Et pendul, der er ikke rigtig noget, der ligner den, der anvendes i experimentPhoto: Ben Ostrowsky (Flickr)
Tyngdekraften kan føle dig stærk, hvis du slipper en bowlingkugle på dine fødder, men er i virkeligheden den svageste kraft. At sammenligne det med elektromagnetisme: træk af alle Jordens tyngdekraft ikke kan stoppe dig fra at tage en papirclips med køleskab magnet. Denne svaghed gør tyngdekraften utroligt svært at måle.
Et team af forskere i Kina rapporterer, at de har nu udført de mest præcise måling af tyngdekraftens styrke, men ved at måle G, den Newtonske eller universelle gravitationskonstant. G vedrører den gravitationelle tiltrækning mellem to objekter med deres masser og afstanden imellem dem. Den nye måling er vigtigt både for høj-drevne atomure samt studier af universets, jordens videnskab, eller nogen form for videnskab, der bygger på tyngdekraften på en eller anden måde.
De værdier, der er målt af team “har det mindste usikkerheder, der er rapporteret indtil nu,” ifølge den rapport, der blev offentliggjort i Nature.
Før vi kommer til de eksperimenter, lidt mere om, hvad G er. Isaac Newton indså, at gravity ‘ s styrke afhænger af masserne af de to objekter (som en planet og en måne) og svækker i forhold til afstanden mellem disse masser kvadreret. Men for at beregne den faktiske tyngdekraften mellem to ting, du er nødt til at formere kombineret masserne divideret med afstanden i anden potens af et meget, meget, meget lille antal. Henry Cavendish først og indirekte målt som antal, G i slutningen af det 18. århundrede.
I betragtning af hvor lille den er, at bestemme den sande værdi af G er meget vanskeligt, og de aftalte værdi fastlagt af den internationale Komité på Data for Videnskab og Teknologi (CODATA) er langt mindre præcise end de værdier, der er aftalt for andre numre, som forskere bruger. I dag, forskere bruger en værdi af .0000000000667408, give eller tage 47 parts-per-million. I det væsentlige, beregning af med denne G er ligesom at prøve at male med en tyk pensel i forhold til andre forsøg, hvis konstanter er som at male med tyndere pensler.
I den nye undersøgelse, har forskere udført af to uafhængige beregninger af G ved hjælp af et par penduler i et vakuum, en pendul-konfiguration for hver test. Hver pendulet svinger frem og tilbage mellem et par af massive genstande, hvor positioner kan justeres.
Den penduler måle tyngdekraften på to måder. For det første, at de måle forskel på, hvor hurtigt pendulet svinger til “tæt på” eller parallel position, i forhold til “far” eller vandret position. De har også måle, hvordan retning af pendulets swing ændringer, der er baseret på pull test masserne.
Det er klart, eksperimenter kræver super følsomme detektorer og super godt-kontrolleret opsætninger for at bestemme nøjagtige værdier for G. Hver del skal være specielt fremstillet og fandt så den eneste mulige kraft, der handler om pendulet kunne komme fra test masserne. Derudover lab er i en speciel plads i en hule for at kontrollere for mulige virkninger fra skiftende temperaturer.
Forskerne endte måling 6.674184 og 6.674484 hundrede milliardtedel (10-11) for tiden-af-swingende og vinkelacceleration metoder, hhv. Disse foranstaltninger, der begge var meget præcise, men er stadig forskellige fra hinanden, af ukendte årsager. Dette kan have haft noget at gøre med den streng, der skal bruges til pendulet.
Og disse er blot to af mange forsøg på at beregne G, hvoraf mange er uenige. Som det papir, der er anmelder, Stephan Schlamminger fra det Nationale Institut for Standarder og Teknologi, skrev i en kommentar:
“Li et al. udført deres eksperimenter med stor omhu, og gav en detaljeret beskrivelse af deres arbejde. Undersøgelsen er et eksempel på godt håndværk i præcisions-målinger. Men den sande værdi af G er fortsat uklart. Forskellige bestemmelser af G, der er blevet lavet i løbet af de seneste 40 år har en bred vifte af værdier. Selv om nogle af de relative usikkerheder er af størrelsesordenen 10 dele per million, at forskellen mellem den mindste og største værdier er over 500 ppm.
Forskere håber at få den mest præcise målinger af masserne, eller at forstå, hvordan tingene bevæger sig under påvirkning af tyngdekraften, skal negle ned G ‘ s værdi. Så de kommer til at fortsætte arbejdet, indtil denne værdi er sikkert, uden tvivl.
[Naturen]