Гравитационная постоянная обозначается. Чему равна гравитационная постоянная? Правило «Гравитационная горка»

Гравитационная постоянная является основой для перевода других физических и астрономических величин, таких, например, как массы планет во Вселенной, включая Землю, а также других космических тел, в традиционные единицы измерения, например, килограммы. При этом из-за слабости гравитационного взаимодействия и результирующей малой точности измерений гравитационной постоянной отношения масс космических тел обычно известны намного точнее, чем индивидуальные массы в килограммах.

Гравитационная постоянная является одной из основных единиц измерения в планковской системе единиц .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ УЧЁНЫЕ НАС ДУРЯТ С РОЖДЕНИЯ. 7 КРАМОЛЬНЫХ ФАКТОВ О ГРАВИТАЦИИ. РАЗОБЛАЧЕНИЕ ЛЖИ НЬЮТОНА И ФИЗИКОВ

✪ Опыт Кавендиша (1985)

✪ Урок 63. Перегрузка. Вес тела на полюсе и на экваторе

✪ Опыт Кавендиша

✪ Урок 52. Масса и ее измерение. Сила. Второй закон Ньютона. Равнодействующая.

Субтитры

7 крамольных фактов о гравитации все мы проходили закон всемирного тяготения в школе но что мы на самом деле знаем о гравитации помимо информации вложенный в наши головы школьными учителями давайте обновим наши познания 1 закон всемирного тяготения всем известна знаменитая притча о яблоке которая упала на голову ньютону ну дело в том что ньютон не открывал закона всемирного тяготения так как этот закон просто-напросто отсутствует его книги математические начала натуральной философии в этом труде нет ни формулы не формулировки в чем каждый желающий может убедиться сам более того первое упоминание о гравитационной постоянной появляется только в девятнадцатом веке соответственно формула не могла появиться раньше к слову сказать коэффициент g уменьшающий результат вычислений в 600 миллиардов раз не имеет никакого физического смысла и введен для сокрытия противоречий из всех известных фундаментальных констант именно численное значение гравитационной постоянной определена с наименьшей точностью хотя важность этой величины трудно переоценить все попытки прояснить точное значение этой константы не увенчались успехом а все измерения так и остались в слишком большом диапазоне возможных значений тот факт что точность численного значения гравитационной постоянной до сих пор не превышает 1 пятитысячной редактор журнала нынче определил как пятно позора на лице физики в начале 80-х годов фрэнк стейси со своими коллегами измерял эту константу в глубоких шахтах и скважинах австралии и полученные им значение оказалась примерно на один процент выше официального значения принятая в настоящее время второе лабораторное подтверждение считается что кавендиш 1 продемонстрировал гравитационное притяжение у лабораторных болвана чик использовав крутильные весы горизонтальные коромысло с грузиками на концах подвешенных на тонкой струне коромысло могло поворачиваться на тонкой проволоки согласно официальной версии кавендиш приблизил грузиком храм sla пару болванок по сто пятьдесят восемь килограмм с противоположных сторон и коромысло повернулась на небольшой угол однако методика опыта было некорректной и результаты были сфальсифицированы что убедительно доказано физиком андреем альбертовичем гриша и вaм кавендиш долго переделывал и настраивал установку чтобы результаты подходили под высказанную ньютоном среднюю плотность земли методика самого опыта предусматривала движение болванок несколько раз а причиной поворота коромысло служили микро вибрации от движения болванок которые передавались на подвес это подтверждается тем что такая простейшая установка в учебных целях должна была бы стоять если не в каждой школе то хотя бы на физических факультетах вузов чтобы на практике показывать студентам результат действия закона всемирного тяготения однако установка кавендиша не используется в учебных программах и школьники и студенты верят на слово что 2 болванки притягивают друг друга третье странности луны если подставить в формулу закона всемирного тяготения справочные данные по земле луне и солнцу то в момент когда луна пролетает между землей и солнцем например в момент солнечного затмения сила притяжения между солнцем и луной более чем в два раза выше чем между землей и луной согласно формуле луна должна была будете с орбитой земли начать вращаться вокруг солнца луна помимо прочего не проявляет своих притягивающих свойств по отношению к земле пара земля луна движется не вокруг общего центра масс как это было бы по закону всемирного тяготения и эллипсоидная орбиты земли вопреки этому закону не становится зигзагообразный более того параметры орбиты самой луны не остаются постоянными орбита по научной терминологии эволюционирует причем делает это вопреки закону всемирного тяготения как же так скажете вы ведь даже школьники знают про океанские приливы на земле которые происходят из-за притяжения воды к солнцу и луне по теории тяготение луны формируют приливной эллипсоид в океане с 2 а приливными горбами которые из-за суточного вращения перемещаются по поверхности земли однако практика показывает абсурдность этих теорий ведь согласно ним приливной горб высотой 1 метр за шесть часов должен через пролив дрейка переместиться из тихого океанов атлантический поскольку вода несжимаема то масса воды подняло бы уровень на высоту около десяти метров чего не происходит на практике на практике приливные явления происходит автономно в областях 1000 2000 километров еще лапласа изумляла парадокс почему в морских портах франции полная вода наступает последовательно хотя по концепции приливного эллипсоида она должна наступать там одновременно четвертое измерение гравитации принцип измерений гравитации прост граббе митры измеряют вертикальные компоненты отклонения от веса показывает горизонтальные компоненты первая попытка проверки теории тяготения масс была предпринята англичанами в середине 18 века на берегу индийского океана где с одной стороны находится высочайшая в мире каменная гряда гималаев а с другой чаша океана заполненная куда менее массивной водой но увы ответ в сторону гималаев не отклоняется более того сверхчувствительные приборы граве митры не обнаруживают разницы в тяжести пробного тела на одинаковой высоте как над массивными горами так и над менее плотными морями километровой глубины чтобы спасти прижившийся теорию ученые придумали для нее подпорку якобы причиной тому и за 100 зия под морями располагаются более плотные породы а под горами рыхлые причем плотность их точь-в-точь такая чтобы подогнать все под нужное значение также опытным путем было установлено что граве митры в глубоких шахтах показывают что сила тяжести не уменьшается с глубиной она продолжает расти будучи зависимый только от квадрата расстояния до центра земли существуют природные аномалии гравитации которые также не находят никакого внятного объяснения у официальной науки вот несколько таких примеров реально наверх едет вот это вот наша парковка вот это вот снегири не сибири от этого да вот вот такая штука и вот туда уходит у нас это самое и бежит и нас такая речка она течет останавливали вот и спрашивали скажи пожалуйста как вот вы думаете здесь есть уклон вот этот или нам кажется или или какой-то оптический обман речка речка она течет наше время магия вверх скоплением машину обучены этой горной дороге дело обычно туристы из армении иностранцы непременно останавливаются чтобы своими глазами увидеть чудо дорога поднимается в пригорок под углом примерно в 10 градусов однако каждого водителя ощущает что привычная сила тяжести в этом случае не затрудняет движение убедиться в том что это аномальная зона поможет простой опыт машины вместо того чтобы скатываться вниз без моего вмешательства поднимается в гору на некоторых участках машина даже набирает скорость и пешком подниматься по склону явно легче говорят туристы окончательно разрушает привычное представление законов природы река которая здесь течет вверх 5 отсутствие у малых космических тел гравитации независимости га тени и от вещества подтверждается тем что за редчайшим исключением у малых тел солнечной системы гравитационная притягивающая способность отсутствует полностью за исключением луны и титана у более чем 6 десятков спутников планет признаков собственного тяготения не наблюдается это доказано как косвенными так и прямыми измерениями например с 2004 года зонд кассини в окрестностях сатурна время от времени пролетает рядом с его спутниками однако изменение скорости зонда не зафиксировано с помощью того же к синей был обнаружен гейзер на энцеладе шестом по размеру спутнике сатурна какие физические процессы должны происходить на космическом куски льда чтобы струи пара улетали в космос по той же причине у титана крупнейшего спутника сатурна наблюдается газовый хвост как следствия стока атмосферы не найдено предсказано к теории спутников у астероидов несмотря на их огромное количество а во всех сообщениях о двойных или парных астероидах которые якобы вращаются вокруг общего центра масс свидетельств об обращении этих пар не было компаньоны случайно оказывались рядом двигаясь по квази синхронным орбитам вокруг солнца предпринятые попытки вывести на орбиту астероидов искусственные спутники окончились крахом в качестве примеров можно привести зон мир который подгоняли к астероиду rs американцы или зонт hayabusa которые японцы отправили к астероиду и такого шестое альтернативные исследования существует большое количество альтернативных исследований с впечатляющими результатами в области гравитации которые в корне опровергают теоретические выкладки официальной науке мало кто знает что виктор степанович гребенников сибирский энтомолог занимавшийся изучением эффекта полостных структур у насекомых в книге мой мир описывал явление антигравитации у насекомых ученым давно известно что массивные насекомые например майский жук летают скорее вопреки законам гравитации они благодаря им более того на основе своих исследований гребенников создал антигравитационную платформу виктор степанович умер при довольно странных обстоятельствах и его наработки частично были утеряны однако некоторая часть прототипа антигравитационной платформы сохранилась ее можно увидеть в музее гребенникова в новосибирске еще одно практическое применение антигравитации можно наблюдать в городе хомстед во флориде где находится странная структура из коралловых монолитных глыб которую в народе прозвали коралловым замком он построен выходцам из латвии эдвардом лиц коленом в первой половине двадцатого века у этого мужчины худощавого телосложения не было никаких инструментов не было даже машины и вообще никакой техники он совсем не пользовался электричеством также по причине его отсутствия и тем не менее каким-то образом спускался к океану где вычесывала многотонные каменные блоки и как-то доставлял их на свой участок выкладывая с идеальной точностью после смерти и до ученые принялись тщательно изучать его творение ради эксперимента был пригнан мощнейший бульдозер и предпринята попытка сдвинуть с места одну из 30 тонн их глыб кораллового замка бульдозер ревел буксовал но так и не сдвинул огромный камень внутри замка был найден странный прибор который ученые назвали генератором постоянного тока это была массивная конструкция с множеством металлических деталей по внешней стороне устройства были встроены 240 постоянных полосовых магнит но как на самом деле эдвард let"s колин заставлял двигаться многотонные блоки до сих пор остается загадкой некоторые исследователи анализируют вибрационную природу антигравитации этот эффект наглядно представлен современном опыте где капли за счет акустической левитации висят в воздухе здесь мы видим как с помощью звука определенные частоты удается уверенно удерживать капли жидкости в воздухе а вот эффект который на первый взгляд легко объясним принципам гироскопа однако даже такой простой опыт по большей части противоречат гравитации в ее современном понимании известны исследования джона серла в руках которого оживали вращались и вырабатывали энергию необычные генераторы диски диаметром от полуметра до 10 метров поднимались в воздух и совершали управляемые полеты из лондона в корнуэлл и обратно эксперименты профессора повторили в россии и сша и тайване в россии например в девяносто девятом году было зарегистрировано заявка на патент устройство для выработки механической энергии владимир витальевич рощин и сергей михайлович годен по сути вас провели генератор на серу эффекте и провели ряд исследований с ним итогом стала констатация можно получить без затрат 7 киловатта электроэнергии а вращающийся генератор терял в весе до сорока процентов оборудование первой лаборатории серла было вывезено в неизвестном направлении пока сам он был в тюрьме установка водяные рощина просто пропала все публикации они за исключением заявки на изобретение исчезли 7 гравитация и теория относительности по современным представлением скорость света конечно в результате удаленные объекты мы видим не там где они расположены в данный момент а в той точке откуда стартовал увиденные нами луч света но с какой скоростью распространяется тяготение проанализировав данные накопленные еще к тому времени лапласу установил что гравитация распространяется быстрее света как минимум на 7 порядков современные измерения по приему импульсов пульсаров отодвинули скорость распространения гравитации еще дальше как минимум на десять порядков быстрее скорости света таким образом экспериментальные исследования входят в противоречие с общей теорией относительности на которую до сих пор опирается официальная наука несмотря на ее полную несостоятельность на самом деле ортодоксальная наука расписалась в собственном бессилии когда ввела в научный оборот так называемую темную материю тогда было обнаружено что спиральные галактики вращаются как единое целое что противоречит закону кеплера вопреки закону всемирного тяготения звезды на периферии вращаются слишком быстро и должны были разлететься под действием центробежных сил при этом всевозможные поиски частиц тёмной материи с помощью самых чувствительных приборов ни к чему не привели а ведь еще в начале прошлого века в ученым было известно что пространство вокруг нас не является пустым она все полностью заполнено множеством различных материй или первоматерии в терминологии концепции неоднородной вселенной в то время эти первоматерии называли эфиром и были получены убедительные доказательства его существования например известные опыты daytona миллера описанные в статье теория вселенной и объективная реальность однако в определенный момент мировая научная мысль была намеренно введена в ложную сторону и именно поэтому до сих пор нет внятного научного объяснения природы гравитации в ближайшее время на нашем канале выйдет подробный материал на эту тему поэтому рекомендуем настроить уведомления чтобы не пропустить актуальные видео

История измерения

Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи закона всемирного тяготения , однако отсутствовала в явном виде у Ньютона и в работах других ученых вплоть до начала XIX века. Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809), по крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено [ ] .

Квантово-релятивистская формулировка гравитационной постоянной

В 1922 году чикагский физик Артур Лунн (Arthur C. Lunn ) рассмотрел возможную связь гравитационной постоянной с постоянной тонкой структуры посредством соотношения G m e 2 e 2 = α 17 2048 π 6 , {\displaystyle {\frac {G{m_{e}}^{2}}{e^{2}}}={\frac {\alpha ^{17}}{2048\pi ^{6}}},} где - масса электрона, e {\displaystyle e} - заряд электрона. Учитывая современный подход к определению интенсивностей взаимодействий, эта формула должна быть записана в следующем виде:

где ℏ = h / 2 π {\displaystyle \hbar =h/2\pi } - постоянная Дирака (или приведённая постоянная Планка), c {\displaystyle c} - скорость света в вакууме, - космологическая константа - присоединённая масса протона. Для получения точного значения G {\displaystyle G} полагаем m p a = 1.68082 ∗ 10 − 27 {\displaystyle m_{pa}=1.68082*10^{-27}} , т.е. значение m p a {\displaystyle m_{pa}} всего на 9 электронных масс превышает массу протона .

Таким образом, вместо G {\displaystyle G} вводится физически осмысленная космологическая константа m p a {\displaystyle m_{pa}} . Простейшая интерпретация такова: присоединённая масса протона m p a {\displaystyle m_{pa}} равна массе протона m p {\displaystyle m_{p}} и массе электрона m e {\displaystyle m_{e}} (т.е. массе атома водорода), причём их суммарная кинетическая энергия равна 4 Mev (масса восьми электронов). В такой формулировке закон Ньютона говорит нам, что в первом приближении Вселенная в основном состоит из горячего водорода. Во-втором приближении следует учесть, что на один нуклон приходится не менее 20 миллиардов фотонов.

См. также

Примечания

1. В общей теории относительности обозначения, использующие букву G , применяются редко, поскольку там эта буква обычно используется для обозначения тензора Эйнштейна.
2. По определению массы, входящие в это уравнение, - гравитационные массы , однако расхождения между величиной гравитационной и инертной массы какого-либо тела до сих пор не обнаружено экспериментально. Теоретически в рамках современных представлений они вряд ли отличаются. Это в целом было стандартным предположением и со времен Ньютона.
3. Новые измерения гравитационной постоянной еще сильнее запутывают ситуацию // Элементы.ру , 13.09.2013
4. CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants (англ.) . Дата обращения 20 мая 2019.
5. Разные авторы указывают разный результат, от 6,754⋅10 −11 м²/кг² до (6,60 ± 0,04)⋅10 −11 м³/(кг·с³) - см. Эксперимент Кавендиша#Вычисленное значение .
6. Игорь Иванов. Новые измерения гравитационной постоянной ещё сильнее запутывают ситуацию (неопр.) (13 сентября 2013). Дата обращения 14 сентября 2013.
7. Так ли постоянна гравитационная постоянная? Архивная копия от 14 июля 2014 на Wayback Machine Новости науки на портале cnews.ru // публикация от 26.09.2002
8. Brooks, Michael Can Earth"s magnetic field sway gravity? (неопр.) . NewScientist (21 September 2002). [Архивная копия на Wayback Machine Архивировано] 8 февраля 2011 года.
9. Ерошенко Ю. Н.

Как ни странно это может показаться, но с точным определением гравитационной постоянной у исследователей всегда были проблемы. Авторы статьи говорят о трех сотнях предыдущих попыток сделать это, но все они приводили к значениям, которые не совпадали с другими. Даже в последние десятилетия, когда точность измерений значительно возросла, ситуация оставалась прежней — данные друг с другом, как и раньше, совпадать отказывались.

Основной метод измерения G остался неизменным с 1798 года, когда Генри Кавендиш решил использовать для этого крутильные (или торсионные) весы. Из школьного курса известно, что собой представляла такая установка. В стеклянном колпаке на метровой нити из посеребренной меди висело деревянное коромысло из свинцовых шаров, каждый по 775 г.

Вертикальный разрез установки (Копия рисунка из отчёта Г. Кавендиша «Experiments to determine the Density of the Earth», опубликованного в Трудах Лондонского Королевского Общества за 1798 г. (часть II) том 88 стр.469-526)

К ним подносили свинцовые шары массой 49,5 кг, и в результате действия гравитационных сил коромысло закручивалось на некий угол, зная который и зная жесткость нити, можно было вычислить величину гравитационной постоянной.

Проблема состояла в том, что, во-первых, гравитационное притяжение очень невелико, плюс на результат могут влиять другие массы, экспериментом не учтенные и от которых не было возможности экранироваться.

Второй минус, как ни странно, сводился к тому, что атомы в подносимых массах находились в постоянном движении, и при малом воздействии гравитации этот эффект тоже сказывался.

Ученые решили добавить к гениальной, но в данном случае недостаточной, идее Кавендиша свой метод и использовали вдобавок другой прибор, квантовый интерферометр, известный в физике под названием СКВИД (от англ. SQUID, Superconducting Quantum Interference Device — «сверхпроводящий квантовый интерферометр»; в буквальном переводе с английского squid — «кальмар»; сверхчувствительные магнитометры, используемые для измерения очень слабых магнитных полей ).

Этот прибор отслеживает минимальные отклонения от магнитного поля.

Заморозив лазером 50 кг шара из вольфрама до температур, близких к абсолютному нулю, отследив по изменениям магнитного поля перемещения в этом шаре атомов и, таким образом, исключив их влияние на результат измерения, исследователи получили значение гравитационной постоянной с точностью 150 частей на миллион, то есть 15 тысячных процента. Теперь значение этой постоянной, заявляют ученые, равно 6,67191(99)·10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 . Предыдущее значение G составляло 6,67384(80)·10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 .

И это довольно странно.

Гравитационная постоянная является основой для перевода других физических и астрономических величин, таких, например, как массы планет во Вселенной, включая Землю, а также других космических тел, в традиционные единицы измерения, и пока она все время другая. В 2010 году , в которой американские ученые Гарольд Паркс и Джеймс Фаллер предлагали уточненное значение 6,67234(14)·10 −11 м 3 ·с −2 ·кг −1 . Это значение было получено ими путем регистрации с помощью лазерного интерферометра изменения расстояний между маятниками, подвешенными на струнах, при их колебаниях относительно четырех вольфрамовых цилиндров — источников гравитационного поля — с массами 120 кг каждый. Второе плечо интерферометра, служащее стандартом расстояния, фиксировалось между точками подвеса маятников. Полученная Парксом и Фаллером величина оказалась на три стандартных отклонения меньше величины G , рекомендованной в 2008 году Комитетом данных для науки и техники (CODATA) , но соответствует более раннему значению CODATA, представленному в 1986 году. Тогда сообщалось , что пересмотр величины G, произошедший в период с 1986 по 2008 год был вызван исследованиями неупругости нитей подвесок в крутильных весах.

Когда Ньютон открыл закон всемирного тяготения, он не знал ни одного числового значения масс небесных тел, в том числе и Земли. Неизвестно ему было и значение постоянной G.

Между тем гравитационная постоянная G имеет для всех тел Вселенной одно и то же значение и является одной из фундаментальных физических констант. Каким же образом можно найти ее значение?

Из закона всемирного тяготения следует, что G = Fr 2 /(m 1 m 2). Значит, для того чтобы найти G, нужно измерить силу притяжения F между телами известных масс m 1 и m 2 и расстояние r между ними.

Первые измерения гравитационной постоянной были осуществлены в середине XVIII в. Оценить, правда весьма грубо, значение G в то время удалось в результате рассмотрения притяжения маятника к горе, масса которой была определена геологическими методами.

Точные измерения гравитационной постоянной впервые были проведены в 1798 г. замечательным ученым Генри Кавендишем - богатым английским лордом, прослывшим чудаковатым и нелюдимым человеком. С помощью так называемых крутильных весов (рис. 101) Кавендиш по углу закручивания нити А сумел измерить ничтожно малую силу притяжения между маленькими и большими металлическими шарами. Для этого ему пришлось использовать столь чувствительную аппаратуру, что даже слабые воздушные потоки могли исказить измерения. Поэтому, чтобы исключить посторонние влияния, Кавендиш разместил свою аппаратуру в ящике, который оставил в комнате, а сам проводил наблюдения за аппаратурой с помощью телескопа из другого помещения.

Опыты показали, что

G ≈ 6,67 · 10 –11 Н · м 2 /кг 2 .

Физический смысл гравитационной постоянной заключается в том, что она численно равна силе, с которой притягиваются две частицы с массой по 1 кг каждая, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга. Эта сила, таким образом, оказывается чрезвычайно малой - всего лишь 6,67 · 10 –11 Н. Хорошо это или плохо? Расчеты показывают, что если бы гравитационная постоянная в нашей Вселенной имела значение, скажем, в 100 раз большее, чем приведенное выше, то это привело бы к тому, что время существования звезд, в том числе Солнца, резко уменьшилось бы и разумная жизнь на Земле появиться бы не успела. Другими словами, нас бы с вами сейчас не было!

Малое значение G приводит к тому, что гравитационное взаимодействие между обычными телами, не говоря уже об атомах и молекулах, является очень слабым. Два человека массой по 60 кг на расстоянии 1 м друг от друга притягиваются с силой, равной всего лишь 0,24 мкН.

Однако по мере увеличения масс тел роль гравитационного взаимодействия возрастает. Так, например, сила взаимного притяжения Земли и Луны достигает 10 20 Н, а притяжение Земли Солнцем еще в 150 раз сильнее. Поэтому движение планет и звезд уже полностью определяется гравитационными силами.

В ходе своих опытов Кавендиш также впервые доказал, что не только планеты, но и обычные, окружающие нас в повседневной жизни тела притягиваются по тому же закону тяготения, который был открыт Ньютоном в результате анализа астрономических данных. Этот закон действительно является законом всемирного тяготения.

«Закон тяготения универсален. Он простирается на огромные расстояния. И Ньютон, которого интересовала Солнечная система, вполне мог бы предсказать, что получится из опыта Кавендиша, ибо весы Кавендиша, два притягивающихся шара, - это маленькая модель Солнечной системы. Если увеличить ее в десять миллионов миллионов раз, то мы получим Солнечную систему. Увеличим еще в десять миллионов миллионов раз - и вот вам галактики, которые притягиваются друг к другу по тому же самому закону. Вышивая свой узор, Природа пользуется лишь самыми длинными нитями, и всякий, даже самый маленький, образчик его может открыть нам глаза на строение целого» (Р. Фейнман).

1. В чем заключается физический смысл гравитационной постоянной? 2. Кем впервые были проделаны точные измерения этой постоянной? 3. К чему приводит малость значения гравитационной постоянной? 4. Почему, сидя рядом с товарищем за партой, вы не ощущаете притяжение к нему?

Группа физиков из Италии и Нидерландов представила новые результаты измерения гравитационной константы, впервые сделанные при помощи специальных устройств - атомных интерферометров. Значение, полученное учеными для постоянной: 6.67191(99)x10 -11 (метр) 3 (килограмм) -1 (секунда) -2 с точностью 0,015 процентов. Такие измерения являются важными не только для метрологии и систем геостационарного позиционирования, но и для исследований космоса и проверки моделей, основанных на общей теории относительности и современной космологии. Давайте разберемся, как проводилось измерение гравитационной постоянной, и к каким выводам пришли ученые в результате своих измерений.

Применение атомных интерферометров является относительно новым, но перспективным направлением в измерении гравитационных эффектов. Так, гироскоп, в работе которого используется эффект Саньяка , применялся для измерения ускорения, вызванного взаимодействием гравитирующих тел, в экспериментах по проверке закона всемирного тяготения и в геофизике. Ученые впервые использовали атомный интерферометр для прецизионного измерения значения гравитационной постоянной.

Относительная слабость гравитационного взаимодействия делает измерение его постоянной достаточно трудной задачей. В настоящее время в мире проведено около 300 измерений постоянной тяготения, начиная с классических опытов Кавендиша . Значение гравитационной постоянной исследователи определяли из закона всемирного тяготения Ньютона, согласно которому сила гравитационного притяжения между двумя массивными точками пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. В качестве коэффициента пропорциональности выступает гравитационная постоянная, которая носит универсальный характер, а ее конкретное значение зависит от выбора системы единиц измерения .

.
Сплошные круги показывают опыты с использованием крутильных весов, квадраты - опыты с применением маятника, верхний квадрат отвечает последнему эксперименту.
Изображение: Nature

Гравитационная константа входит в число шести фундаментальных физических постоянных, значение которых определяется экспериментом и, как считается, значительно не меняется (в пространстве и времени). Эти постоянные фигурируют во всех основных законах и уравнениях физики, через них выражаются многие другие производные постоянные. Кроме постоянной тяготения, к таким константам относятся значения скорости света в вакууме и элементарного электрического заряда, а также постоянные Планка, Больцмана и Дирака.

В классической физике интерференция света - явление, в котором проявляются волновые свойства света. С другой стороны, в квантовой механике имеет место корпускулярно-волновой дуализм - свет проявляет одновременно и волновые, и корпускулярные свойства (например, в явлении фотоэффекта). В квантовой механике интерференция волновой функции (пси-функции) возникает как проявление принципа квантовой суперпозиции - первоначальное квантовое состояние разделяется на две части, которые потом складываются (интерферируют), образуя так называемую интерференционную картину. Впрочем, то, что происходит между начальным состоянием частицы (или волновой функции) и возникновением интерференционной картины, остается загадкой.

Установка устроена следующим образом. В вакуумной камере в нижней части аппарата магнитооптическая ловушка собирает 109 атомов рубидия. После включения магнитного поля атомы поднимаются вверх по вертикали и оказываются между двумя группами вольфрамовых цилиндров. Всего в эксперименте использовались 24 цилиндра, изготовленных из сплава вольфрама, общей массой 516 килограмм. Каждый такой цилиндр имел имел диаметр 99 миллиметров и высоту около 150 миллиметров. Эти цилиндры помещались на две титановые платформы и располагались вокруг вертикальной оси с гексагональной симметрией.

Далее, чтобы исключить влияние тепловых флуктуаций, атомы охлаждают до четырех милликельвинов. В установке используются две атомные группировки, которые поднимаются на высоту около 60 и 90 сантиметров, так что расстояние по вертикали между ними составляет 328 миллиметров. Атомы в группировках находятся в специальных возбужденных состояниях. Те из них, которые находятся в состояниях, отличных от необходимых для эксперимента, удаляются.

Ученые измеряли изменения расположения верхней и нижней атомных группировок для двух положений системы цилиндров: F и C. В первом случае два набора цилиндров находились у края оснований установки, во втором - у центра. Перемещая цилиндры между положениями F и C, ученые с помощью атомной интерферометрии определяли изменения в значении величины напряженности гравитационного поля (ускорении свободного падения).

Изображение: Nature

Частоты импульсов лазера настроены на резонансную частоту сверхтонкого перехода между двумя уровнями энергий атомов. Переход между двумя такими уровнями в атомах, спровоцированный излучением от лазера, вызывает изменение их внутренних энергий и импульсов и сопровождается излучением фотонов. Интерферометр разделяет это излучение на две пространственно разнесенные когерентные части, которые, проходя разные оптические пути, на экране при наложении друг на друга создают интерференционную картину чередующихся максимумом и минимумов. Расположение минимумов и максимумов на картине зависит от разности фаз падающих пучков света.

Между тем в однородном гравитационном поле атомы при перемещении испытывают фазовый сдвиг. Таким образом, по изменению этих сдвигов и перемещений ученые могут определить локальные изменения в значении ускорения свободного падения, а следовательно, и гравитационной постоянной.

На точность работы интерферометра, кроме внешних факторов, связанных с антропогенной вибрацией, сейсмическими шумами и вращением Земли (которое сказывается на расположении атомов в поперечном направлении), оказывали влияние и факторы, связанные с конструктивными особенностями установки. Прежде всего, это возможные погрешности в определении точного положения массивных источников (по вертикали и горизонтали) и неоднородности их плотности.

Ученые считают, что их работа позволит провести систематический анализ возможных ошибок, встречающихся в экспериментах по определению гравитационной постоянной. Кроме того, проведенный эксперимент открывает новые возможности в измерении гравитационной постоянной с помощью ультрахолодных атомов, заключенных в оптические ловушки. Как уже упоминалось ранее, точное определение значения гравитационной постоянной необходимо для геодезической гравиметрии (измерения силы тяжести в различных областях и на различных высотах Земли), а также для фундаментальных наук: современных космологии, теории гравитации и физики частиц.

коэффициент пропорциональности G в формуле, выражающей закон тяготения Ньютона F = G mM / r 2 , где F - сила притяжения, М и m - массы притягивающихся тел, r - расстояние между телами. Другие обозначения Г. п.: γ или f (реже k 2 ). Числовое значение Г. п. зависит от выбора системы единиц длины, массы, силы. В СГС системе единиц (См. СГС система единиц)

G = (6,673 ± 0,003)․10 -8 дн ․см 2 ․г -2

или см 3 ․г --1 ․сек -2 , в Международной системе единиц (См. Международная система единиц)

G = (6,673 ± 0,003)․10 -11 ․н ․м 2 ․кг --2

или м 3 ․кг -1 ․сек -2 . Наиболее точное значение Г. п. получено из лабораторных измерений силы притяжения между двумя известными массами с помощью крутильных весов (См. Крутильные весы).

При вычислении орбит небесных тел (например, спутников) относительно Земли используется геоцентрическая Г. п. - произведение Г. п. на массу Земли (включая её атмосферу):

GE = (3,98603 ± 0,00003)․10 14 ․м 3 ․сек -2 .

При вычислении орбит небесных тел относительно Солнца используется гелиоцентрическая Г. п. - произведение Г. п. на массу Солнца:

GS s = 1,32718․10 20 ․ м 3 ․сек -2 .

Эти значения GE и GS s соответствуют системе фундаментальных астрономических постоянных (См. Фундаментальные астрономические постоянные), принятой в 1964 на съезде Международного астрономического союза.

Ю. А. Рябов.

• - , физ. величина, характеризующая св-ва тела как источника тяготения; равна инертной массе. ...

  Физическая энциклопедия

• - нарастание со временем отклонений от ср. значения плотности и скорости движения в-ва в косм. пр-ве под действием сил тяготения...

  Физическая энциклопедия

• - нарастание возмущений плотности и скорости вещества в первоначально почти однородной среде под действием гравитационных сил. В результате гравитационной неустойчивости образуются сгустки вещества...

  Астрономический словарь

• - тело большой массы, влияние которого на движение света похоже на действие обычной линзы, преломляющей лучи за счет изменения оптических свойств среды...

  Мир Лема - словарь и путеводитель

• - подземная вода, способная передвигаться по порам, трещинам и другим пустотам горных пород под влиянием силы тяжести...

  Словарь геологических терминов

• - вода свободная. Она передвигается под влиянием силы тяжести, в ней действует гидродинамическое давление...

  Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии

• - Влага свободная, передвигающаяся или способная к передвижению в п. или грунте под влиянием силы тяжести...

  Толковый словарь по почвоведению

• - тяготения постоянная, - универс. физ. постоянная G, входящая в ф-лу, выражающую ньютоновский закон тяготения: G = *10-11Н*м2/кг2...

  Большой энциклопедический политехнический словарь

• - местная ликвация по высоте слитка, связанная с различием в плотности твердой и жидкой фаз, а также не смешивающихся при кристаллизации жидких фаз...
• - шахтная печь, в которой нагреваемый материал движется сверху вниз под действием силы тяжести, а газообразный теплоноситель - встречно...

  Энциклопедический словарь по металлургии

• - син. термина аномалия силы тяжести...

  Геологическая энциклопедия

• - см. в ст. Свободная вода....

  Геологическая энциклопедия

• - масса, тяжёлая масса, физическая величина, характеризующая свойства тела как источника тяготения; численно равна инертной массе. См. Масса...
• - то же, что Отвесная линия...

  Большая Советская энциклопедия

• - тяжёлая масса, физическая величина, характеризующая свойства тела как источника тяготения; численно равна инертной массе. См. Масса...

  Большая Советская энциклопедия

• - коэффициент пропорциональности G в формуле, выражающей закон тяготения Ньютона F = G mM / r2 , где F - сила притяжения, М и m - массы притягивающихся тел, r - расстояние между телами...

  Большая Советская энциклопедия

"Гравитационная постоянная" в книгах