskie góry narażają „pionownik” (narzędzie, które zapewnia pionową linię odniesienia, względem której geodeci mogą dokonywać pomiarów) lekką grawitację, odrzucając ich odczyty. Jeśli znają rozmiar JPotrafią obliczyć siłę grawitacyjną gór i dostosować swoje wyniki.
Dlatego Cavendish postanowił dokonać analogii, najdokładniejszego pomiaru naukowego dokonanego do tego momentu w historii.
(Otwiera się w nowej karcie)
jego doświadczenie Zostało to określone jakoTechnologia równowagi skrętnejZawierały dwa hantle, które mogły obracać się wokół tej samej osi. Jeden z nich miał dwie małe kulki przymocowane do pręta i starannie zawieszone na włóknach. Pozostałe hantle miały większą wagę 348 funtów (158 kg), które mogły obracać się w obie strony. bok mniejszych hantli.
Kiedy większe ciężarki były umieszczane w pobliżu mniejszych kulek, przyciąganie grawitacyjne większych kulek przyciągało mniejsze kulki, powodując skręcanie się włókien. Stopień skręcania pozwolił Cavendishowi zmierzyć moment obrotowy (siłę obrotową) układu skręcającego. Następnie użyj tej wartości dla momentu obrotowego zamiast „F„W powyższym równaniu, wraz z masami odważników i ich odległościami, może zmienić równanie, aby obliczyć J.
Czy stała grawitacyjna może się zmienić?
Jest to źródłem frustracji wśród fizyków, ponieważ „Wielkie G” nie jest znane z tyloma miejscami po przecinku, co inne podstawowe stałe. Na przykład koszt pliku Elektron znane z dokładnością do dziewięciu miejsc po przecinku (1,602176634 × 10^-19 kulombów), ale J Jest dokładnie przeskalowany tylko do pięciu miejsc po przecinku. Frustrujące, próby dokładniejszego pomiaru Nie zgadzajcie się ze sobą (Otwiera się w nowej karcie).
Częściowo jest to spowodowane tym, że grawitacja obiektów wokół urządzenia eksperymentalnego będzie zakłócać eksperyment. Istnieje jednak również silne podejrzenie, że problem nie jest tylko empiryczny, ale może istnieć Jakaś nowa fizyka w działaniu (Otwiera się w nowej karcie). Możliwe też, że stała grawitacyjna nie jest tak stała, jak myślą naukowcy.
W latach 60. fizyk Robert Dickey, którego zespół postanowił odkryć kosmiczne mikrofalowe tło (CMB) przez Arno Penziasa i Roberta Wilsona w 1964) – a Carl Brans rozwinął tak zwaną standardową teorię tensorową grawitacji, jako odmianę Alberta Einsteina’s Ogólna teoria względności. Pole skalarne opisuje właściwość, która może się zmieniać w różnych punktach przestrzeni (plik Analogia do Ziemi to mapa temperatur, gdzie temperatura nie jest stała, ale różni się w zależności od lokalizacji). Jeśli grawitacja jest polem skalarnym, to J Może mieć różne wartości w przestrzeni i czasie. Różni się to od bardziej akceptowanej wersji ogólnej teorii względności, która zakłada, że grawitacja jest stała w całym wszechświecie.
Motohiko Yoshimura z Uniwersytetu Okayama w Japonii zasugerował, że teorię grawitacji skalarnej można powiązać kosmiczna inflacja z ciemną energią. Inflacja wystąpiła w milisekundach po narodzinach wszechświata i doprowadziła do krótkiej, ale gwałtownej ekspansji przestrzeni, która trwała od 10^-36 do 10^-33 sekund po wielka eksplozjaWszechświat rozdęł się od rozmiarów mikroskopijnych do makroskopowych, po czym w tajemniczy sposób się zamknął.
(Otwiera się w nowej karcie)
ciemna energia To tajemnicza siła, która dzisiaj przyspiesza ekspansję wszechświata. Wielu fizyków zastanawiało się, czy może istnieć związek między tymi dwiema rozszerzającymi się siłami. Yoshimura sugeruje, że istnieją – że oba są przejawami skalarnego pola grawitacyjnego, które było Znacznie silniejszy we wczesnym wszechświecienastępnie osłabła, ale powróciła silna wraz z ekspansją wszechświata i rozprzestrzenianiem się materii.
Spróbuj jednak odkryć jakiekolwiek znaczące różnice w J W innych częściach wszechświata jeszcze niczego nie znaleźli. Na przykład w 2015 roku ukazały się wyniki 21-letniego badania regularnych pulsów pulsar PSR J1713 + 0747 Nie znaleziono katalogu (Otwiera się w nowej karcie) Grawitacja ma inną siłę niż tutaj w Układzie Słonecznym. nie Obserwatorium Zielonego Banku i Arecibo Radioteleskop Podąża za PSR J1713+0747, który leży 3750 lat świetlnych od nas w układzie podwójnym z biały karzeł. Pulsar jest jednym z najbardziej znanych i każde odchylenie od „Wielkiego G” szybko ujawniłoby się w okresie jego orbitalnego tańca z białym karłem i w czasie jego pulsacji.
w oświadczenie (Otwiera się w nowej karcie)Wei Zhou z University of British Columbia, który prowadził badanie PSR J1713+0747, powiedział: „Stała grawitacyjna jest fundamentalną stałą w fizyce, dlatego ważne jest, aby przetestować to podstawowe założenie przy użyciu obiektów w różnych miejscach, czasach i grawitacji. warunki: fakt, że widzimy, jak grawitacja zachowuje się tak samo w naszym Układzie Słonecznym, jak ty na dalekich dystansach gwiazda System pomaga potwierdzić, że stała grawitacyjna jest naprawdę globalna”.
Dodatkowe zasoby
recenzja Testy laboratoryjne grawitacji (Otwiera się w nowej karcie) Prowadzone przez Grupę Eöt-Wash na Uniwersytecie Waszyngtońskim.
Do wglądu Próby pomiaru „GG” (Otwiera się w nowej karcie) A co mogą oznaczać wyniki?
Britannica definicja stałej grawitacyjnej (Otwiera się w nowej karcie).
indeks
„Dokładny pomiar newtonowskiej stałej grawitacyjnej (Otwiera się w nowej karcie). Xue, Chao i wsp. National Science Review (2020).
„Dziwny stan stałej grawitacyjnej (Otwiera się w nowej karcie). Materiały Narodowej Akademii Nauk (2022).
„Henry Cavendish (Otwiera się w nowej karcie). Britannica (2022).
Obserwuj Keitha Coopera na Twitterze Umieść tweeta (Otwiera się w nowej karcie). Śledź nas na Twitterze Umieść tweeta (Otwiera się w nowej karcie) i dalej Facebook (Otwiera się w nowej karcie).